[发明专利]一种基于LoRaWAN网络协议的数据传输速率自适应方法

权利要求书

1.一种基于LoRaWAN网络协议的数据传输速率自适应方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，首先数据发送端向接收端发送RTS帧，确认信道是否空闲；

步骤二，接收端收到RTS帧后将前3次连续接收到的有效信噪比SNR做均值化处理，得到并按照选择扩频因子SF，按照如下规则选择扩频因子SF：

Rule 1:

Rule 2:

Rule 3:

Rule 4:

Rule 5:

Rule 6:

步骤三，接收端将数据传输速率DR添加至CTS帧的FCS字段中，反馈至发送端，同时暂停发送RTS/CTS控制帧；

步骤四，发送端按照对应的传输速率DR向接收端发送数据包后，接收端反馈ACK帧，表明一次数据传输成功；

步骤五，在数据传输过程中，发送端根据帧序列号的连续性统计丢包率PER，若一定周期内，发送端判断PER达到设定的丢包阈值，则重新启动RTS/CTS机制进行信道估计，根据步骤二更新数据传输速率，若PER尚未达到丢包阈值，则转入步骤六，丢包率PER是在网络传输过程中链路变差和网络拥塞碰撞造成的，指在单位时间内丢失的数据包与发送数据包的比率；

步骤六，将统计周期内N次数据包的传输时间进行记录与存储，得到该扩频因子子信道负荷ERL，当负荷值小于或等于发送端期望速率对应的信道负荷阈值时，接收端将自动提高一个数据传输速率，若负荷值大于发送端期望速率对应的信道负荷阈值时，则降低一个数据传输速率，所述的信道负荷ERL为计算每帧数据对相应SF子信道的占用时间，并在统计周期Ttotal[i]内累计总的占用时间Tall_data[i]，从而得到SF子信道的负荷ERL[i]，计算公式如下：

ERL[i]＝T_{all_data}[i]/T_total[i] (3)

LoRa每传输一次数据的时间Tdata[i]等于前导码时间Tpreamble[i]和数据包传输时间Tpayload[i]之和，前导码的传输时间Tpreamble[i]可通过公式(4)～(5)计算得出：

T_preamble[i]＝(n_preamble+4.25)T_s[i] (4)

式中，npreamble表示已设定的前导码长度，通过读取寄存器RegPreambleMsb和RegPreambleLsb得到，T_s[i]为单个LoRa符号数据包的周期；

数据包传输时间T_payload[i]计算公式如下：

T_payload[i]＝payloadSymNb[i]*T_s[i] (6)

式中，payloadSymNb[i]为有效负载时间，通过公式(7)计算得到：

式中，PL表示有效负载的字节数，H表示是否使用报头，令H＝1，DE为此时速率最优，所述DE为1，统计周期内发送端单次和N次数据传输时间可由公式(8)～(9)得出：

T_busy[i]＝T_preamble[i]+T_payload[i] (8)

T_{all_data}[i]＝N*T_data[i] (9)；

步骤七，发送端接收并完成接收端下发的速率调节命令，继续完成数据传输。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤一中的RTS帧为IEEE802.11网络支持可选的请求发送帧；所述的信噪比值SNR计算公式如下：

SNR＝10*log10(Ps/Pn)(db) (1)

式(1)中，P_s、P_n分别为接收端接收到的信号功率、噪声功率。