[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

说明书

本发明公开了一种基于LoRaWAN网络协议的数据传输速率自适应方法，该方法利用LoRa技术多扩频因子(SF)、多数据速率的特点，对接收端不同距离范围内的发送端自动分配不同的SF和数据传输速率，同时根据信噪比、丢包率和信道负荷的实际情况对数据传输速率进行调整，最终可提高系统的传输性能，降低数据传输过程中的丢包率。

技术领域

本发明属于物联网通信技术领域，涉及一种基于LoRaWAN网络协议的数据传输速率自适应方法。

背景技术

LoRaWAN是一种基于直接序列扩频调制技术的远距离网络通信协议，在IEEE802.11协议中，物理层使用了不同的编码方式和调制技术，提供了多种可供选择的数据发送速率，可协议并没有说明不同速率之间怎么实现自适应的速率调整。现有的以RBAR为代表的的基于接收端的速率自适应算法，通过发送RTS/CTS控制帧对信道质量进行评估并选择合适的数据传输速率，降低了发送端之间在数据传输时发生碰撞的可能，但该算法在数据发送过程中需要频繁进行发送确认并等待回复，在一定程度上降低了数据的传输效率。因此，需要在信道状况不断变化的情况下，综合考虑数据传输的可靠性和有效性，根据实时信道状选择最优的数据传输速率，从而使通信系统吞吐量最大化。此外，RBAR算法在发送端与接收端之间传递最佳数据传输速率时改变了RTS/CTS控制帧格式，导致该算法与现有通信协议不兼容。

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于LoRaWAN网络协议的数据传输速率自适应方法：根据数据传输信道的实时状态，获取信噪比值并选择对应的扩频因子，同时在统计周期内计算丢包率以及信道负荷值，以便确认是否需要发送RTS/CTS控制帧，从而针对不同的信道状况实时更新数据传输速率，最终提高整个系统的网络数据传输性能。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

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；

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2更新数据传输速率，若PER尚未达到丢包阈值，则转入步骤6；

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；

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；

所述步骤二中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：

2、优选地，所述步骤一中的RTS帧为IEEE802.11网络支持可选的请求发送帧。