[发明专利]一种基于扇形均分的LoRaWAN防碰撞方法

说明书

本发明涉及一种基于扇形均分的LoRaWAN防碰撞方法，通讯开始后，当时隙数达到256时，确定以网关为中心、半径不大于7500米的通讯范围内的终端节点数目n，如果n≤354，则不采用扇形分组；如果n﹥354，则将该通讯范围划分为以网关为中心的N个均等的扇形区域，每个区域内的终端节点为一组，共有N个扇形分组；然后开始第1组通讯，设置初始数据帧长度，终端节点随机选择帧内时隙，并向该通讯范围内的网关发送信号；判断各个帧内的时隙类别以及网关是否成功接收到数据包，确定时隙状态，根据所确定的时隙的状态，估计剩余终端节点数目，动态调整最优的下一轮帧内时隙数目；然后进行第2组通讯，直到第N组完成。本发明提高了系统通信效率、提高数据包交付率和吞吐率。

技术领域

本发明涉及一种动态帧时隙防碰撞方法，具体地说是一种基于扇形均分的LoRaWAN防碰撞方法。

背景技术

LoRa通信技术是一种面向远距离广覆盖应用场景的物联网通信技术，主要面向物理网应用，具有低功耗、传输距离远的特点。尽管LoRa应用广泛，但还是受到某些制约。LoRaWAN作为LoRa通信技术的MAC层协议，为通信提供了构建标准。LoRaWAN中终端设备的信道接入是通过纯Aloha机制实现的，这就使得成千上万的设备在没有检测信道状态的情况下随机的接入信道，从而增加了数据包发生冲突的概率。所以，LoRaWAN的信道碰撞问题就显得尤为突出。

针对LoRa通信的多节点数据包碰撞问题，有人提出对节点的数据包进行时隙分配，在数据传输失败时，可利用重传时隙，以降低丢包率，提高数据包的交付率。但是，现有技术没有解决因终端设备增多导致时隙数目大幅增多而造成的时隙浪费和使系统稳定性变差的问题。

发明内容

本发明的目的就是提供一种基于扇形均分的LoRaWAN防碰撞方法，以解决通讯范围内因时隙数目大幅增多而造成的时隙浪费和使系统稳定性变差的问题。

本发明是这样实现的：一种基于扇形均分的LoRaWAN防碰撞方法，包括以下步骤：

a、通讯开始，当时隙数达到256时，确定以网关为中心、半径不大于7500米的通讯范围内的终端节点数目n，如果n≤354，则不采用扇形分组；如果n﹥354，则将该通讯范围划分为以网关为中心的N个均等的扇形区域，每个扇形区域内的终端节点为一组，共有N个扇形分组；

b、第1扇形分组的通讯，设置初始数据帧长度，终端节点随机选择帧内时隙，并向通讯范围内的网关发送信号；

c、判断各个帧内的时隙类别以及网关是否成功接收到数据包：如果成功接收，则为成功时隙；如果未能成功接收，则通过CAD检测区分碰撞时隙和空闲时隙；如果CAD只是检测到数据包的前导码却未能成功接收数据包，则定为碰撞时隙；如果CAD未检测到数据包的前导码，则定为空闲时隙；

d、根据所确定的时隙的状态，估计剩余终端节点数目，动态调整最优的下一轮帧内时隙数目；令成功传输的终端节点转为休眠状态，令发生时隙碰撞的数据包在下一帧重新发送，并返回步骤c；

e、当第1扇形分组的通讯完成之后，重复步骤b到步骤d，进行第2扇形分组的通讯，直到第N扇形分组，完成通讯范围内所有扇形分组的通讯。

进一步地，步骤d中时隙动态调整方式为：预测的终端节点数目n为上一轮帧内时隙数目的2.39倍。

本发明针对LoRa网络在终端设备较多时易发生数据碰撞的情况，将网关通信范围内的终端节点按数目进行扇形区域的均等分组，使得每一区域内的通信终端设备数量降低，并在各组中分别使用改进的Aloha算法，从而达到降低终端设备数目的效果，再通过时隙调整方法，得到预测调整的剩余终端设备数目之后，优化时隙数，实现了终端设备高效通信的目的。