CN108923817B - 一种LoRa网络中降低终端之间干扰的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示了一种LoRa网络中降低终端之间干扰的方法，该方法按以下步骤进行：1）建立扩频因子与各个LoRa节点的传输功率、传输时间的对应关系，并确定各个参数的权重；2）根据初始节点数量分配，定义其与扩频因子各参数权重的综合权重指标，拥塞指数；3）均衡各扩频因子的权重指标；4）根据均衡后的拥塞指数，反向得到新的节点分配关系。能够在保证一定通信质量的前提下，有效地降低终端之间的干扰，提高网络的提取率和吞吐率。并且在一定程度上可以扩展网络容量。

Description

一种LoRa网络中降低终端之间干扰的方法
技术领域
本发明涉及一种LoRa网络中降低终端之间干扰的方法，可用于物联网中低功耗广域网技术领域。
背景技术
LoRa是一种功耗低、覆盖广的物联网技术，在智慧城市建设发展过程中，有着广泛的应用。LoRa技术的通信距离长得益于扩频调制。它可采用多个信息码片来代表有效负载信息的每个位，因此可降低误码率。码片速率与符号速率的比值即为扩频因子。LoRa采用ADR(Adaptive Data Rate)的方式优化传输速率，使其数据速率尽可能快。同样数据量条件下，扩频减少可传输的实际数据。因此为了保证传输速率，每个终端尽可能选择较小的扩频因子与网关通信。由于ADR方式尽量采用较小扩频因子的终端，就会导致扩频因子相同的终端数量过多，产生干扰。
EXPLoRa-SF是一种降低干扰的方法。这种方法将LoRa终端按照扩频因子的种类平均分成多个子集，并在一个子群中将扩频因子的值按照传输功率的高低依次分配，直到分配完所有子群。但这种方法对每个子群是平均分配的，会使LoRa网络中的高扩频因子的终端过多，对传输质量产生影响。而且该方法只考虑到传输功率的影响，没有考虑扩频因子与传输时间的关系。
发明内容
本发明的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提出一种LoRa网络中降低终端之间干扰的方法。
本发明的目的将通过以下技术方案得以实现：一种LoRa网络中降低终端之间干扰的方法，该方法包括如下步骤：
S1：在LoRaWAN协议中的ADR传输机制下，进行LoRa网络初始测试，统计各个扩频因子对应终端数量，并用矩阵nvec表示：nvec---N[n1,n2,n3,n4,n5,n6,n7]，其中，ni代表扩频因子等于7～12时，终端设备的数量，计算不同扩频因子的平均传输功率和平均传输时间；
S2：建立不同扩频因子与平均传输功率、平均传输时间的对应关系，确定各个参数的权重，并根据扩频因子对应的初始终端数量分配，定义综合权重指标拥塞指数；
S3：反复均衡各扩频因子的权重指标；
S4：根据均衡后的拥塞指数，反向得到新的不同扩频因子对应终端数量的分配关系。
优选地，所述S2步骤包括：
S21：建立平均传输功率RSSI与传输时间AT关于不同扩频因子的对应关系矩阵：
RSSI---R[r1,r2,r3,r4,r5,r6,r7],其中r1>…>r7，
AT---T[t1,t2,t3,t4,t5,t6,t7],其中t1<…<t7；
其中ri代表扩频因子等于7～12时，终端设备的平均功率，t7代表扩频因子等于7～12时，终端传输数据到网关的平均传输时间，其中i＝1～7；
S22：确定RSSI权重V(i)与AT的权重W(i)：
Figure BDA0001725321400000021
S23：得到综合权重U(i)，其中U(i)＝V(i)*W(i)，设q＝U-1；
S24：定义拥塞指数P(i)，P(i)＝U(i)*nvec。
优选地，在所述步骤S3中，对扩频因子对应的初始拥塞指数进行均衡处理，该处理方法包括以下步骤：
步骤S31：索引P(i)的最大值P(p1)、最小值P(p2)、中值P(p3)；
步骤S32：求均值
Figure BDA0001725321400000022
步骤S33：循环上述两个步骤，直到所有P(i)都为相同的值。
优选地，在步骤S32中，pi代表当前拥塞最大值、最小值和中值的索引，i＝1,2,3。
优选地，在所述步骤S4中，根据每个扩频因子对应的q值，反向得到每个扩频因子应该分配的终端数量k。
优选地，所述终端数量k＝P*q。
本发明技术方案的优点主要体现在：该方法能够在保证一定通信质量的前提下，有效地降低终端之间的干扰，提高网络的提取率和吞吐率，并且在一定程度上可以扩展网络容量。
本方法复杂度低，可以适应各种LoRa网络；本方法能够有效协调各个终端设备扩频因子的分配；本方法能够提高终端设备的吞吐率，扩展系统容量。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种LoRa网络中降低终端之间干扰的方法的初始终端分布示意图。
图2为本发明实施例提供的一种LoRa网络中降低终端之间干扰的方法流程图。
图3为本发明实施例提供的一种LoRa网络终端之间干扰的协调方法终端分布示意图。
具体实施方式
本发明的目的、优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释。这些实施例仅是应用本发明技术方案的典型范例，凡采取等同替换或者等效变换而形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。
本发明揭示了一种LoRa网络中降低终端之间干扰的方法，该方法包括如下步骤：
S1：在LoRaWAN协议中的ADR传输机制下，进行LoRa网络初始测试，统计各个扩频因子对应终端数量，并用矩阵nvec表示：nvec---N[n1,n2,n3,n4,n5,n6,n7]，其中，ni代表扩频因子等于7～12时，终端设备的数量，计算不同扩频因子的平均传输功率和平均传输时间；
S2：建立不同扩频因子与平均传输功率、平均传输时间的对应关系，确定各个参数的权重，并根据扩频因子对应的初始终端数量分配，定义综合权重指标拥塞指数；
S3：反复均衡各扩频因子的权重指标；
S4：根据均衡后的拥塞指数，反向得到新的不同扩频因子对应终端数量的分配关系。
本发明实施例提供的一种LoRa网络中降低终端之间干扰的方法，保证一定传输速率的前提下，减小不同终端之间的传输干扰，扩展LoRa网络容量。初始阶段，不同扩频因子的终端分布示意图如图1所示。LoRa采用ADR的方式优化传输速率，使其数据速率尽可能快。同样数据量条件下，扩频减少可传输的实际数据。并且终端离网关的距离越近，扩频因子值越小。每个终端尽可能选择较小的扩频因子与网关通信。由于ADR方式尽量采用较小扩频因子的终端，导致扩频因子相同的终端数量过多，产生干扰。
本发明实施例提供的一种LoRa网络中降低终端之间干扰的方法，保证一定传输速率的前提下，减小不同终端之间的传输干扰，扩展LoRa网络容量。本例的LoRa网络中降低终端之间干扰的方法的流程图如图2所示，该方法包括以下步骤：
步骤S1：在LoRaWAN协议中的ADR传输机制下，进行LoRa网络初始测试。统计各个扩频因子对应终端数量，并用矩阵nvec表示：nvec---N[n1,n2,n3,n4,n5,n6,n7]。其中，ni代表扩频因子等于7～12时，终端设备的数量。计算不同扩频因子的平均传输功率和平均传输时间；
步骤S2：据初始节点数量分配，定义其与扩频因子各参数权重的综合权重指标，拥塞指数，步骤为：
步骤S21：建立平均传输功率RSSI与传输时间AT关于不同扩频因子的对应关系矩阵：RSSI---R[r1,r2,r3,r4,r5,r6,r7],其中r1>…>r7，
AT---T[t1,t2,t3,t4,t5,t6,t7],其中t1<…<t7；
其中ri代表扩频因子等于7～12时，终端设备的平均功率。同理t7代表扩频因子等于7～12时，终端传输数据到网关的平均传输时间。其中i＝1～7；
步骤S22：确定RSSI权重V(i),和AT的权重W(i)：
Figure BDA0001725321400000041
步骤S23：得到综合权重U(i)，其中U(i)＝V(i)*W(i)。为了简化计算，可设q＝U-1；
步骤S24：定义拥塞指数P(i)，P(i)＝U(i)*nvec。
步骤S3：得到了扩频因子对应的初始拥塞指数，则可以对该指数进行均衡处理。
步骤S31：索引P(i)的最大值P(p1)、最小值P(p2)、中值P(p3)；
步骤S32：求均值
Figure BDA0001725321400000042
其中，pi代表当前拥塞最大值、最小值和中值的索引，i＝1,2,3；
步骤S33：循环上述两个步骤，直到所有P(i)都为相同的值。
步骤S4：根据每个扩频因子对应的q值，反向求得到每个扩频因子应该分配的终端数量k，k＝P*q。
如图3所示，本发明实施例提供的一种采用图2的方法之后，终端扩频因子分布的实例。大多数靠近网关的终端，扩频因子采用较低的值，距离远的终端扩频因子值较高。同时在终端扩频因子值相等的范围内，依照本方法会分布一些扩频因子不同的终端。即可降低干扰，扩展系统容量。
本发明尚有多种实施方式，凡采用等同变换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种LoRa网络中降低终端之间干扰的方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
S1：在LoRaWAN协议中的ADR传输机制下，进行LoRa网络初始测试，统计各个扩频因子对应终端数量，并用矩阵nvec表示：nvec---N[n1，n2，n3，n4，n5，n6，n7]，其中，ni代表扩频因子等于7～12时，终端设备的数量，计算不同扩频因子的平均传输功率和平均传输时间；
S2：建立不同扩频因子与平均传输功率、平均传输时间的对应关系，确定各个参数的权重，并根据扩频因子对应的初始终端数量分配，定义综合权重指标U(i)，且令为q＝U-1，其中i代表每个扩频因子对应的索引，也即q(i)＝U(i)-1；
S3：定义拥塞指数P(i)＝U(i)*nvec，并且令p1，p2，p3为P(i)最小、中值、最大值时i的索引，然后反复均衡各扩频因子的权重指标；
S4：根据均衡后的拥塞指数，反向得到新的不同扩频因子对应终端数量的分配关系。
2.根据权利要求1所述的一种LoRa网络中降低终端之间干扰的方法，其特征在于：
所述S2步骤包括：
S21：建立平均传输功率RSSI与传输时间AT关于不同扩频因子的对应关系矩阵：
RSSI---R[r1，r2，r3，r4，r5，r6，r7]，其中r1＞…＞r7，
AT---T[t1，t2，t3，t4，t5，t6，t7]，其中t1＜…＜t7；
其中ri代表扩频因子等于7～12时，终端设备的平均功率，ti代表扩频因子等于7～12时，终端传输数据到网关的平均传输时间，其中i＝1～7；
S22：确定RSSI权重V(i)与AT的权重W(i)：
Figure FDA0002518290530000011
S23：得到综合权重U(i)，其中U(i)＝V(i)*W(i)，设q＝U-1；
S24：定义拥塞指数P(i)，P(i)＝U(i)*nvec。
3.根据权利要求1所述的一种LoRa网络中降低终端之间干扰的方法，其特征在于：在所述步骤S3中，对扩频因子对应的初始拥塞指数进行均衡处理，该处理方法包括以下步骤：
步骤S31：索引P(i)的最大值P(p1)、最小值P(p2)、中值P(p3)，及q(i)相对应的q(pi)；
步骤S32：求均值
Figure FDA0002518290530000021
步骤S33：循环上述两个步骤，直到所有P(i)都为相同的值。
4.根据权利要求3所述的一种LoRa网络中降低终端之间干扰的方法，其特征在于：在步骤S31及S32中，pi代表当前拥塞最大值、最小值和中值的索引，i＝1，2，3。
5.根据权利要求4所述的一种LoRa网络中降低终端之间干扰的方法，其特征在于：在所述步骤S4中，根据每个扩频因子对应的q值，反向得到每个扩频因子应该分配的终端数量k，并且定义P为S3步骤中的均衡后的P(i)。
6.根据权利要求5所述的一种LoRa网络中降低终端之间干扰的方法，其特征在于：所述终端数量k＝P*q。
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