CN109041252A - 基于载波侦听的LoRa无线通信网络信道接入方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于载波侦听的LoRa无线通信网络信道接入方法，解决了现有的LoRa无线通信网络信道接入方法在网络的LoRa终端数量较多的应用场景下面临的接入成功率和吞吐率低下的问题。本发明的思路为，LoRa终端在接入信道前，通过检测LoRa前导信号对信道进行载波侦听，在信道空闲时接入信道，在信道繁忙时进行退避等待；在多次退避等待之后，重新选择其他的信道继续进行退避和侦听；在退避等待的次数超过上限值之后放弃信道接入。本发明具有接入成功率高和网络吞吐率高的优点。

Description

基于载波侦听的LoRa无线通信网络信道接入方法
技术领域
本发明属于通信技术领域，更进一步涉及物联网无线通信技术领域中的一种基于载波侦听的远距离LoRa(Long Range)无线通信网络信道接入方法。本发明可用于LoRa无线通信网络中的无线LoRa终端设备，实现有效地将无线LoRa终端接入LoRa无线通信网络信道中。
背景技术
LoRa无线通信网络由LoRa终端、LoRa网关和LoRa基站组成。LoRa无线通信网络信道接入是将LoRa终端接入LoRa无线通信网络信道的过程，目的是为了完成数据通过无线信道从LoRa终端到无线LoRa网关的有效传输。由于用于无线数据传输的信道资源是有限的，而近年来随着物联网的发展，LoRa无线通信网络中的无线LoRa终端数量和数据量不断增加，所以终端之间由于信道接入发生冲突的概率不断增加。为了度量LoRa无线通信网络信道接入方法的效率，将吞吐率定义为网络中LoRa终端成功接入信道的次数与所使用时间的比值，而提升吞吐率成为LoRa无线通信网络信道接入方法的一个重要目标。
中兴长天信息技术(南昌)有限公司在其申请的专利文献“一种用于物联网的LORA无线通信网络信道接入控制方法”(申请号2016107833477申请公布号CN 106358313A)中公开了一种LORA无线通信网络信道接入方法。该方法中无线LoRa终端接入信道的步骤为：(1)LoRa终端区域划分；将LoRa终端按照区域划分，确定各区域划分内LoRa终端的数量；(2)LoRa终端距离获取，利用节点定位技术获取LoRa无线通信网络中各区域划分内LoRa终端与LoRa网关的距离；(3)LoRa终端信道选择，根据各区域划分内LoRa终端与LoRa网关的距离选择不同的信道。该方法存在的不足之处是：使用该方法的LoRa终端选择的信道的状态是未知的，而且其信道接入的时机完全取决于数据的到达，导致其信道接入具有盲目性，在整个网络的无线LoRa终端数量较多的情景下，同一时间选择同一信道进行接入的终端数量较多，在这种情况下这些终端的信道接入会发生冲突，导致信道接入成功率低下。
Farooq M.O等人在其发表的论文“Analyzing LoRa:a Use Case Perspective[C]”(IEEE WorldForum on Internet ofThings.IEEE,2018)中提出了一种无线LoRa终端接入信道的方法。该方法根据LoRa终端的设备序列号以及终端的数据包平均到达间隔选取一个时间值，作为发送延时；LoRa终端在数据包到达后，先选择一个固定的信道，等待所选发送延时，然后再进行信道的接入。该方法存在的不足之处是，使用该方法的LoRa终端只使用固定的信道进行接入，无线信道资源得不到灵活地利用，致使造成网络的吞吐率低下。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种基于载波侦听的LoRa无线通信网络信道接入方法，用于解决现有的LoRa无线通信网络信道接入方法在网络的LoRa终端数量较多的应用场景下面临的接入成功率和网络吞吐率低下的问题。
实现本发明目的的思路是，基于载波侦听信道接入机制，在LoRa终端接入信道之前先检测信道的状态，避免信道接入的盲目性；在多次检测到信道处于繁忙状态时，LoRa终端切换到其他的信道进行侦听与接入，有效地利用了使用不同信道的LoRa信号可以进行并行传输的特点，避免LoRa终端在持续繁忙的信道中多次接入信道失败而造成时间的浪费，充分地利用了无线信道资源，最终实现有效地将无线LoRa终端接入LoRa无线通信网络信道中。
本发明的具体步骤如下：
(1)LoRa终端选择信道：
LoRa终端从远距离广域网LoRaWAN协议规定的可用信道中，随机选择一个信道；
(2)判断所选信道上是否存在LoRa前导码信号，若是，则判定信道为繁忙，执行步骤(3)；否则，判定信道为空闲，执行步骤(7)；
(3)LoRa终端进行退避等待：
(3a)从区间[0,T]中随机选取一个整数A，LoRa终端在A个时隙内退避等待，其中，T＝2B-1，B表示LoRa终端的当前退避指数；
(3b)每等待A个时隙，将LoRa终端的当前退避次数加1，将LoRa终端的当前退避指数加1；
(4)判断LoRa终端的当前退避次数是否大于退避次数上限值；若是，则执行步骤(8)，否则，执行步骤(5)；
(5)判断LoRa终端的当前退避指数是否大于退避指数上限值；若是，则执行步骤(6)；否则，执行步骤(2)；
(6)LoRa终端重新选择信道：
将LoRa终端的当前退避指数设置为退避指数上限值后执行步骤(1)；
(7)LoRa终端接入所选信道；
(8)判定所有信道在当前时刻都处于繁忙状态，LoRa终端不再尝试信道接入。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
第一，由于本发明通过判断LoRa终端所选信道上是否存在LoRa前导码信号来确定所选信道的状态，在信道状态为空闲时LoRa终端接入信道，克服了现有技术中LoRa终端无法得知所选择信道的状态，在未知信道状态是否空闲时接入信道而导致信道接入具有盲目性的问题，使得本发明降低了信道接入发生冲突的概率，具有接入成功率高的优点。
第二，由于本发明通过判断LoRa终端的当前退避指数是否大于退避指数上限值，确定当前退避等待时间的长度，在退避等待时间较长时判定所选信道持续繁忙，让LoRa终端重新选择信道，克服了现有技术无法灵活地利用无线信道资源，导致因为单个信道持续繁忙，选择该信道的LoRa终端多次接入信道失败造成大量时间浪费的问题，使得本发明避免了LoRa终端对持续繁忙的信道进行长时间侦听，提高了整个LoRa无线通信网络在单位时间内信道接入成功的次数，具有网络吞吐率高的优点。
附图说明
图1为本发明的流程图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步的描述。
参照附图1，对本发明的具体步骤做进一步的描述。
步骤1，LoRa终端选择信道。
LoRa终端从远距离广域网LoRaWAN协议规定的可用信道中，随机选择一个信道。
步骤2，判断所选信道上是否存在LoRa前导码信号，若是，则判定信道为繁忙，执行步骤3；否则，判定信道为空闲，执行步骤7。
步骤3，LoRa终端进行退避等待。
第1步，从区间[0,T]中随机选取一个整数A，LoRa终端在A个时隙内退避等待，其中，T＝2B-1，B表示LoRa终端的当前退避指数。
所述当前退避指数是指，在第1次退避中，将LoRa终端的退避指数初始值作为LoRa终端的当前退避指数，LoRa终端的退避指数初始值是在[3,9]范围内任意选取的一个正整数。本发明实施例中，LoRa终端的退避指数初始值取为3。
第2步，每等待A个时隙，将LoRa终端的当前退避次数加1，将LoRa终端的当前退避指数加1。
所述的当前退避次数是指，在第1次退避中，将LoRa终端的退避次数初始值作为LoRa终端的当前退避次数，退避次数初始值是0。
步骤4，判断LoRa终端的当前退避次数是否大于退避次数上限值；若是，则执行步骤8，否则，执行步骤5。
所述的退避次数上限值为在[4,16]内任意选取的一个正整数。本发明的实施例中退避次数上限值取为4。
步骤5，判断LoRa终端的当前退避指数是否大于退避指数上限值；若是，则执行步骤6；否则，执行步骤2。
所述退避指数上限值为在[5,10]内任意选取的一个正整数。本发明实施例中，退避指数上限值取为5。
步骤6，LoRa终端重新选择信道。
将LoRa终端的当前退避指数设置为退避指数上限值后执行步骤1。
步骤7，LoRa终端接入所选信道。
步骤8，判定所有信道在当前时刻都处于繁忙状态，LoRa终端不再尝试信道接入。

Claims (5)

1.一种基于载波侦听的LoRa无线通信网络信道接入方法，其特征在于，LoRa终端在接入信道前，通过检测LoRa前导码对信道进行载波侦听，在信道空闲时接入信道，在信道繁忙时进行退避等待；在多次退避等待之后，重新选择其他的信道继续进行退避和侦听；在退避等待的次数超过上限值之后放弃信道接入；该方法的具体步骤包括如下：
(1)LoRa终端选择信道：
LoRa终端从远距离广域网LoRaWAN协议规定的可用信道中，随机选择一个信道；
(2)判断所选信道上是否存在LoRa前导码信号，若是，则判定信道为繁忙，执行步骤(3)；否则，判定信道为空闲，执行步骤(7)；
(3)LoRa终端进行退避等待：
(3a)从区间[0,T]中随机选取一个整数A，LoRa终端在A个时隙内退避等待，其中，T＝2B-1，B表示LoRa终端的当前退避指数；
(3b)每等待A个时隙，将LoRa终端的当前退避次数加1，将LoRa终端的当前退避指数加1；
(4)判断LoRa终端的当前退避次数是否大于退避次数上限值；若是，则执行步骤(8)，否则，执行步骤(5)；
(5)判断LoRa终端的当前退避指数是否大于退避指数上限值；若是，则执行步骤(6)；否则，执行步骤(2)；
(6)LoRa终端重新选择信道：
将LoRa终端的当前退避指数设置为退避指数上限值后执行步骤(1)；
(7)LoRa终端接入所选信道；
(8)判定所有信道在当前时刻都处于繁忙状态，LoRa终端不再尝试信道接入。
2.根据权利要求1所述的基于载波侦听的LoRa无线通信网络信道接入方法，其特征在于，步骤(3a)中所述的当前退避指数是指，在第1次退避中，将LoRa终端的退避指数初始值作为LoRa终端的当前退避指数，LoRa终端的退避指数初始值是在[3,9]范围内任意选取的一个正整数。
3.根据权利要求1所述的基于载波侦听的LoRa无线通信网络信道接入方法，其特征在于，步骤(3b)中所述的当前退避次数是指，在第1次退避中，将LoRa终端的退避次数初始值作为LoRa终端的当前退避次数，退避次数初始值是0。
4.根据权利要求1所述的基于载波侦听的LoRa无线通信网络信道接入方法，其特征在于，步骤(4)中所述的退避次数上限值为在[4,16]内任意选取的一个正整数。
5.根据权利要求1所述的基于载波侦听的LoRa无线通信网络信道接入方法，其特征在于，步骤(5)中所述的退避指数上限值为在[5,10]内任意选取的一个正整数。
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