基于LoRaWAN协议的大容量自组网研究与实现

作     者：王剑文 

作者单位：武汉邮电科学研究院 

学位级别：硕士

导师姓名：刘玮

授予年度：2022年

学科分类：080904[工学-电磁场与微波技术] 0810[工学-信息与通信工程] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 0804[工学-仪器科学与技术] 081001[工学-通信与信息系统] 

主      题：API-LoRa网关 最优网关选择算法 远程过程调用 Reactor模式 网关下行数据调度算法 

摘      要：随着物联网技术的发展,物联网可用于偏远区域进行专用网络搭建,这类网络的应用场景覆盖区域极广、接入设备类型与设备数量极多、功能需求极其繁杂。为了满足偏远区域网络低时延、大容量、高可用的构建需求,本文提出一种三层网络构建方式的基于API-LoRa网关的LoRa网络搭建方式,结合API网关与LoRa技术,在网络终端与网关唯一绑定的基础上实现了网络近端功能与远端功能的分离,通过牺牲终端设备的网关选择性,实现了网络时延的极大衰减,达成了偏远区域自组网的快速开发、有效部署与简便使用。本文的主要工作如下:(1)结合微服务思想与LoRa技术,将LoRa网关改造成具有数据响应功能的API-LoRa网关,使网络终端数据可以就近处理,成功减少了94.5%的网关上行流量,并令终端请求响应时间加快了32.3%,有效降低了网络状况对LoRa网络的影响并降低了网络延时,增加了偏远区域LoRa网络部署的有效性。(2)提出最优网关选择算法,令网络终端可以选择最优API-LoRa网关接入,可有效提高14.5%的终端上行数据接收成功率,降低了终端上行数据间的冲突,从而有效缓解了网络阻塞。(3)采用RPC框架与Reactor模式实现网关微服务框架的构建,通过事件调用与异步处理机制,实现网关功能的便捷开发与快速部署,显著增加了API-LoRa网关的可用性与便利性。(4)提出网关下行数据调度算法,增加了13.3%的网关下行发送成功率,成功消除了网关下行数据间的冲突,有效利用了网关下行资源,增大了网关容量。(5)在改进LoRa网络的基础上搭建通信与控制系统,验证网络的连通性并证明系统整体可正常运行,并搭建了改进LoRa网络仿真平台,对网关上行流量、网络时延、网络功能进行测试,实验结果表明改进LoRa网络可有效达成低时延、大容量的目标。