[发明专利]一种LPWAN物联网基于网络状况的自适应速率调整方法

说明书

本发明的目的在于提供一种LPWAN物联网基于网络状况的自适应速率调整方法，接收终端发送的上行帧，采样最近N帧SNR、RSSI值，根据帧序列号的连续性统计丢包率，按照终端所占信道及使用的SF统计SF子信道的负荷erl，加权计算终端期望的数据速率DR_mote。当终端丢包率超过ADR策略中的丢包阈值时，进行丢包速率调节；未超过ADR策略中的丢包阈值时，进行正常速率调节。下发ADR命令给终端，终端收到后根据自己的策略调整数据传输速率并进行回应。如果LoRaWAN服务器未收到回应则认为下发失败，重复下发直到收到回应为止。本发明的有益效果是，能根据自身网络状况，包括信号质量指标、信道负荷、丢包率等情况，对终端的数据速率进行自适应调整。

技术领域

本发明涉及一种LPWAN物联网基于网络状况的自适应速率调整方法，属于LPWAN物联网领域。

背景技术

LoRaWAN是采用Semtech公司LoRa技术构建的低功耗无线广域物联网(LPWAN)，由于其具备低功耗、低成本与传输距离远等特点，可广泛应用于各种场合的远距离低速率物联网无线通信领域，如自动抄表、市政设施监控、环境监测、无线安防、工业监视与控制等。

LoRa采用扩频调制技术，每一个信道支持6级扩频因子(Spread Factor，SF)，从SF7到SF12，分别对应不同的数据速率,从DR5(Data Rate5：对应SF7)到DR0(Data Rate0：对应SF12)。扩频因子越大，抗干扰能力越强，支持的传输距离越远，但同时数据传输速率越低。同时，不同扩频因子的无线电信号是正交的，彼此不相冲突，意味着同一个信道里按照扩频因子还可以划分出6个SF子信道，使得LoRaWAN网络接入容量得到更进一步提升。

为了做到LoRa终端低功耗还能正常通信，同时兼顾扩大LoRaWAN网络接入容量，LoRa在协议上设计了一个数据速率自适应(Adaptive Data Rate,ADR)机制，不同传输距离的终端会根据无线信号传输状况，尽可能使用最快的数据速率，这样也使得网络整体的数据传输更有效率。

但对于LoRa的每个信道的SF子信道来说，同一时刻只能有一个信号传送，如果多个信号并发传送，就会导致信道冲突，信号间相互干扰导致接收端无法接收信号。由于信道接入是多个终端采用随机接入方式(ALOHA机制)，因此一旦SF子信道的负荷超过一定阈值，就会导致冲突概率快速上升，网络通信性能急剧下降。

现有的一些数据速率调整方案是根据终端上行帧的无线信号质量指标来估算出下次终端发送数据所应采用的传输速率。主要是基于快速可靠传输的原则，在信号质量好的情况下，采用高一点的数据传输速率，当信号质量变差时，则采用低的数据传输速率，以提高终端信号灵敏度。这些方案仅仅考虑了终端的个体信道情况，没有考虑LoRaWAN网络的信道负荷。当仅以终端的信号质量指标决策数据速率，有可能会把终端的上行帧都分配到少数几个SF子信道上，致使这些子信道拥塞，发生丢包，网络性能恶化。

专利申请CN201710124472中所描述的终端数据速率自动调整方法是当无线网络状况变化剧烈时采用更短周期采集终端上行帧的无线信号质量，从而使终端能以最新的数据速率尽快适应无线网络环境。这种方法实际上是对上行帧按时间赋值了权重，可以使用其他更好的方法实现。该方法所存在的不足之处就是未整体考虑SF子信道的利用，存在负荷分布不均匀，若都拥塞到一个SF子信道，则发生丢包。

发明内容

本发明的目的在于提供一种LPWAN网络能根据自身网络状况进行自适应速率调整(ADR)的方法，能根据自身网络状况，包括信号质量指标、信道负荷、丢包率等情况，对终端的数据速率进行自适应调整。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种LPWAN物联网基于网络状况的自适应速率调整方法，其特征在于，包括如下步骤：

过程一、接收LoRa终端发送的上行帧；