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LoRaWAN作为基于LoRa的低功耗广域网应用规范,能够使基于LoRa的物联网应用得以快速部署,目前已经得到了广泛的应用。然而LoRaWAN在实际应用中存在着网络的可靠性较低,通信的实时性得不到保证等问题,面对LoRaWAN存在的问题,迫切需要一种可靠性和实时性较高的基于LoRa的低功耗广域网络,以满足工业物联网等应用的通信需求,本课题针对上述问题展开研究。论文的主要研究工作总结如下:(1)分析了 LoRaWAN协议,提出一种LoRa组网通信方法,采用TDMA与CSMA混合接入和空中唤醒机制实现LoRa的组网,满足了不同通信业务的传输需求,解决了 LoRaWAN在节点数量增加及通信数据量增大时由于通信冲突加重导致的通信可靠性下降的问题,确保节点具备低功耗的同时降低了通信时延。(2)采用多信道通信方式,通过划分不同的信道将TDMA与CSMA接入方式进行有效区分,并针对不同的网络需求对信道数量进行规划,解决了共享信道时TDMA与CSMA混合接入通信时的性能瓶颈。同时制定了节点入网、消息上报和下行唤醒在内的LoRa组网通信流程,通过信道分配、时隙分配等网内通信机制将节点分配于不同TDMA信道的时隙中,实现不同节点数据的可靠并行传输。(3)提出了相应的LoRa物联网系统的设计方案。借助阿里物联网平台构建LoRa物联网系统,将网关和节点接入至阿里物联网平台,制定相应的接入流程和验证方法,确保设备安全、合法的接入,并采用MQTT协议的订阅/发布模型建立用户、云平台以及设备间的即时、可靠远程通信服务。(4)针对物联网应用中设备功能复杂多样的特点,采用属性、事件、服务作为物模型对设备进行抽象描述,通过物模型定义设备的功能,并基于物模型制定用户、云平台以及设备间的数据交互协议,实现了对各种LoRa异构设备的统一管理。(5)完成了网关与节点的软硬件设计。以树莓派作为网关的硬件平台,采用SX1301作为LoRa通信模块完成数据转发,以Linux中的多线程为基础,划分多线程完成网关相应的功能,通过移植物联网平台的设备端SDK实现云平台接入和通信;确定以STM32L151CBU6为处理器、SX1276为LoRa通信模块的节点硬件设计方案,并完成了处理器及外围电路、LoRa通信电路等电路设计,在此基础上实现了 LoRa射频驱动以及应用程序。本文以景观照明系统为应用对象,搭建系统测试平台,完成了网关与节点间的LoRa组网通信测试,结合阿里物联网平台完成了网关与节点的云平台接入与通信以及系统的整体功能测试。测试结果表明,组网通信以及系统整体功能正常,达到了预期的目标,能满足景观照明系统的应用需求,具有应用和参考价值。