基于分布式排队方法的LoRa多址接入技术研究

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LoRa中基于纯Aloha协议调度站点在共享信道中的随机接入,其吞吐量最高只能达到18.6%,当负载超过0.5并继续增大时,其吞吐量会急剧下降。而基于时分的DQ协议,不仅能将同时接入的站点数目不断变小,从而解决多站点的接入冲突,提高时延以及吞吐量性能,并且有着良好的可扩展性。本文在已有的将DQ协议应用在LoRa中的研究基础上,首先分析了竞争时隙的冲突检测问题,之后改进了冲突解决队列的原有排队机制,以提高系统相关性能,最后探索了竞争时隙合理数量。为压缩接入请求序列的长度,采用Chirp信号表示接入请求。各站点接收到反馈信息后才能决定立即发送数据或等待发送数据、立即重新竞争或等待重新竞争。网关能够检测出各竞争时隙的状态是反馈信息的前提。因此,设计了一种Chirp信号的多址接入冲突检测方法,检测各竞争时隙的状态,以备反馈信息使用。其次,针对Bcn周期中只处理站点冲突、而不传输站点数据的帧过多的情况,结合深度优先算法,改变冲突解决队列的广度优先处理方式。改进方案的仿真实验中,Bcn周期中数据传输队列长度为0的情况,即不传输站点数据的帧的数量大幅减少,性能开销减少,吞吐量得到了提高,并且降低了站点成功传输数据的平均时延,且站点总数目越多,改进效果越明显。最后,在深度优先的方案中,先分析冲突解决队列的平均时延,以此理论值来验证数值仿真实验的正确性;之后分析了竞争时隙数量与时延和吞吐量的关系,探索竞争时隙的合理数目。
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