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当前大规模部署是物联网发展的浪潮,网络扩展性、覆盖范围、使用寿命等在多种物联网应用场景中变得越来越重要。为了顺应低成本、大规模部署和高能效的物联网发展需求,物联网技术中一个分支——低功耗广域网（Low Power Wide Area Network,LPWAN）在近些年得到了广泛的讨论。LoRaWAN作为LPWAN中占据主导地位的一种无线通信技术标准,因受限于扩频因子（Spread Factor,SF）之间伪正交性的特点和不具备先听后发的机制（Listen-Before-Transmit,LBT）,基于ALOHA的传输调度方式会引发严重的信道冲突,极大降低了LoRa网络的扩展性,导致无法满足大规模机器通信（Massive Machine Type Communication,m MTC）的发展需求。因此,为了解决LoRa网络中信号共信道抑制问题,本文基于载波监听多路访问机制（Carrier Sense Multiple Access,CSMA）,对NP-CSMA应用于LoRa网络进行了详细的研究;而后为了进一步解决LoRa网络中同SF干扰和SF间干扰,避免信号发生冲突,依据时分多址（Time Division Multiple Access,TDMA）的通信思想,设计了一种适用于LoRa终端自主分配SF的时隙传输协议。鉴于此,本文的主要贡献如下:首先,对LoRa调制技术进行了一定的阐述,在考虑了LoRa物理层编码对接收机正确解调的影响的条件下,通过MATLAB对LoRa调制技术性能和SFs之间不完全正交性进行了分析,并分别给出了误码率（Bit Error Rate,BER）在10-4的条件下解调所需的信噪比（Signal-Noise Ratio,SNR）阈值和确保SFs间信号不受干扰影响的信号干扰比（Signal-Interference Ratio,SIR）阈值。其次,依据LoRa网络的性质,从众多的CSMA变体中,选择了NP-CSMA协议进行了相关研究,对NP-CSMA在LoRa网络中的调度机制进行了充分的阐述;并基于NP-CSMA在LoRa网络中的调度过程和隐藏终端所占的比值,分析了NP-CSMA在LoRa网络中传输过程的脆弱期,从而推导了NP-CSMA理论数据包交付率和信道利用率性能。然后,为了保证LoRa网络无冲突的传输过程,本文设计了一种结合SF分配机制的时隙传输协议AA-SF＆TS,并从帧结构、自主分配SF机制、自主分配时隙算法、帧周期长度、并行传输调度过程和关键参数六个方面详细阐述了实现过程。最后,为了分析本文提出的协议AA-SF＆TS的性能,本文基于NS3仿真系统与理论数值对LoRaWAN、NP-CSMA、AA-SF＆TS三种协议在单信道以及多信道下的多个网络性能指标进行了比较。实验结果表明,在同等条件下,时隙独占性的特点可以使得AA-SF＆TS维持几乎100%的数据包交付率;在信道利用率方面,与LoRaWAN的18.8%和NP-CSMA的59.2%饱和信道利用率相比,AA-SF＆TS即使在最大数据速率下,也能提供大约73%的饱和信道利用率,且容纳的节点数量也高于LoRaWAN和NP-CSMA。虽然,AA-SF＆TS全局时间同步造成的额外能耗会因信标的长度和发送速率消耗大约2.77 m J～24.02 m J;但与LoRaWAN、NP-CSMA重传导致的能耗以及碰撞造成的信号丢失相比,AA-SF＆TS额外能耗仍然是在合理的范围。