基于LoRaWAN无线抄表应用场景的MAC层协议设计

LoRaWAN协议上行采用纯ALOHA(Pure ALOHA,P-ALOHA)的方式发送数据,信道碰撞率高且利用率低,不适合用于无线抄表等应用场景。针对LoRaWAN协议的局限性,提出了一种适合于无线抄表应用场景的介质访问控制(Media Access Control, MAC)层协议。该MAC层协议设计了超帧的结构,采用时隙ALOHA(Slot ALOHA,S-ALOHA)协议与时分多址(Time Division Multiple Access, TDMA)协议相结合的混合式接入机制,并在信道上融入突发业务,节点可以根据TDMA时隙的使用情况,灵活决定用于竞争的时隙;设计了将节点分散到一个超帧的不同复帧发送数据的方法;利用超帧的结构,能使具有不同发送周期的节点在同一个信道上工作;根据功能需求对帧结构进行了改进。仿真结果表明,与P-ALOHA协议相比,该MAC层协议能很好地降低碰撞率,提高信道利用率,并且能很好地解决因大量节点同时发送数据而造成的信道瘫痪问题。