带外同步的时隙式 LoRaWAN 通信的能效

尽管利用无线链路覆盖大面积区域的想法并不新鲜，但 LPWAN 的出现近来开始改变格局。简单、鲁棒的窄带调制方案使得低成本无线电设备的实现能够提供高接收灵敏度，从而改善整体链路预算。属于 LPWAN 家族的数种技术，包括知名的 LoRaWAN 方案，为许多物联网（IoT）应用提供了高性价比的答案，这些应用需要能够支持由大量设备（例如智能计量）组成的大型网络的无线通信。通常，所采用的 MAC 策略基于纯 ALOHA，这尤其可在非授权频段的受限占空比限制下最小化流量开销。遗憾的是，ALOHA 可扩展性差，在密集网络中迅速崩溃。本工作研究了一种基于时隙 ALOHA 的改进 LoRaWAN MAC 方案设计。具体而言，所需的时间播发由利用 FM-RDS 广播的带外通信提供。基于低成本硬件的实验装置用于表征可获得的同步性能并推导时序误差模型。进而，在多达 10000 个节点的超大型网络中，通过仿真验证了成功概率与能效的提升。结果表明，在需要短更新时间与大数据载荷时，所提方案相对于常规 LoRaWAN 通信的优势可达 100%。在能效提升方面获得类似结果：对于相对短的传输间隔与长消息时长，提升接近 100%；然而，由于收听时间播发消息的额外开销，对于快速重复的短时长消息，效率增益可能为负。