FREE——面向LoRaWAN中可靠且节能数据采集的细粒度调度方案

LoRaWAN有望为低成本设备提供广域网接入，这些设备仅靠一块1000 mAh电池便可运行长达10年。这使得LoRaWAN特别适用于数据采集应用（例如监测应用），其中设备寿命是一项关键性能指标。然而，在支持大量设备时，由于其基于Aloha的MAC层的高碰撞概率，LoRaWAN面临可扩展性问题。在使用确认传输时，由于网关端的占空比限制，性能进一步恶化。为此，我们提出FREE，一种用于LoRaWAN中可靠且节能数据采集的细粒度调度方案。FREE利用对数据交付没有硬延迟要求的应用，支持同步批量数据传输。这意味着数据被缓冲以在调度时隙中传输，而非立即发送。FREE为LoRaWAN终端设备分配扩频因子、发射功率、频率信道、时隙，并在帧中调度时隙。因此，FREE通过消除碰撞和分组确认，克服了LoRaWAN的可扩展性问题。我们评估了FREE与不同传统LoRaWAN配置的性能。数值结果表明，FREE具有良好的可扩展性，实现近乎100%的数据交付，且设备寿命估计超过10年，与流量类型和网络规模无关。相比之下，标准LoRaWAN配置中确认数据流量的可扩展性差、数据交付率低且设备寿命不足2年。