FSMA：面向非地面网络的可扩展可靠 LoRa 方案
网络与互联网体系结构
2025-10-06 v1 信号处理
摘要
Low Earth Orbit (LEO) 卫星用于实现全球 IoT 应用的普及，以及无人机在应急服务、农业和军事作业中的日益增长使用，凸显了非地面网络 (NTN) 的变革性潜力。然而，这些网络面临两个关键挑战：(1) 大范围覆盖面积导致频繁冲突；(2) 移动网关造成动态链路，要求无同步且链路感知的传输。现有的随机接入方案如 ALOHA、CSMA 和 BSMA 在该环境下表现不佳， suffer 高冲突率、隐式终端或过度网关能耗。我们提出 Free Signal Multiple Access (FSMA)，一种网关控制协议，引入轻量级 free signal chirp (FreeChirp)。FreeChirp 确保节点仅在信道空闲且链路可靠时传输，从而减少冲突，实现无需同步或复杂调度的链路感知接入。我们使用 25 台商业 LoRa 设备配合搭载无人机的移动网关进行评估，显示在吞吐量、数据包接收比率和能源效率上分别提升约 2 倍、2-5 倍和 5 倍。大规模仿真使用自研卫星 IoT 模拟器进一步表明 FSMA 可扩展至每个卫星通信窗口的 5000+ 设备。这些结果表明 FSMA 是实现可扩展、高效且可靠 NTN IoT 网络的实用方案。
引用
@article{arxiv.2510.02800,
title = {FSMA: Scalable and Reliable LoRa for Non-Terrestrial Networks with Mobile Gateways},
author = {Rohith Reddy Vennam and Maiyun Zhang and Raghav Subbaraman and Deepak Vashist and Dinesh Bharadia},
journal= {arXiv preprint arXiv:2510.02800},
year = {2025}
}
备注
14 pages, 19 figures