随着物联网技术的高速发展,人们需要随时随地实现人与物、物与物之间的连接,这对网络设备的功耗、通信距离都提出了更高的要求。因此低功耗广域网(LPWAN)技术应运而生,而该技术的典型代表LoRaWAN,更是近年来的研究热点。LoRaWAN是一种低功耗广域网网络规范,它基于LoRa技术,其适用于终端采用电池供电的广域网络。LoRaWAN以物联网的关键需求为目标,提供智能设备间无缝的互操作性,不需要复杂的本地安装,给企业、开发者、用户均提供自由使用空间,使其在物联网中发挥作用。作为未来低功耗广域网的主流技术,LoRa网络已经得到了广泛的研究。虽然LoRaWAN通过物理层的技术使其具有低功耗的特点,但依靠电池供电的网络终端节点的能耗问题仍然面临巨大挑战。网络终端节点的节能问题一直是LoRa网络研究中最主要的问题之一。本文主要研究LoRa终端的低功耗的设计。本文的主要研究内容及贡献如下:(1)从协议的角度研究分析LoRaWAN物理层、MAC层以及协议栈的结构、LoRa网络结构图;并对LoRa三种工作模式的能耗进行测试和分析对比,以及对LoRa协议中的安全机制、重传机制、LoRa终端的自适应机制(Adaptive Data Rate ADR)进行分析。(2)提出基于神经网络的LoRa终端最大发送速率动态预测算法,通过提高通信效率来降低功耗。该算法基于神经网络的模型,在LoRa服务器端通过输入参数信号强度、信噪比对LoRa终端最大发送速率进行动态预测并告知终端。终端最终可以满足保证正常通信的情况下以最大速率发送实现低功耗。(3)提出LoRa终端动态关闭多余ping时隙的机制(Dynamic Turning Off the Ping time-slots DTOP)。该机制在LoRa Class B模式下,能通过关闭LoRa终端不必要的接收窗口来实现低功耗。理论分析和测试结果表明,该算法节约的能量与关闭ping时隙的个数成正相关的关系。测试结果表明,30分钟大概可以节约80 mJ的能量。(4)提出LoRa终端动态暂停接收Beacon帧的机制(Dynamic Suspension Accept Beacon DSAB)。该机制在LoRa Class B工作模式下,当服务器没有数据需要下发给终端的时候,LoRa终端不必打开Beacon帧接收窗口,从而来降低LoRa终端的能耗。测试结果表明,30分钟大概可以节约65 mJ的能耗。