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随着物联网(Internet of Things,IoT)的不断发展,特别是在智能电网、智能交通和智能农业等应用不断出现的背景下,建立大规模可靠的广域低功耗无线网络是至关重要的。在传统通信技术无法满足需求的情况下,LPWAN(Low Power Wide Area Network,广域低功耗)技术中一种较具有应用前景的物理层技术——LoRa因其较远的通信距离和较强的抗干扰能力,越来越受到学术界和工业界的关注。另一方面,未来IoT所面临的重大挑战是,如何高效处理网络中不断增长的设备数量和业务量,以及日益丰富的流量类型。为了应对这种挑战,设计高效的MAC(Medium Access Control,介质接入控制)协议具有重要的意义。由于目前应用于LoRa网络中的MAC协议——基于ALOHA的LoRaWAN协议无法很好地应对这些挑战,所以在LoRa网络中使用更高效的MAC协议势在必行。因此,本文研究适用于高业务量和多节点数情景的LoRa网络MAC协议。论文主要研究内容如下:首先,本文对LoRa网络进行了建模,包括链路测量模型、链路性能模型和业务流量模型。然后,本文基于离散事件仿真器NS3设计了LoRa仿真模块,实现了LoRa网络模型,并利用此模块对基于ALOHA的MAC协议LoRaWAN进行了仿真。仿真结果表明,在高业务量和多节点数情况下,LoRaWAN协议投递率和吞吐率性能较差。其次,针对LoRa网络在高业务量和多节点数情况下传输冲突的问题,设计了一种基于分布式队列(Distributed queues,DQ)的MAC协议。该协议通过引入竞争窗口和反馈窗口来进行树状冲突分解,从而使节点获得无冲突传输数据的机会。仿真结果表明,与LoRaWAN协议相比,该协议提高了LoRa网络的投递率和吞吐率性能。最后,针对LoRa网络在高业务量和多节点数情况下吞吐率低的问题,提出了一种基于CSMA/CA的MAC协议,通过载波侦听和随机退避减少以冲突的概率。同时,利用离散马尔可夫链建立了该协议的分析模型,并推导出理论的吞吐率计算公式。仿真结果表明,该协议在吞吐率和投递率性能上要优于LoRaWAN协议,且在吞吐率比所提出的DQ协议高的情况下,拥有较好的投递率性能。