【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于lora体制的低轨卫星物联网终端模态参数配置方法、装置及存储介质，属于卫星通信。
技术介绍
1、随着时代的不断发展，物联网(internet of things，iot)已经在各个领域广泛应用，特点之一为“低功耗广域网”(lpwan)。地面lora技术是一种低功耗广域物联网的解决方案，具备出色的低功耗、远距离传输、大规模连接等特性，然而传统的地面通信网络无法覆盖全球超过80％的陆地和95％以上的海洋区域。在这种情况下，卫星物联网凭借其广泛的覆盖范围、不受天气和地理条件限制、为大范围移动平台提供可靠网络连接的能力等独特特点，成为地面物联网的重要补充。为了实现lora技术在低轨卫星物联网场景下的应用，需要深入研究如何将lora技术与低轨卫星物联网相结合，以建立适应性强、高效可靠的终端与卫星通信机制。
2、lorawan标准中制定了三种工作模式，三种工作模式上行通信方式基本一致，但是在下行通信中，class a模式接收窗口持续时间最短，终端能耗最低，但下行数据的实时性最差，class c模式接收窗口持续时间最长，相应的能耗也最高，但下行数据的实时性最好，而class b的能耗和时延处于两者之间，既能获得比class a模式更小的下行时延，又能有比class c模式更低的能耗，在下行数据量多，业务时延敏感的场景下，终端需要切换到class b模式来降低下行端到端时延，在下行数据少，业务时延需求不敏感时，为了节能，需要切换回class a模式。在低轨卫星物联网场景下，相对于地面场景覆盖范围大，能覆盖海量终
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种基于lora体制的低轨卫星物联网终端模态参数配置方法、装置及存储介质，能够适应低轨卫星场景下复杂的业务场景，对于不同的业务类型可以满足其时延需求的同时尽可能降低终端功耗来延长终端工作寿命。
2、为达到上述目的，本专利技术是采用下述技术方案实现的。
3、一方面，本专利技术提供一种基于lora体制的低轨卫星物联网终端模态参数配置方法，包括：
4、构建低轨卫星物联网场景下lora体制终端的模式切换策略；
5、基于所述的模式切换策略，获取lora体制终端上下行通信的时延和终端能耗的分析模型；
6、基于所述分析模型，获得时延功耗多目标优化问题，在信关站侧采用nsga-ii(二代非支配排序)遗传算法求解，得到在该终端模式切换策略下的时延功耗多目标优化问题的帕累托前沿最优解集；
7、从帕累托前沿最优解集中确定满足当前场景时延功耗需求的模式持续时间定时器参数值，以及classb模式下的接收窗口数量参数值，通过下行链路动态配置终端参数。
8、本专利技术在应用时，基于需求在class a模式与class b模式中切换，满足时延需求的同时尽可能降低终端能耗；对上下行通信的时延和终端能耗的建立分析模型，根据业务需求以及业务密度建立优化选择。
9、可选的，所述终端的模式切换策略包括：
10、当终端处于class b模式时，若在class b定时器持续时间内收到下行数据，则重置定时器并保持当前模式；若在持续时间内未收到下行数据，则切换为class a模式；
11、当终端处于class a模式时，若class a定时器超时，则切换为class b模式并通知服务器模式改变。
12、可选的，所述获取lora体制终端上下行通信的时延和终端能耗的分析模型包括：
13、建立终端马尔科夫状态转移图，推得不同工作状态的稳态概率与不同工作状态的保持时间，确定一个数据包随机落入不同工作模式区间内的概率；方便求得后续步骤中终端系统的平均时延及终端平均功耗；
14、分析终端的上行时延，推导终端上行平均时延du；
15、基于lora体制中各模式的收发规则，建立下行接收数据包的时延分析模型；
16、基于lora体制中各模式的收发规则，建立能耗分析模型。
17、可选的，所述建立终端马尔科夫状态转移图的过程包括：
18、终端侧上行数据的到达服从泊松分布，卫星侧下行数据的到达服从泊松分布，基于终端的模式切换策略建立终端马尔科夫状态转移图。
19、其中，不同工作状态的保持时间为终端在转换到另一工作状态之前保持在当前模式下的平均时间。
20、可选的，所述对终端的上行时延分析包括：若上行失败，终端执行重传退避策略，采用均匀退避，根据泊松分布及纯aloha协议得到上行接入成功率pr；若上行接入失败，终端在第二窗口后开始退避；设退避时间为t，终端上行平均时延du表示为：
21、
22、其中，mf为数据包长度，tw为窗口持续时间，tdelay为星地间长传播时延，n为最大重传次数。
23、其中，上行时延可分为上行成功时延和上行失败总时延。
24、可选的，所述建立下行接收数据包的时延分析模型的过程包括：
25、利用泊松到达时间平均特性，计算一个下行数据包在任意状态内到达时的系统下行时延，下行接收数据包的平均时延表示为：
26、
27、其中，pa、pb分别表示lora体制终端处于class a模式及class b模式的稳态概率；
28、分别表示一个下行数据包在class a模式持续时间内到达的下行时延，以及一个下行数据包在class b模式持续时间内到达的下行时延。
29、其中，所述下行接收数据包的时延分析模型，包括class a模式下行时延以及class b模式下行时延；
30、class a模式持续时间内的下行时延包括：下行数据包由于缓存队列中的数据包的传输时延而需要等待class b模式接收窗口的下行平均时延，以及下行数据包只有一个时能直接在上行之后的窗口内下行的下行平均时延；
31、联合两种情况的概率，推导得出class a模式下行平均时延。
32、class b模式持续时间内的下行时延包括：下行数据包在缓存队列中的排队时延、等待目的终端打开接收窗口pingslot的时延以及传输下行数据帧的时延。
33、可选的，终端在所述能耗分析模型中的单位时间能耗表示为：
34、
35、其中，分别表示终端工作在class a模式持续时间内的平均能耗，以及class b模式持续时间内的平均能耗，h表示lora体制在该切换策略下的终端状态转移的平均保持时间。
36、能耗分析模型包括class a模式平均能耗和class b模式平均能耗；
37、其中，在各模式下持续时间本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于LoRa体制的低轨卫星物联网终端模态参数配置方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于LoRa体制的低轨卫星物联网终端模态参数配置方法，其特征在于，所述终端的模式切换策略包括：
3.根据权利要求1所述的基于LoRa体制的低轨卫星物联网终端模态参数配置方法，其特征在于，所述获取LoRa体制终端上下行通信的时延和终端能耗的分析模型包括：
4.根据权利要求3所述的基于LoRa体制的低轨卫星物联网终端模态参数配置方法，其特征在于，所述建立终端马尔科夫状态转移图的过程包括：
5.根据权利要求3所述的基于LoRa体制的低轨卫星物联网终端模态参数配置方法，其特征在于，所述对终端的上行时延分析包括：
6.根据权利要求3所述的基于LoRa体制的低轨卫星物联网终端模态参数配置方法，其特征在于，所述建立下行接收数据包的时延分析模型的过程包括：
7.根据权利要求3所述的基于LoRa体制的低轨卫星物联网终端模态参数配置方法，其特征在于，终端在所述能耗分析模型中的单位时间能耗表示为：
8.根据权利要求
9.一种基于LoRa体制的低轨卫星物联网终端模态参数配置装置，其特征在于，包括：
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1-8中任一所述的基于LoRa体制的低轨卫星物联网终端模态参数配置方法。
...【技术特征摘要】
1.一种基于lora体制的低轨卫星物联网终端模态参数配置方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于lora体制的低轨卫星物联网终端模态参数配置方法，其特征在于，所述终端的模式切换策略包括：
3.根据权利要求1所述的基于lora体制的低轨卫星物联网终端模态参数配置方法，其特征在于，所述获取lora体制终端上下行通信的时延和终端能耗的分析模型包括：
4.根据权利要求3所述的基于lora体制的低轨卫星物联网终端模态参数配置方法，其特征在于，所述建立终端马尔科夫状态转移图的过程包括：
5.根据权利要求3所述的基于lora体制的低轨卫星物联网终端模态参数配置方法，其特征在于，所述对终端的上行时延分析包括：
6.根据权利要求3所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：洪涛，钟志伟，李治，倪一天，张更新，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：
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