Scalability analysis of large-scale LoRaWAN networks in ns-3
随着LoRaWAN网络在现场的积极部署，了解这种低功耗广域网技术的局限性非常重要。以前的工作提出了LoRaWAN网络的可扩展性和容量方面的问题，因为每个网关的终端设备数量增加到数百或数千。一些作品将LoRaWAN网络建模为纯ALOHA网络，无法捕获捕获效果和干扰效果等重要特征。其他作品提供了一个更全面的模型，依靠经验和随机技术。这项工作使用了一种不同的方法，其中LoRa错误模型是从广泛的复基带比特出错率仿真构建的，并用作干扰模型。错误模型与ns-3模块中的LoRaWAN MAC协议相结合，可以研究具有数千个终端设备的多信道，多扩频因子，多网关，双向LoRaWAN网络。使用lorawan ns-3模块，LoRaWAN的可扩展性分析显示了下游流量对确认的上游流量的交付率的不利影响。分析表明，增加网关密度可以改善但不能消除这种影响，因为对网关的严格占空比要求继续限制下游机会。
2017-05-16 cs.NI
Deep Reinforcement Learning-based Energy Efficiency Optimization For Flying LoRa Gateways
本文提出用深度强化学习优化飞行 LoRa 网关网络能效，通过在线分配扩频因子和发射功率并缩减动作空间再训练，实现优于三种基准方案的能效表现。
2023-05-15 cs.NI eess.SP
LoRaWAN Gateway Placement for Network Planning Using Ray Tracing-Based Channel Models
研究不同信道模型对LoRaWAN网关部署的影响，提出结合射线追踪与离散事件仿真的优化框架，发现模型选择显著影响部署方案，存在计算成本与现实保真度的权衡。
2026-06-16 cs.NI
IRONWAN: Increasing Reliability of Overlapping Networks in LoRaWAN
LoRaWAN部署遵循自组织部署模型，该模型有机地导致了重叠的通信网络，共享无线频谱，并且完全不知道彼此。LoRaWAN使用ALOHA风格的通信，几乎不可能正确地调度属于不同所有者的网络之间的传输。无法调度重叠网络将导致网络间干扰，这将增加节点到网关的消息丢失和网关到节点的确认失败。随着LoRaWAN网络数量的增加，这个问题可能会变得更糟。针对这个问题，我们提出了IRONWAN，一个无线覆盖网络，共享通信资源，而无需修改底层协议。它利用无线电通信的广播性质，并使网关到网关通信，以促进搜索失败的消息，并发送失败的应答已经接收和缓存在重叠网络的网关。IRONWAN使用两种新颖的算法，即实时消息到达间隔预测器，来突出显示服务器何时未收到预期的上行链路消息。干扰预测器确保额外的网关到网关通信不会对通信带宽产生负面影响。我们在一个1000节点模拟器上评估IRONWAN，该模拟器最多包含10个网关，以及一个包含2个网关的10节点测试平台。结果表明，IRONWAN可以实现高达12%的数据包投递率（PDR）和每个节点接收的总消息，同时将最小PDR提高高达28%。这些改进可节省50%的节点能量。最后，我们证明了IRONWAN具有与最佳解决方案（有线，集中式）相当的性能，但通信成本低2-32倍。与FLIP（在某些情况下是一种有线分布式网关到网关协议）相比，IRONWAN的PDR也高出14\%。
2021-11-19 cs.NI cs.SY eess.SY
Optimizing Multi-Gateway LoRaWAN via Cloud-Edge Collaboration and Knowledge Distillation
针对大规模多网关LoRaWAN网络，提出云边协同的HEAT-LDL方法，结合Actor-Critic架构与李雅普诺夫优化，通过云边知识蒸馏提升终端自主决策能力，实验显示其数据包成功率和能量效率分别提升20.5%和88.1%。
2025-04-13 cs.AI cs.NI
FSMA: Gateway-Controlled Access for Scalable LoRa Non-Terrestrial Networks
University of California San Diego（加州大学圣迭戈分校）；University of Illinois Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）
针对LoRa非地面网络中大规模设备冲突和网关移动导致的链路变化问题，提出网关控制的免同步MAC协议FSMA，利用低扩频因子啁啾隐式过滤弱链路节点，将冲突窗口减少6-200倍，实验显示吞吐量提升2倍，可扩展至5000+设备。
2026-09-10 cs.NI eess.SP
Allocation of Repetition Redundancy in LoRa
我们考虑一个多点到点的网络中，传感器定期发送测量到网关。该系统在具有占空比限制的频带中使用长距离（LoRa）通信。我们的目标是提高测量传输的可靠性。在此设置中，重传协议不能很好地随传感器的数量而扩展，因为占空比限制阻止网关在存在许多传感器的情况下确认所有接收。因此，我们打算通过发送测量的多个副本来提高可靠性而不增加数据量，使得网关只要接收到至少一个副本就能够获得该测量。每个帧包括当前和一些过去的测量。我们提出了一种策略，考虑到衰落和干扰的影响，以确定要包括在一个帧中的测量的数量的冗余分配。使用仿真工具LoRaSim获得的数值结果表明，冗余的分配提供了高达六个数量级的中断概率下降。与在占空比和网关延迟约束以及传感器内存约束下盲目分配最大冗余的系统相比，我们的技术可以将成功向网关提供测量所花费的平均能量减少高达30%。
2019-04-12 cs.NI
Mathematical model of LoRaWAN channel access with capture effect
LoRaWAN是物联网的一种有前途的低功耗远程无线通信技术。LoRaWAN网关的一个重要功能与所谓的捕获效应有关：在某些条件下，网关可能会正确接收帧，即使它与其他帧重叠。在本文中，我们开发了LoRaWAN网络的开创性数学模型，该模型允许在考虑捕获效应的情况下查找网络容量和传输可靠性。
2020-08-06 cs.NI
Traffic-aware Gateway Placement and Queue Management in Flying Networks
无人机（UAV）已经成为承载通信节点（包括Wi-Fi接入点和蜂窝基站）的适当平台。这导致了由无人机组成的飞行网络的概念，作为一种灵活和敏捷的解决方案，随时随地提供按需无线连接。然而，现有技术的工作已经集中在优化提供到地面用户的连接的接入网络的布置，而忽略了回程网络设计。为了提高提供给地面用户的整体服务质量（QoS），需要仔细定义飞行网关（FGW）的位置和UAV中配置的队列的大小，以满足严格的性能要求。本文的主要贡献是一个流量感知的网关布局和队列管理（GPQM）算法的飞行网络。GPQM利用预先知道的位置的无人机和他们的交通需求，以确定FGW的位置和队列大小的无人机，以最大限度地提高总吞吐量，并提供随机延迟保证。GPQM评估通过ns-3模拟，考虑到一个现实的无线信道模型。结果表明，GPQM使用时提供的QoS显着的收益。
2022-07-05 cs.NI
Semantic-Aware Edge Intelligence for UAV Handover in 6G Networks
School of Electronic and Electrical Engineering, University of Leeds（莱斯特大学电子与电气工程学院）；College of Electronics Engineering, Ninevah University（尼尼微大学电子工程学院）
针对6G网络中的无人机可靠切换问题，提出在边缘部署经LoRA微调的MobileBERT，利用多属性测量进行多标签切换决策并生成原因标签，实验显示决策准确率高且原因标签F1微分数约0.9。
2025-09-07 cs.LG cs.NI cs.SY
Optimizing Spreading Factor Selection for Mobile LoRa Gateways Using Single-Channel Hardware
Department of Computer Science \& Engineering University of Moratuwa, Sri Lanka Email
针对单通道移动 LoRa 网关无法使用 ADR 的问题，提出规则排除与加权评分相结合的两阶段静态 SF 选择算法，并在 672 个 NS-3 场景中实现超过 92% 的最优匹配。
2025-07-26 cs.NI cs.RO
LoRa-Based Localization: Opportunities and Challenges
具有远距离通信能力和低功耗的低功耗广域网（LPWAN）技术对于形成由许多地理上分布的对象组成的物联网（IoT）将是重要的。在各种出现的LPWAN技术中，LoRa由于其开放的规范和网关基础设施而受到最多的研究关注，这与其他LPWAN技术的封闭设计和/或管理的网关基础设施不同。虽然现有的关于LoRa的研究主要集中在网络连接和性能上，但LoRa终端设备的准确定位在很大程度上仍然是一个悬而未决的问题。在本文中，我们讨论和分析了与本地化相关的LoRa物理层特性。我们的讨论和分析说明了实施基于LoRa的本地化的机遇和挑战。
2019-01-02 cs.NI
Wi-Lo: Emulating LoRa using COTS WiFi
我们提出了Wi-Lo，它允许将普通的802.11（WiFi）接入点转换为在下行链路中支持低功耗广域网（LPWAN）技术LoRa的物联网（IoT）网关。我们的Wi-Lo系统只需要软件更新，无需额外的硬件。它使用基于802.11b的互补码键控调制的信号仿真技术，以仿真下行链路LoRa（远程）传输。Wi-Lo网关可以由普通的支持WiFi的智能手机使用，将数据包发送到符合LoRa标准的物联网设备，如智能传感器。我们使用商用WiFi硬件实现了一个原型。实验结果表明，Wi-Lo使普通WiFi节点即使在长距离上也能与LoRa设备通信，这与使用纯LoRa发射器和接收器的配置相当。
2021-05-11 cs.NI
Attack-Aware Data Timestamping in Low-Power Synchronization-Free LoRaWAN
LoRaWAN等低功耗广域网技术有望从地理分布的传感器收集低速率监测数据，其中为传感器数据添加时间戳是一项关键的系统功能。本文考虑了一种基于网关处的信号到达时间对LoRaWAN上行链路数据进行时间戳的免同步方法，该方法很好地匹配LoRaWAN的单跳星形拓扑，并从传输时间戳和始终同步终端设备的时钟中释放带宽。然而，我们表明，这种方法是容易受到{ \em帧延迟攻击}组成的恶意帧冲突和延迟重放。真实实验表明，该攻击可以影响大面积的终端设备，最大可达约$50,000\,\text{m}^2$。从更广泛的意义上说，该攻击威胁到任何需要及时交付LoRaWAN帧的系统功能。为了解决这一威胁，我们提出了一种$\mathsf{LoRaTS}$网关设计，该设计集成了商品LoRaWAN网关和低功耗软件定义的无线电接收器，以跟踪终端设备的固有频率偏差。基于LoRa线性调频扩频调制的分析模型，我们开发了信号处理算法，以高精度估计频率偏差，超出LoRa默认解调的精度。精确的频率偏差跟踪能力能够检测到引入额外频率偏差的攻击。大量的实验表明了我们的方法的有效性。
2020-04-11 cs.NI
LoRaIN: A Constructive Interference-Assisted Reliable and Energy-Efficient LoRa Indoor Network
针对室内LoRa网络可靠性和能效不足的问题，提出LoRaIN链路层协议，利用构造性干扰和增强节点中继确认，在20节点测试台上将可靠性从62%提升至95%，能效提升约2.5倍。
2025-06-19 cs.NI
Low-Cost Traffic Sensing System Based on LoRaWAN for Urban Areas
低功耗广域网（LPWAN）的出现，使无线传感器网络的可行性，在城市地区的环境交通传感。在这项研究中，我们探索使用LoRaWAN终端节点作为流量传感器，以提供实用的流量管理解决方案。所监测的接收信号强度指示符（RSSI）因子被报告并在网关中使用以评估环境的流量。我们的技术利用LoRaWAN作为远程通信技术来提供大规模系统。在这项工作中，我们提出了一种使用LoRaWAN设备来估计流量的方法。LoRaWAN终端设备然后将其数据包传输到不同的网关。它们的RSSI将受到道路上存在的汽车数量的影响。我们使用支持向量机和聚类方法来分类目前的汽车的大致数量。本文详细介绍了我们的经验，设计和实际实施的这个系统在一个地区，在城市场景绵延数英里。我们连续几周在不同网关测量和报告RSSI。结果表明，如果将LoRaWAN端节点放置在最佳位置，则可以获得高达96%的正确环境流量水平检测。此外，我们还共享L
2022-11-02 cs.NI
Fragment-Level Macro-Diversity Reception in LoRaWAN Networks with LR-FHSS
针对单网关重建限制 LR-FHSS 优势的问题，提出多网关共同接收合并有效载荷片段的宏分集策略，并构建随机几何模型量化干扰下成功概率，显著提升了网络容量。
2025-05-03 cs.NI
Leveraging Wake-Up Radios in UAV-Aided LoRa Networks: Some Preliminary Results on a Random-Access Scheme
提出一种将唤醒无线电集成到配备UAV网关的LoRa传感器网络中的传输方案，通过频率和扩频因子跳变进行数据传输，在保持相似可靠性的同时显著降低传感器能耗。
2023-05-23 cs.NI eess.SP
Contact-Aware Opportunistic Data Forwarding in Disconnected LoRaWAN Mobile Networks
LoRaWAN是领先的低功耗广域网（LPWAN）架构之一。它最初设计用于由静态传感器或物联网（IoT）设备和静态网关组成的系统。它最近进行了更新，引入了纳秒时间戳等新功能，这些功能打开了应用程序，使LoRaWAN能够用于移动终端跟踪和定位。在这种移动场景中，由于障碍物或深度衰落的干扰，设备可能暂时失去与网关的通信，导致吞吐量降低和数据传输延迟。为了克服这个问题，我们提出了一个新的数据转发方案。设备可以将其数据转发到附近的设备，这些设备与网关联系的概率更高，而不是将数据保存到下一次与网关联系。我们提出了一个新的网络度量称为实时接触感知预期传输计数（RCA-ETX），实时建模这种接触概率。在不对移动性模型进行任何假设的情况下，该度量利用数据传输延迟来对复杂的设备移动性进行建模。我们还扩展了RCA-ETX的吞吐量最优的随机背压路由方案，并提出了实时反推背压收集（ROBC），一个协议，以对抗随机行为所产生的动态与流动性。为了将我们的方法无缝地应用于支持LoRaWAN的设备，我们进一步提出了两个新的LaRaWAN类，即修改的C类和基于网络的A类。它们都与LoRaWAN Class-A设备兼容。我们基于伦敦公交网络的数据驱动实验表明，我们的方法可以将数据传输延迟减少到$25\%$，并在数据传输性能方面提供$53\%$吞吐量改进。
2020-04-14 cs.NI
Ray Tracing-Based LoRaWAN Gateway Placement for Reliable Connectivity in Amazonian Regions
Federal University of Pará（帕拉联邦大学）
本研究针对亚马逊地区物联网通信的网关部署问题，提出优化模型，对比不同信道类型的影响，发现采用站点相关信道可减少所需网关数量以满足可靠连接需求。
2026-09-01 cs.NI
Slotted ALOHA Overlay on LoRaWAN: a Distributed Synchronization Approach
LoRaWAN是物联网应用最有前途的标准之一。然而，每个网关所期望的终端设备的高密度，网关和终端设备之间缺乏有效的同步方案，挑战了这些网络的可扩展性。在本文中，我们建议使用时隙ALOHA（S-ALOHA）来规范LoRaWAN网络的通信，而不是LoRa使用的经典ALOHA方法。该实现是标准LoRaWAN之上的覆盖;因此不需要修改预先存在的LoRaWAN固件和库。我们的方法是基于一种新的分布式同步服务，适用于低成本的物联网终端节点。我们的同步服务支持的S-ALOHA显著提高了传统LoRaWAN网络在丢包率和网络吞吐量方面的性能。
2018-09-06 cs.NI cs.PF
Traffic-aware Gateway Placement for High-capacity Flying Networks
无人机（UAV）能够在几乎任何地方运行并携带有效载荷，这使得它成为携带通信节点（包括Wi-Fi接入点（AP）和蜂窝基站（BS））的完美平台。这为部署飞行网络铺平了道路，使地面用户能够按需通信。尽管如此，飞行网络提出了重大挑战，以满足体验质量的期望。最先进的工作解决了这些挑战，但一直专注于路由和布局的无人机作为AP和BS服务于地面用户，忽略了回程网络设计。本文的主要贡献是一个集中式的流量感知网关无人机布局（GWP）算法的飞行网络与控制拓扑。GWP利用所提供的流量和飞行网络的未来拓扑的知识来实现具有足够高容量的回程通信路径。使用ns-3模拟评估了使用GWP算法实现的性能。所得到的结果表明，关于聚合吞吐量和延迟显着的收益。
2021-03-07 cs.NI
Catch Me If You Can: Deep Meta-RL for Search-and-Rescue using LoRa UAV Networks
针对地面LoRa网络搜救覆盖受限问题，将无人机空中LoRa网关控制建模为部分可观测马尔可夫决策过程，提出深度元强化学习策略实现新环境快速适配，实验显示搜救时隙从141降至50。
2023-06-12 cs.NI eess.SP
Coded Relaying in LoRa Sensor Networks
为了提高LoRa传感器网络的可靠性，我们提出了两种机会转发协议，其中中继器无意中听到传感器到网关的消息，并定期将其转发到网关。为了减少传输的次数，中继转发偷听消息的XOR和。一种协议采用单个中继节点，而另一种协议则采用两个中继节点进行协作。与一个单一的中继，我们提出的协议需要更少的中继传输，以实现类似的损失率为传统的未编码转发，其中每个收到的消息立即转发。我们证明了高达55%的减少中继传输时间相对于未编码的转发。合作协议提供了更好的损失和延迟性能比单中继协议，我们展示了高达16%的消息丢失率降低，随着33%的中继传输时间相比，传统的转发。
2021-09-13 cs.NI
On multiple IoT data streams processing using LoRaWAN
LoraWAN已成为物联网设备中最成功的框架之一。现实世界的场景需要使用这样的网络以及强大的流处理应用层。为了维护只处理一次的语义，必须确保我们有适当的方法来主动检测消息丢失并进行处理。流处理发挥关键作用的一个重要用例是将通过连接到边缘设备的网关传输的各种数据流连接起来，这些边缘设备作为某些常见业务需求的一部分彼此相关。LoraWAN支持连接到边缘设备的多个网关，并且凭借其不同的设备类别，网络可以有效地发送和接收消息，从而节省电池电量和网络带宽。我们利用设备的这些特性来检测、处理丢失的消息并最终处理它们，而不是依赖于对所传输消息的显式确认。
2021-10-31 cs.NI
Body-UAV Near-Ground LoRa Links through a Mediterranean Forest
LoRa低功耗广域网协议最近在部署ad-hoc搜索和救援（SaR）系统方面获得了关注。他们可以通过利用身体-无人机链路来增强能力，使身体佩戴的无线电和无人机安装的无线电之间能够进行通信。然而，为了有效地使用无人机，需要了解信号在环境中的传播。否则，通信和定位可能会受到阻碍。无线电范围，数据包投递率（PDR），以及当无线电佩戴者在地中海森林中时，868 MHz的身体-UAV LoRa链路的大规模和小规模衰落首次被描述为具有最大飞行高度30米的近地UAV。一个对数距离模型占身体阴影和佩戴者的运动。在大约600米的整个LoRa无线电范围内，新模型预测的路径损耗（PL）优于最先进的模型，中值误差甚至降低了10 dB。观察到的小尺度衰落是严重的，并遵循Nakagami-m分布。通过适当的修正系数，可将该模型扩展到类似情景。
2023-03-25 cs.NI eess.SP
GLo-MAPPO: Multi-Agent Deep Reinforcement Learning for Energy-Efficient UAV-Assisted LoRa Networks
Mohammed VI Polytechnic University（穆罕默德六世polytechnic大学）；Khalifa University（哈利法大学）；Concordia University（康考迪亚大学）
本文提出GLo-MAPPO框架，通过多无人机作为移动LoRa网关，解决动态环境中LoRa网络能耗问题，采用联合优化问题和POSG模型提升系统能量效率。
2026-10-28 cs.NI
Beacon based uplink transmission for lorawan direct to satellite internet of things
本文提出BU-LoRaWAN方案，利用LoRaWAN B类同步机制和时隙调度优化星地上行传输，经OMNeT与FLoRaSat仿真验证，其交付流量约为标准LoRaWAN的两倍。
2024-09-30 cs.NI eess.SP
Matching-Driven Deep Reinforcement Learning for Energy-Efficient Transmission Parameter Allocation in Multi-Gateway LoRa Networks
针对多网关LoRa网络中因ALOHA碰撞导致的低能效问题，提出分析模型与匹配算法分配信道，并用基于注意力的多智能体强化学习分配扩频因子和发射功率，实现快速收敛和更优系统能效。
2024-07-18 cs.MA cs.NI eess.SP
Universal Activation Verbalizer: A Unified Framework for Cross-Model Activation Explanation
New Jersey Institute of Technology（新泽西理工学院）；University of North Carolina at Charlotte（北卡罗来纳大学夏洛特分校）；Cisco Research（思科研究）；The Chinese University of Hong Kong, Shenzhen（香港中文大学（深圳））
提出通用激活词化器（UAV）框架，通过共享解码器和轻量适配器将异构模型的隐藏表示转化为自然语言解释，支持跨模型家族和规模的激活词化，在分类、事实检索和要点总结任务中与强基线竞争。
2026-09-01 cs.CL cs.LG
Attack-Aware Synchronization-Free Data Timestamping in LoRaWAN
LoRaWAN等低功耗广域网技术有望从地理分布的传感器收集低速率监测数据，其中为传感器数据添加时间戳是一项关键的系统功能。本文考虑了一种基于网关处的信号到达时间对LoRaWAN上行链路数据进行时间戳的免同步方法，该方法很好地匹配LoRaWAN的单跳星形拓扑，并从传输时间戳和始终同步终端设备的时钟中释放带宽。然而，我们表明，这种方法是容易受到{ \em帧延迟攻击}组成的恶意帧冲突和延迟重放。真实实验表明，该攻击可以影响大面积的终端设备，最大可达约$50,000\,\text{m}^2$。从更广泛的意义上说，该攻击威胁到任何需要及时交付LoRaWAN帧的系统功能。为了解决这一威胁，我们提出了一种$\mathsf{LoRaTS}$网关设计，该设计集成了商品LoRaWAN网关和低功耗软件定义的无线电接收器，以跟踪终端设备的固有频率偏差。基于LoRa线性调频扩频调制的分析模型，我们开发了信号处理算法，以高精度估计频率偏差，超出LoRa默认解调的精度。精确的频率偏差跟踪能力能够检测到引入额外频率偏差的攻击。我们还研究并实施了一种更狡猾的攻击，使用先进的无线电设备来消除频率偏差。为了解决这个狡猾的攻击，我们提出了一个伪随机间隔跳频方案，以提高我们的频率偏差跟踪方法。大量的实验表明，我们的方法在部署与真正的影响因素，如温度变化的有效性。
2021-07-10 cs.CR cs.NI
FAST-LoRa: An Efficient Simulation Framework for Evaluating LoRaWAN Networks and Transmission Parameter Strategies
Technical University of Cartagena（卡塔赫纳理工大学）；University of Innsbruck（因斯布鲁克大学）
FAST-LoRa是一种高效的仿真框架，用于快速评估LoRaWAN网络和传输参数策略，通过分析模型和矩阵运算实现高效计算，减少仿真时间达三个数量级。
2025-07-31 cs.ET cs.NI
Feasibility of GNSS-free Localization: A TDoA-based Approach Using LoRaWAN
LoRaWAN由于终端节点的低功耗、长距离、高抗多径性、低成本以及使用免许可的sub-GHz频段而引起了极大的关注。因此，LoRaWAN正在逐渐取代Wi-Fi和蓝牙在物联网应用中的地位，包括公用事业计量、智能城市和本地化。特别地，由于GNSS的室内覆盖差和高功耗，在室内和低功率域中，基于Wi-Fi、蓝牙、超宽带、5G等的全球导航卫星系统（GNSS）的替代品已经激增。由于本地化的需求只会随着密集的物联网部署而激增，LoRaWAN被视为在此背景下有前途的解决方案。实际上，已经进行了采用诸如到达时间（ToA）、到达时间差（TDoA）和接收信号强度指数（RSSI）的各种技术的许多尝试，以使用LoRaWAN来实现定位。然而，这种情况下的一个显著缺点是缺乏关于路径损耗和信号传播建模的广泛数据，特别是在印度的城市景观中。另一个缺点是，在某个阶段使用全球导航卫星系统主要是为了网关的时间同步。在这项工作中，我们试图消除基于LoRaWAN的本地化的这两个缺点。这项工作的第一部分介绍了LoRaWAN传输的实验数据在一个典型的城市建筑物内研究信号传播和路径损耗。后一部分提出了一种使用LoRaWAN的独立无GNSS本地化方法，该方法通过应用基于TDoA的协作方法来实现。在网络中引入了一个额外的固定节点，以允许在没有GNSS的情况下实现网关的同步。最后，在一个三角形的网关的定位误差的分布和定时分辨率的影响，空…
2021-07-30 cs.NI eess.SP
Mesh Augmentation of LoRaWAN-based IoT Networks
NLytica LLC（NLytica有限责任公司）；goTenna Inc.（goTenna公司）；Meta Inc.（Meta公司）；Raman Labs（Raman实验室）
本文提出LIMA协议，通过在现有或新LoRaWAN部署中加入Mesh网络，提升覆盖范围和降低终端能耗，同时不改变终端、服务器或LoRaWAN标准。
2026-05-13 cs.NI
Cooperative Relaying in LoRa Sensor Networks
我们提出了一种通信方案与继电器，以提高长距离（LoRa）传感器网络的可靠性与占空比的限制。中继器偷听传感器的传输并将其转发到网关。仿真结果表明，中继是非常有益的，即使节点不协调和占空比限制的传感器测量，可以转发的数量。在我们的设置中，单个继电器可以将测量损失率减半，八个继电器提供高达两个数量级的增益。通过在每个帧中包括一些过去的测量来实现进一步的改进。
2019-08-19 cs.NI
Employing p-CSMA on a LoRa Network Simulator
低功耗广域网（LPWAN）的出现是为了满足物联网（IoT）的需求-设备的运行寿命和长工作范围。在LPWAN中，远程（LoRa）WAN是最有前途的;这是一种即将推出的物联网协议，已经被KPN和TTN等大型移动运营商采用。通过LoRaWAN，物联网设备可以在单跳中将数据传输到数公里之外的相应网关，占空比为1%。然而，在LoRa网络中，任何设备都要求用于数据传输的信道，而不执行信道感测或与其他设备同步。当每个网关连接的IoT设备的数量增加时，这极大地增加了信息分组的冲突数量。为了提高信道的利用率，我们提出在LoRaWAN的MAC层上应用持续载波侦听多址（p-CSMA）协议。在这篇手稿中，我们报告了ns 3中用于LoRa网络模拟的p-CSMA组件的初始设计。特别地，呈现了向IoT设备添加p-CSMA功能的类别。此外，还详细说明了这些类与它们所应用的现有LoRaWAN模块之间的依赖关系和关系。此外，我们通过模拟LoRa网络来评估这个新的p-CSMA LoRaWAN模块的分组接收率（PRR）。目前的报告是创建整体p-CSMA模块的第一步，旨在支持网络研究人员和鉴赏家在ns 3中模拟LoRa网络的各个方面。
2018-05-30 cs.NI cs.PL
Performance Evaluation of LoRa for IoT Applications in Non-Terrestrial Networks via ns-3
University of Padova（帕多瓦大学）
本文通过ns-3模拟模块评估LoRa在非地球轨道网络中支持大规模物联网连接的可行性与性能，发现LoRa能有效支持地面到低地球轨道卫星的直接通信，但需网络优化以减少碰撞概率。
2025-09-02 cs.NI cs.PF
DSME-LoRa: Seamless Long Range Communication Between Arbitrary Nodes in the Constrained IoT
在许多物联网部署中，远程无线电通信是首选，因为它避免了多跳无线网络的复杂性。LoRa是一种流行的节能无线调制，但其网络基板LoRaWAN对其用户带来了严重的限制。在本文中，我们提出并深入分析DSME-LoRa，LoRa的系统设计与IEEE 802.15.4 DSME作为MAC层。DSME-LoRa提供了无缝客户端到客户端通信的优势，超越了LoRaWAN纯粹的以网关为中心的传输。我们通过流行的RIOT操作系统上的全栈实现来评估其可行性，在分析随机马尔可夫模型中评估其稳态数据包流，并使用大规模网络模拟来量化其在大规模通信场景中的可扩展性。我们的研究结果表明，DSME-LoRa确实是一种强大的方法，可以将LoRa开放到标准网络层，并在许多方面优于LoRaWAN。
2022-08-26 cs.NI
Design and Implementation of Open LoRa for IoT
长距离（LoRa）网络正在成为最有前途的低功耗广域（LPWA）网络之一，因为它使分布在广域上的能量受限设备能够建立负担得起的连接。然而，如何实现具有成本效益和灵活性的LoRa网络仍然是一个开放的挑战。本文旨在揭示一种可行的设计和实现解决方案，允许用户方便地为各种物联网应用构建专用LoRa网络。首先，讨论了LoRa网络的几种典型应用场景。然后，给出了LoRa系统架构以及各个组件的功能。介绍了LoRa网关的硬件设计与实现，它是LoRa节点与LoRa网络服务器之间的桥梁。特别是，本文提出了一种改进的LoRa网络服务器的软件架构，其源代码在GitHub上开放。在该架构下，LoRa网络服务器被划分为四个解耦的模块，模块之间的交互采用基于流数据的消息传递系统，保证了可扩展性和灵活性。最后，进行了广泛的实验，以评估在典型环境下的LoRa网络的性能。
2019-07-23 cs.NI
Optimal Association Strategy of Multi-gateway Wireless Sensor Networks Against Smart Jammers
工程师在物联网的当前网络设置中拥有许多低功耗无线传感器设备，如ZigBee，LoRaWAN，ANT或蓝牙。这些低功耗无线传感器是传输和收集数据的最佳候选者。但它们都容易受到物理干扰攻击，因为攻击者在这些网络中运行低功率干扰源的成本并不高。拥有多个网关并提供与传感器的替代连接将有助于这些网络减轻成功的干扰。在本文中，我们提出了一个分析模型，以解决问题的网关选择和关联的Stackelberg游戏的基础上，干扰机是追随者。我们首先制定传感器网络和攻击者的收益，然后建立和证明的条件导致纳什均衡。通过数值研究，我们还提出了我们的模型如何捕捉不同数量的网关干扰下的传感器网络的性能。我们的研究结果表明，相比于单网关的情况下，网络的吞吐量将提高26%和60%，当我们部署两个和四个网关在存在一个干扰。
2021-11-18 cs.GT cs.NI
Design and Implementation of Location and Activity Monitoring System Based on LoRa
位置和人体活动通常被用作医疗设备中健康状态监测的重要参数之一。然而，几乎所有现有的定位和监控系统都具有短距离通信和高功耗的限制。在本文中，我们提出了一种新的机制来收集和传输基于LoRa技术的监控信息。带有传感器的监控设备可以收集实时活动和位置信息，并通过LoRa网关传输到云服务器。用户可以通过特定设计的移动应用程序检查他的所有历史和当前信息。对整个系统的通信、功耗和监控性能进行了实验验证。实验结果表明，该系统能够准确地采集监测和活动信息，并提供低功耗的长距离覆盖。
2019-01-27 cs.NI
Performance Evaluation of the LoRa Protocol in the context of Smart Meter
近年来，低功耗广域网（LPWAN）在物联网（IoT）应用中的使用越来越多。为了展示LPWAN技术在现实智能计量场景中的应用，我们建立并实现了一个广泛使用的LPWAN协议，称为LoRaWAN。在这项研究中，LoRaWAN是通过使用Multitech设备（端节点和网关）实现的，并针对不同的物理条件（例如位置，距离等）评估网络的性能。以及链路参数（例如，数据率、传输功率等），根据欧洲法规。为了评估网络的性能，我们在不同的室内和室外场景中收集了不同位置的上行链路数据包。我们的研究结果表明，LoRaWAN易于设置，可配置，可扩展，并且在实时智能计量应用中表现良好。此外，有必要评估物理条件，以选择可用的系统参数来部署强大的LoRaWAN网络。
2019-07-04 cs.NI
Trilateration-based Multi-hop for the Long Range Wide Area Network
长距离广域网（LoRaWAN）有一个开放的规范，定义了LoRa网络的介质访问控制（MAC）协议，主要基于带有信标选项的pure-Aloha。LoRaWAN具有星中星拓扑，其中终端设备直接链接到网关，上行链路数据包是主要流量。本文~贡献了LoRaWAN中的多跳方法。研究了LoRaWAN中多跳的潜在好处。提出了一种基于RSSI的三边图构建算法。设计并仿真实现了多跳最短路径和无本地信标转发机制。在ns-3仿真器上对这种新方法进行了测试，并运行了不同的场景。结果表明，多跳可以通过减少空中时间和TX功率来降低LoRaWAN的能耗。
2018-11-20 cs.NI
Real-World LoRaWAN Performance and Propagation Modeling Using UAV, Helikite, and Vehicle-Based Measurements
North Carolina State University（北卡罗来纳州立大学）
本文通过实地测量评估了LoRaWAN信号传播性能，分析了高度、移动性和地形对无线信号接收的影响，展示了自适应SF选择在维持通信可靠性中的作用。
2026-04-07 cs.NI eess.SP
SPARC-LoRa: A Scalable, Power-efficient, Affordable, Reliable, and Cloud Service-enabled LoRa Networking System for Agriculture Applications
本文提出并实现面向农业的开源 LoRa 物联网系统 SPARC-LoRa，通过定制低功耗硬件、连接型上层协议、Docker 云软件与中继模块，在真实极端田间环境中验证了其可靠、低成本和云服务能力。
2024-01-24 cs.DC cs.NI
A Practical Marine Wireless Sensor Network Monitoring System Based on LoRa and MQTT
在国际社会的倡导下，越来越多的研究课题围绕海洋展开。提出了一种基于LoRa和MQTT的海洋无线传感器网络监控系统的实现方案。与传统的网络架构不同，该系统采用两种网络形式相结合的方式构建，并根据各自的特点，总体设计遵循了从LoRa到MQTT的过渡。我们首先使用LoRa将传感器节点与网关互联，在此基础上，将采集到的数据通过MQTT发送到服务器可视化平台，后端管理服务器会不断刷新监控页面。同时，客户端可以使用基于浏览器的Web应用程序直接访问和调用全球海事信息监测数据。未来，我们将进一步完善系统，优化算法，实现对海底世界更多维度、更深层次的探索。
2019-06-23 cs.NI
Delay-Tolerant ICN and Its Application to LoRa
将远程无线网络连接到互联网由于往返时间（RTT）长得多而带来挑战。在本文中，我们提出了一个ICN协议框架，使强大的和有效的延迟容忍通信的边缘网络。我们的方法提供了ICN惯用的网络之间的通信有很大的不同RTT。我们将此框架应用于LoRa，通过ICN互联网实现端到端消费者到LoRa生产者的交互，并在LoRa边缘实现异步数据生产。我们没有使用LoRaWAN，而是在RIOT OS中的LoRa PHY和ICN协议机制之上实现了IEEE 802.15.4e DSME MAC层。在现成的物联网硬件上执行，我们对基本的NGN风格的ICN [60]，RICE [31]类似的拉取和自反转发[46]进行了比较评估。这是第一次使用可靠的MAC对ICN over LoRa进行实际评估。我们的研究结果表明，NDN中的周期性轮询工作效率低下，当面对长时间和不同的RTT。RICE减少了轮询开销，并利用网关知识，而不违反ICN原则。自反转发自然地反映了零星的数据生成。结合本地数据推送，它可以高效运行，并为电池供电的LoRa-ICN节点提供>1年的使用寿命。
2022-09-02 cs.NI
Low Power Wide Area Network Analysis: Can LoRa Scale?
低功耗广域网（LPWA）从设计、标准化到商业化都取得了惊人的进展。在这个快速采用的时代，随着连接到物联网（IoT）的设备数量不可避免地增加，分析这些技术的扩展程度至关重要。在这封信中，我们提供了一个随机几何框架，用于建模单网关LoRa网络的性能，这是一种领先的LPWA技术。我们的分析阐述了LoRa的独特之处，包括其啁啾扩频调制技术，对无线电占空比的监管限制，以及在顶部使用ALOHA协议，所有这些在当今的商业蜂窝网络中都不常见。我们表明，由于使用相同的扩频序列的干扰信号的终端设备的数量的增长，覆盖概率呈指数下降。我们的结论是，这个基本的限制因素可能比频谱限制对LoRa可扩展性更重要。我们对LoRa网络中发现的共同扩频因子干扰的推导使得能够对此类网络进行严格的可扩展性分析。
2017-09-27 cs.NI
Time-Constrained Erasure Correction for Data Recovery in UAV-Aided IoT
Indian Institute of Technology Bhubaneswar（印度理工学院布巴内斯瓦尔分校）
本文提出了一种受时间约束的数据恢复方案，利用 fountain 编码和信息复制提高无人机辅助物联网网络的上行链路可靠性。
2026-01-27 cs.NI eess.SP
A Fast Gateway Placement Algorithm for Flying Networks
无人机（UAV）随时随地操作的能力以及悬停和携带货物的能力使其成为互联网飞行网关（FGW）的合适平台。该问题是飞行网络内的FGW的最佳位置，使得所提供的服务质量（QoS）最大化。文献一直专注于优化飞行接入点（FAP）的布局，其建立高容量的小小区以服务地面上的用户，忽略了回程网络设计，包括FGW布局。FGW放置问题在高度动态的飞行网络中加剧，其中动态业务需求和用户的移动可能引起FAP的放置的频繁变化。本文的主要贡献是一个快速网关布局（F-GWP）算法的飞行网络，确定最佳位置的FGW。利用F-GWP，在FAP和FGW之间建立具有足够高容量的回程通信路径，以适应地面用户的业务需求。仿真和实验结果表明，F-GWP在保证相同飞行网络性能的前提下，比现有的同类算法快两个数量级。
2021-03-08 cs.NI
LoRa Network Performance Under Ambient Energy Harvesting and Random Transmission Schemes
LoRa网络已部署在世界各地，是物联网（IoT）的主要无线技术。智能计量、农业、供应链和物流等大规模连接应用最适合LoRa部署，因为它们具有长距离、低成本和低功耗的特性。与此同时，从环境源中提取能量的能量收集技术使许多小型无线传感器能够实现无电池运行。本文研究了这两种技术的合并，并使用随机几何和马尔可夫分析工具对设备和网络性能进行数学建模。为此，我们推导出电容器电压的稳态分布，由于LoRa网关处的共扩展因子干扰而导致的中断概率，并提出自适应充电时间方案以减轻能量中断事件。
2021-02-03 cs.NI cs.SY eess.SY
FLoRa: Flight-Assisted Data Collection from Duty Cycling LoRa Nodes under Energy Constraints
Indian Institute of Technology Tirupati（蒂鲁帕蒂印度理工学院）
FLoRa提出多级优化架构，结合SA路径规划、CMA-ES悬停定位和POMDP探测决策，在能量约束下高效收集占空比LoRa节点数据，显著提升信息价值和覆盖率。
2026-10-08 cs.LG cs.NI
FREE -- Fine-grained Scheduling for Reliable and Energy Efficient Data Collection in LoRaWAN
LoRaWAN承诺为低成本设备提供广域网接入，这些设备可以在单个1000 mAh电池上运行长达10年。这使得LoRaWAN特别适合数据汇集应用（例如监控应用），其中设备寿命是关键性能指标。然而，当支持大量设备时，LoRaWAN由于其基于Aloha的MAC层的高冲突概率而遭受可扩展性问题。当使用确认传输时，由于网关处的占空比限制，性能进一步下降。为此，我们提出了FREE，一种用于LoRaWAN中可靠和节能的数据汇集的细粒度调度方案。FREE通过支持同步批量数据传输，利用了对数据传输没有硬延迟要求的应用程序。这意味着数据被缓冲以在调度的时隙中传输，而不是直接传输。FREE为LoRaWAN终端设备分配扩频因子、传输功率、频率信道、时隙，并在帧中调度时隙。因此，FREE通过消除冲突和分组冲突克服了LoRaWAN的可扩展性问题。我们评估了免费与不同的传统LoRaWAN配置的性能。数值结果表明，自由的规模以及实现几乎100%的数据传输和设备寿命估计超过10年的流量类型和网络规模无关。相比之下，标准LoRaWAN配置中的可扩展性差，数据传输率低，确认数据流量的设备寿命不到2年。
2019-10-24 cs.NI
LoRa-RL: Deep Reinforcement Learning for Resource Management in Hybrid Energy LoRa Wireless Networks
LoRa无线网络被认为是下一代物联网（IoT）系统的关键技术。新的物联网部署（例如，智能城市场景）每平方公里可能具有数千个设备，导致提供连接的巨大功耗。在本文中，我们研究了由电网和可再生能源混合供电的绿色LoRa无线网络，它可以在处理间歇性供应的同时受益于收获的能量。本文提出了有限数量的信道和扩频因子（SF）的资源管理方案，以提高LoRa网关的能量效率。首先，在满足系统的服务质量需求的同时使电网功耗最小化的问题被公式化。具体而言，这两种情况下的不相关和时间相关的信道进行了研究。最优的资源管理问题是通过解耦成两个子问题：信道和SF分配问题和能量管理问题。由于最优解的获得具有较高的复杂性，在线资源管理启发式算法，最大限度地减少电网的能源消耗。最后，考虑到信道和能量的相关性，自适应资源管理方案的基础上强化学习（RL），开发。仿真结果表明，所提出的资源管理方案提供了在LoRa无线网络中的可再生能源的有效利用。
2021-09-06 cs.NI eess.SP
