低功耗广域网作为物联网应用的重要组成部分,由于具有覆盖范围广,低成本,低功耗等特点,不仅在野外监测等方面扮演着重要的角色,在智慧城市中的多个方面也有广泛的应用,如道路照明、智能水表、智能家居、智能停车等。Lo Ra作为低功耗广域网代表性技术之一,使用免费频段传输数据且抗干扰能力强,在同类技术中优势明显且发展较为成熟,在欧美国家已有较多的商业案例。面对高速增长的物联网设备,如何高效处理Lo Ra网络负载、提高网络性能具有重要的研究意义。本文针对城市环境下的小规模Lo Ra网络,探讨在城市信道环境下终端数量较少的条件下,Lo Ra扩频因子、数据发送周期、占空比等基本参数对网络性能的影响,并对扩频因子的伪正交性以及MAC层信道接入协议进行了深入的研究。本文主要研究内容如下。1)首先使用NS3仿真软件对LoRaWAN网络进行建模,并以终端节点为例,给出应用层、MAC层、物理层、信道在传输数据包过程中的主要作用以及部分关键算法,最后对城市场景中的Lo Ra信号的传播损耗模型和建筑遮挡模型进行了详细的介绍。2)针对扩频因子的伪正交性,提出一种基于干扰矩阵的干扰阈值判定算法。依据发送数据包与其它同时传输的数据包的总冲突时间,计算传输数据包受到干扰的总功率,通过与干扰矩阵中对应的阈值相比,判断数据是否传输成功。并在此算法基础上通过NS3仿真模拟,探讨扩频因子、发送周期、占空比等参数对LoRaWAN网络性能的影响。3)针对LoRaWAN基于Aloha协议的原型进行媒体接入访问导致传输碰撞几率较大的问题,在带有RTS/CTS的CSMA协议基础上设计了一种基于Lo Ra的MAC协议。针对CSMA协议中二进制指数退避算法竞争窗口作出改进,通过减缓竞争窗口的变化幅度,解决了负载过大时退避算法带来的信道接入不公平问题,NS3仿真结果表明,与LoRaWAN协议相比,此协议提高了Lo Ra的网络容量和数据包投递率。