Para aquellos que necesitan comprar un Puerta de enlace LoRaWAN, quizás la pregunta más importante es: cuántos nodos puede contener una puerta de enlace? Tengo N nodos, cuántas puertas de enlace LoRaWAN necesito? Desafortunadamente, No hay respuesta fácil para esta pregunta.
La cantidad de nodos que puede alojar una única puerta de enlace LoRaWAN
1. Valor teórico
Suponiendo que una sola puerta de enlace puede recibir como máximo un paquete de datos por día, y la frecuencia de paquetes de aplicación de cada nodo es b paquetes de datos por hora, entonces, el valor teórico del número máximo de nodos que puede acomodar una sola puerta de enlace se calcula de la siguiente manera:
S = a /(24*B).
Por ejemplo, si una única puerta de enlace LoRaWAN está equipada con un chip SX1301, puede recibir hasta 1.5 millones de paquetes de datos por día. Si la frecuencia de aplicación es 1 paquete por hora, entonces, teóricamente, el número de nodos a los que la puerta de enlace LoRaWAN puede acceder S = 1,500,000 /(24*1) = 62500.
2. Valor actual
El valor real del número de nodos que puede acomodar una sola puerta de enlace es mucho más complicado que el cálculo del valor teórico.. Para cierta puerta de enlace, También se determina el número máximo de paquetes de datos que puede recibir por día.. La dificultad radica en cuántos paquetes envía cada nodo por día.
En el mismo escenario de aplicación, Necesitamos determinar la longitud total de datos enviados por el nodo todos los días.. Sin embargo, No está claro qué longitud de paquete y velocidad de envío deben enviarse los datos de una determinada longitud.. Si la longitud del paquete es diferente, la cantidad de paquetes que deben enviarse inevitablemente será diferente.
Por ejemplo, bajo diferentes intensidades de señal, el factor de dispersión SF utilizado también es diferente, entonces la longitud de los datos que se pueden enviar también es diferente, y la longitud de los datos que se pueden enviar cada vez es diferente, resultando en el número de paquetes que necesitan ser divididos. no es lo mismo, de modo que incluso si se utilizan la misma puerta de enlace y el mismo nodo, el número máximo de nodos acomodados por una única puerta de enlace no es el mismo en diferentes modos de servicio de los nodos.
Para una puerta de entrada con 8 canales, sin LBT (monitorear el canal antes de enviar el paquete), la fórmula de cálculo específica es:
La capacidad del canal (es decir, la cantidad de nodos) S = 8T / 2et0.
Entre ellos, 8 representa 8 canales, T representa el intervalo de transmisión, que está relacionado con la longitud y la velocidad del paquete, 1/2e es el rendimiento máximo de la base Algoritmo Aloha, e es una constante, igual a 2.718, y t0 representa el ToA (Tiempo en el aire) de un solo paquete. .
Bajo la premisa de una carga de 10 bytes, la relación entre la tasa y el ToA se muestra en la siguiente tabla.
Tabla anterior Tabla correspondiente de tasa LoRaWAN y tiempo de vuelo aéreo de un solo paquete ToA bajo la premisa de carga de 10 bytes
Como ejemplo, si usa el chip SX1301, en ausencia de LBT (monitorear el canal antes de enviar paquetes), y el tiempo medio de vuelo aéreo de cada paquete t0 = 100ms (por lo tanto t0 = 0.1s), se envía un promedio de cada paquete una vez por minuto ( Entonces T = 60s), Entonces, ¿cuántos nodos promedio se pueden acomodar?? S = 8 * 60 /(2*2.718*0.1)= 883, por lo tanto, 883 los nodos se pueden acomodar.
es más, El uso de diferentes algoritmos también conducirá a cambios en el rendimiento máximo., lo que conducirá a cambios en la capacidad teórica.
Por ejemplo, si los requisitos previos se modifican para cada nodo con función LBT, y el algoritmo Aloha ranurado se utiliza en lugar del algoritmo Aloha básico anterior para la evaluación, el rendimiento máximo será diferente debido a los diferentes algoritmos. En este momento, el rendimiento máximo es 1/ mi, entonces la capacidad del canal (es decir, la cantidad de nodos) S = 8T / et0, por lo tanto, la capacidad teórica se duplica, es decir, 883*2= 1766 nodos.
3. Estimación aproximada
Si no quiere calcular, entonces podemos usar los siguientes ejemplos de referencia simples para hacer una estimación aproximada.
En el caso de la cobertura de la señal de la puerta de enlace, 90% de la intensidad de la señal alcanza la tasa por encima de SF9, si 50 los bytes se envían con una frecuencia de 5 s, una puerta de enlace de 8 canales puede corresponder a casi 40 terminales / nodos.
La relación entre frecuencia y capacidad es lineal.. Por lo tanto, si la frecuencia real requerida se cambia a, por ejemplo, la frecuencia de transmisión es 10 s, entonces se puede concluir que la pasarela de 8 canales puede acceder a casi 80 terminales / nodos.
En el escenario donde ADR está activado y 90% de la tasa terminal es mayor que DR3 (SF9), la relación entre bytes y capacidad es casi lineal. Por lo tanto, los bytes en el escenario real también se pueden sustituir simplemente en el ejemplo anterior para obtener una estimación.
4. Asuntos que necesitan atención
Número de pasarelas
Ya que es mejor que 1 El nodo puede garantizar que 2 ~ 3 puertas de enlace puedan recibir datos., si se calcula de acuerdo con el método anterior que se requiere un total de N pasarelas para corresponder a todos los nodos, luego, en uso real, se recomienda utilizar puertas de enlace 2N ~ 3N, en lugar de N pasarelas, corresponder a todos los nodos para garantizar que los datos se puedan recibir.
Intervalo de transmisión
A menos que haya una aplicación muy especial, No se recomienda que el intervalo de envío sea inferior a 5 segundos.. Generalmente hablando, es mejor enviar el intervalo al menos al nivel de minutos.
El protocolo estándar LoRaWAN requiere al menos un intervalo de 2 segundos para enviar un paquete.
Cuando SF envía 64 bytes, el tiempo de la interfaz aérea ya está cerca de 3 s. Y si no cumple con los requisitos de tiempo de la interfaz aérea de LoRaWAN, aunque la puerta de enlace solo es responsable de la transmisión transparente, incluso si el protocolo LoRaWAN no se cumple, la capa física aún puede recibir datos, pero en este momento, el usuario debe verificar y probar la tasa de pérdida de paquetes por sí mismo.
El número de nodos que pueden ser acomodados por la puerta de enlace LoRaWAN multi-gateway
En escenarios de aplicación reales, una sola puerta de enlace no puede cumplir con los requisitos de cobertura y capacidad.
En el caso de cumplir una determinada relación de señal, la puerta de enlace puede recibir los datos de señal de SF7 ~ SF12 al mismo tiempo. Las capacidades de demodulación y cobertura de una única puerta de enlace son limitadas, y esta capacidad se puede lograr teóricamente, pero en la practica es mas dificil, pero la implementación de múltiples puertas de enlace puede maximizar la capacidad de la red. Por lo tanto, en la práctica, a menudo se utilizan múltiples pasarelas.
Tipo de interés fijo
Cuando la tarifa es fija, si hay N pasarelas, entonces la capacidad de múltiples pasarelas = la capacidad de una sola pasarela * norte.
Entre ellos, la capacidad de una sola puerta de enlace se puede calcular o estimar de acuerdo con la primera parte.
Encienda ADR
Cuando ADR está activado, la capacidad de múltiples pasarelas no cambia linealmente.
Según los resultados de medición reales publicados por Smetech, cuando se adopta ADR, la capacidad de múltiples pasarelas> la capacidad de una sola puerta de enlace * N. ^ 2.
Punta pequeña: Además de aumentar la capacidad de la pasarela, habilitar ADR también ayuda a reducir el consumo de energía, porque la tecnología ADR puede ajustar automáticamente la potencia de transmisión de datos de acuerdo con la calidad de la señal LoRa. Todos los productos de la serie RAK7249 / RAK7258 admiten la función ADR. Con el nodo RAK, Puede reducir efectivamente la corriente de emisión de la terminal LoRa.. Para detalles, también puede consultar el artículo “Estrategia de desarrollo de baja potencia de la terminal LoRa”.
Sugerencias de implementación de múltiples puertas de enlace
Encienda ADR
Habilitar ADR puede expandir la capacidad total de las puertas de enlace existentes tanto como sea posible en la premisa de la misma cantidad de puertas de enlace..
Elija la misma implementación de frecuencia
La implementación de cofrecuencia permite que los nodos se conecten a la puerta de enlace más cercana, maximizar el efecto ADR de la red. La mejora del efecto ADR es optimizar la velocidad del nodo. Un aumento en la tasa significa una disminución en TOA, lo que a su vez significa un aumento en la capacidad y una disminución en el consumo de energía.
Por lo tanto, cuando se utilizan múltiples puertas de enlace, se recomienda utilizar el mismo despliegue de frecuencia, que puede acomodar más nodos que el despliegue de frecuencia diferente. Solo cuando el despliegue de la misma frecuencia no puede cumplir con los requisitos de capacidad, se considera la adición de pasarelas entre frecuencias.
El alcance de la implementación es tal que 1 el nodo puede ser recibido por 2 ~ 3 puertas de enlace
Se puede ver que para el mismo número de puerta de enlace LoRaWAN, si desea acomodar una mayor cantidad de nodos, necesitas empezar a mejorar a partir de los siguientes aspectos: seleccione la longitud adecuada de los datos que se enviarán, seleccione la puerta de enlace con la función LBT y utilice un algoritmo más óptimo, habilitar ADR, elegir el despliegue de cofrecuencia.
Concluyendo
Lo anterior es cómo calcular la capacidad de la puerta de enlace de la puerta de enlace LoRaWAN, que implica el cálculo del número de nodos que pueden ser acomodados por una sola puerta de enlace y múltiples puertas de enlace.
