Per chi ha la necessità di acquistare un LoRaWAN gateway, forse la domanda più importante è: quanti nodi può contenere un gateway? ho N nodi, di quanti gateway LoRaWAN ho bisogno?? Purtroppo, non c'è una risposta facile a questa domanda.
Il numero di nodi che un singolo gateway LoRaWAN può ospitare
1. Valore teorico
Supponendo che un singolo gateway possa ricevere al massimo un pacchetto di dati al giorno, e la frequenza del pacchetto dell'applicazione di ciascun nodo è b pacchetti di dati all'ora, quindi il valore teorico del numero massimo di nodi che un singolo gateway può ospitare si calcola come segue:
S=a/(24*B).
Per esempio, se un singolo gateway LoRaWAN è dotato di un chip SX1301, può ricevere fino a 1.5 milioni di pacchetti di dati al giorno. Se la frequenza di applicazione è 1 pacchetto all'ora, quindi teoricamente il numero di nodi a cui il gateway LoRaWAN può accedere S = 1,500,000 /(24*1) = 62500.
2. Valore attuale
Il valore effettivo del numero di nodi che un singolo gateway può ospitare è molto più complicato del calcolo del valore teorico. Per un certo gateway, viene anche determinato il numero massimo di pacchetti dati che può ricevere al giorno. La difficoltà sta nel numero di pacchetti che ogni nodo invia al giorno.
Nello stesso scenario applicativo, dobbiamo determinare la lunghezza totale dei dati inviati dal nodo ogni giorno. però, non è chiaro quale lunghezza del pacchetto e velocità di invio debbano essere inviati i dati di una certa lunghezza. Se la lunghezza del pacchetto è diversa, il numero di pacchetti che devono essere inviati sarà inevitabilmente diverso.
Per esempio, con diverse intensità del segnale, anche il fattore di diffusione SF utilizzato è diverso, quindi anche la lunghezza dei dati che possono essere inviati è diversa, e la lunghezza dei dati che possono essere inviati ogni volta è diversa, risultante nel numero di pacchetti che devono essere divisi. Non é la stessa cosa, in modo che anche se vengono utilizzati lo stesso gateway e lo stesso nodo, il numero massimo di nodi ospitati da un singolo gateway non è lo stesso nelle diverse modalità di servizio dei nodi.
Per un gateway con 8 canali, senza LBT (monitorare il canale prima di inviare il pacchetto), la formula di calcolo specifica è:
La capacità del canale (questo è, il numero di nodi) S = 8T / 2et0.
Tra loro, 8 rappresenta 8 canali, T rappresenta l'intervallo di trasmissione, che è correlato alla lunghezza e alla velocità del pacchetto, 1/2e è il throughput massimo del basic Algoritmo Aloha, e è una costante, uguale a 2.718, e t0 rappresenta il ToA (Tempo in onda) di un singolo pacchetto. .
Con la premessa di un carico di 10 byte, la relazione tra tasso e ToA è mostrata nella tabella seguente.
Tabella sopra Tabella corrispondente della velocità LoRaWAN e del tempo di volo aereo a pacchetto singolo ToA con la premessa di un carico di 10 byte
Come esempio, se usi il chip SX1301, in assenza di LBT (monitorare il canale prima di inviare i pacchetti), e il tempo di volo aereo medio di ciascun pacchetto t0=100ms (quindi t0=0.1s), una media di ogni pacchetto viene inviata una volta al minuto ( Quindi T=60s), allora quanti di questi nodi medi possono essere ospitati? S=8*60/(2*2.718*0.1)=883, perciò, 883 i nodi possono essere accomodati.
Inoltre, l'uso di algoritmi diversi porterà anche a cambiamenti nel throughput massimo, che porterà a cambiamenti nella capacità teorica.
Per esempio, se si modificano i prerequisiti per ogni nodo con funzione LBT, e l'algoritmo Aloha scanalato viene utilizzato al posto del precedente algoritmo Aloha di base per la valutazione, il throughput massimo sarà diverso a causa dei diversi algoritmi. A quest'ora, il rendimento massimo è 1/ e, quindi la capacità del canale (questo è, il numero di nodi) S = 8T / et0, così, la capacità teorica è raddoppiata, questo è, 883*2=1766 nodi.
3. Stima approssimativa
Se non vuoi calcolare, quindi possiamo usare i seguenti semplici esempi di riferimento per fare una stima approssimativa.
In caso di copertura del segnale del gateway, 90% della potenza del segnale soddisfa il tasso sopra SF9, Se 50 i byte vengono inviati con una frequenza di 5s, un gateway a 8 canali può corrispondere a quasi 40 terminali/nodi.
La relazione tra frequenza e capacità è lineare. Perciò, se la frequenza effettiva richiesta viene modificata in, Per esempio, la frequenza di trasmissione è 10s, quindi si può concludere che il gateway a 8 canali può accedere quasi 80 terminali/nodi.
Nello scenario in cui l'ADR è attivato e 90% della tariffa terminale è maggiore di DR3 (SF9), la relazione tra byte e capacità è quasi lineare. Perciò, i byte nello scenario attuale possono anche essere semplicemente sostituiti nell'esempio sopra per ottenere una stima.
4. Questioni che richiedono attenzione
Numero di gateway
Dal momento che è meglio che 1 il nodo può garantire che 2~3 gateway possano ricevere dati, se si calcola secondo il metodo sopra che sono necessari un totale di N gateway per corrispondere a tutti i nodi, poi, nell'uso effettivo, si consiglia di utilizzare gateway 2N~ 3N, invece di N gateway, corrispondono a tutti i nodi per garantire che i dati possano essere ricevuti.
Intervallo di trasmissione
A meno che non ci sia un'applicazione molto speciale, non è consigliabile che l'intervallo di invio sia inferiore a 5s. Parlando in generale, è meglio inviare l'intervallo almeno al livello dei minuti.
Il protocollo LoRaWAN standard richiede almeno un intervallo di 2 secondi per inviare un pacchetto.
Quando SF invia 64 byte, il tempo dell'interfaccia aerea è già vicino a 3s. E se non rispetti i requisiti di tempo dell'interfaccia aerea di LoRaWAN, sebbene il gateway sia responsabile solo della trasmissione trasparente, anche se il protocollo LoRaWAN non è rispettato, il livello fisico può ancora ricevere dati, ma in questo momento l'utente deve verificare e testare da solo il tasso di perdita di pacchetti.
Il numero di nodi che possono essere ospitati dal gateway LoRaWAN multi-gateway
In scenari applicativi reali, un singolo gateway non può soddisfare i requisiti di copertura e capacità.
In caso di raggiungimento di un certo rapporto di segnale, il gateway può ricevere i dati del segnale di SF7~SF12 allo stesso tempo. Le capacità di demodulazione e copertura di un singolo gateway sono limitate, e questa capacità può essere raggiunta in teoria, ma in pratica è più difficile, ma l'implementazione multi-gateway può massimizzare la capacità della rete. Perciò, in pratica, vengono spesso utilizzati più gateway.
Tasso fisso
Quando il tasso è fisso, se ci sono N gateway, quindi la capacità di più gateway = la capacità di un singolo gateway * n.
Tra loro, la capacità di un singolo gateway può essere calcolata o stimata secondo la prima parte.
Attiva ADR
Quando l'ADR è attivato, la capacità di più gateway non cambia linearmente.
Secondo i risultati di misurazione effettivi pubblicati da Smetech, quando viene adottato l'ADR, la capacità di più gateway> la capacità del singolo gateway * N.^2.
Piccolo consiglio: Oltre ad aumentare la capacità del gateway, l'attivazione dell'ADR aiuta anche a ridurre il consumo di energia, perché la tecnologia ADR può regolare automaticamente la potenza di trasmissione dei dati in base alla qualità del segnale LoRa. I prodotti della serie RAK7249/RAK7258 supportano tutti la funzione ADR. Con il nodo RAK, può ridurre efficacemente la corrente di emissione del terminale LoRa. Per dettagli, puoi anche fare riferimento all'articolo “Strategia di sviluppo a bassa potenza del terminale LoRa”.
Suggerimenti per l'implementazione di più gateway
Attiva ADR
L'abilitazione di ADR può espandere il più possibile la capacità totale dei gateway esistenti sulla base dello stesso numero di gateway.
Scegli la stessa distribuzione di frequenza
L'implementazione della co-frequenza consente ai nodi di connettersi al gateway più vicino, massimizzazione dell'effetto ADR della rete. Il miglioramento dell'effetto ADR consiste nell'ottimizzare la velocità del nodo. Un aumento del tasso significa una diminuzione del TOA, che a sua volta significa un aumento della capacità e una diminuzione del consumo di energia.
Perciò, quando si utilizzano più gateway, si consiglia di utilizzare la stessa distribuzione di frequenza, che può ospitare più nodi rispetto alla distribuzione di frequenza diversa. Solo quando la stessa distribuzione di frequenza non può soddisfare i requisiti di capacità, si considera l'aggiunta di gateway interfrequenza.
L'ambito di distribuzione è tale che 1 il nodo può essere ricevuto da 2~3 gateway
Si può notare che per lo stesso numero di gateway LoRaWAN, se vuoi ospitare un numero maggiore di nodi, devi iniziare a migliorare dai seguenti aspetti: selezionare la lunghezza appropriata dei dati da inviare, selezionare il gateway con funzione LBT e utilizzare più Algoritmo ottimale, abilita ADR, scegli l'implementazione della co-frequenza.
Concludendo
Quanto sopra è come calcolare la capacità del gateway del gateway LoRaWAN, che prevede il calcolo del numero di nodi che possono essere ospitati da un singolo gateway e più gateway.
