LoRaWANゲートウェイのネットワーク容量を計算する方法?

購入する必要がある人のために LoRaWANゲートウェイ, おそらく最も重要な質問は: ゲートウェイに含めることができるノードの数? N個のノードがあります, LoRaWANゲートウェイはいくつ必要ですか? 不運にも, この質問に対する簡単な答えはありません.

1つのLoRaWANゲートウェイが収容できるノードの数

1. 理論値

単一のゲートウェイが1日あたり最大でデータパケットを受信できると仮定します, 各ノードのアプリケーションパケット頻度は、1時間あたりbデータパケットです。, 次に、単一のゲートウェイが収容できるノードの最大数の理論値は、次のように計算されます。:

S = a /(24*NS).

例えば, 単一のLoRaWANゲートウェイにSX1301チップが装備されている場合, それはまで受け取ることができます 1.5 1日あたり100万のデータパケット. 適用頻度が 1 1時間あたりのパケット, 次に、理論的には、LoRaWANゲートウェイがアクセスできるノードの数S = 1,500,000 /(24*1) = 62500.

2. 実価

1つのゲートウェイが収容できるノード数の実際の値は、理論値の計算よりもはるかに複雑です。. 特定のゲートウェイの場合, 1日に受信できるデータパケットの最大数も決定されます. 問題は、各ノードが1日に送信するパケットの数にあります.

同じアプリケーションシナリオで, ノードから毎日送信されるデータの合計の長さを決定する必要があります. でも, 特定の長さのデータを送信する必要があるパケット長と送信レートが不明です。. パケット長が異なる場合, 送信する必要のあるパケットの数は必然的に異なります.

例えば, 異なる信号強度の下で, 使用される拡散係数SFも異なります, 送信できるデータの長さも異なります, 毎回送信できるデータの長さが異なります, その結果、分割する必要のあるパケットの数が増えます. それは同じではありません, 同じゲートウェイと同じノードが使用されている場合でも, 単一のゲートウェイが収容できるノードの最大数は、ノードの異なるサービスモードでは同じではありません.

のゲートウェイの場合 8 チャネル, LBTなし (パケットを送信する前にチャネルを監視する), 具体的な計算式は:

チャネル容量 (あれは, ノードの数) S = 8T / 2et0.

その中で, 8 を表す 8 チャネル, Tは送信間隔を表します, これはパケットの長さとレートに関連しています, 1/2eは基本の最大スループットですアロハアルゴリズム, eは定数です, に等しい 2.718, t0はToAを表します (放送時間) 単一パケットの. .

10バイトの負荷を前提, レートとToAの関係を次の表に示します。.

上記の表10バイトの負荷を前提としたLoRaWANレートとシングルパケットの空中飛行時間ToAの対応する表

例として, SX1301チップを使用する場合, LBTがない場合 (パケットを送信する前にチャネルを監視する), 各パケットの平均飛行時間t0 = 100ms (したがって、t0 = 0.1s), 各パケットの平均は1分に1回送信されます ( したがって、T = 60秒), 次に、そのような平均ノードをいくつ収容できるか? S = 8 * 60 /(2*2.718*0.1)= 883, したがって, 883 ノードに対応できます.

さらに, 異なるアルゴリズムを使用すると、最大スループットも変化します, これは理論上の容量の変化につながります.

例えば, LBT機能を使用して各ノードの前提条件を変更した場合, また、評価には、以前の基本的なAlohaアルゴリズムの代わりにスロット付きAlohaアルゴリズムが使用されます。, アルゴリズムが異なるため、最大スループットは異なります. 現時点では, 最大スループットは 1/ e, したがって、チャネル容量 (あれは, ノードの数) S = 8T / et0, したがって, 理論容量は2倍になります, あれは, 883*2= 1766ノード.

3. 概算

計算したくない場合, 次に、次の簡単な参照例を使用して、大まかな見積もりを行うことができます.

ゲートウェイ信号カバレッジの場合, 90% 信号強度のはSF9以上のレートを満たしています, もしも 50 バイトは5秒の頻度で送信されます, 8チャネルゲートウェイはほぼ対応できます 40 端子/ノード.

周波数と容量の関係は線形です. したがって, 必要な実際の周波数がに変更された場合, 例えば, 送信周波数は10秒です, 次に、8チャネルゲートウェイはほぼアクセスできると結論付けることができます 80 端子/ノード.

ADRがオンになっているシナリオでは 90% ターミナルレートのDR3より大きい (SF9), バイトと容量の関係はほぼ線形です. したがって, 実際のシナリオのバイトを上記の例に単純に代入して、見積もりを取得することもできます。.

4. 注意が必要な事項

ゲートウェイの数

それが最高なので 1 ノードは、2〜3個のゲートウェイがデータを受信できることを保証できます, 上記の方法で計算した場合、すべてのノードに対応するには合計N個のゲートウェイが必要です。, それから, 実際の使用, 2N〜3Nゲートウェイの使用をお勧めします, N個のゲートウェイの代わりに, すべてのノードに対応して、データを確実に受信できるようにします.

送信間隔

非常に特別なアプリケーションがない限り, 送信間隔を5秒未満にすることはお勧めしません. 一般的に言えば, 間隔を少なくとも1分レベルに送信することをお勧めします.

標準のLoRaWANプロトコルでは、パケットを送信するために少なくとも2秒の間隔が必要です.

SFが送信するとき 64 バイト, エアインターフェース時間はすでに3秒に近づいています. また、LoRaWANのエアインターフェイスの時間要件に準拠していない場合, ゲートウェイは透過的な送信のみを担当しますが, LoRaWANプロトコルが準拠していない場合でも, 物理層は引き続きデータを受信できます, ただし、この時点で、ユーザーは自分でパケット損失率を確認およびテストする必要があります.

LoRaWANゲートウェイマルチゲートウェイが対応できるノードの数

実際のアプリケーションシナリオでは, 単一のゲートウェイでは、カバレッジと容量の要件を満たすことはできません.

特定の信号比を満たす場合, ゲートウェイはSF7〜SF12の信号データを同時に受信できます. 単一ゲートウェイの復調およびカバレッジ機能は制限されています, そしてこの能力は理論的に達成することができます, しかし実際にはそれはもっと難しいです, ただし、マルチゲートウェイの導入により、ネットワーク容量を最大化できます. したがって, 実際には, 複数のゲートウェイがよく使用されます.

固定レート

レートが固定されている場合, N個のゲートウェイがある場合, 次に、複数のゲートウェイの容量=単一のゲートウェイの容量 * NS.

その中で, 単一のゲートウェイの容量は、最初の部分に従って計算または見積もることができます.

ADRをオンにする

ADRがオンになっている場合, 複数のゲートウェイの容量は直線的に変化しません.

Smetechが発表した実際の測定結果によると, ADRを採用した場合, 複数のゲートウェイの容量> 単一ゲートウェイの容量 * N. ^ 2.

小さなヒント: ゲートウェイの容量を増やすことに加えて, ADRを有効にすると、消費電力の削減にも役立ちます, ADRテクノロジーはLoRa信号品質に応じてデータ送信電力を自動的に調整できるためです. RAK7249 / RAK7258シリーズ製品はすべてADR機能をサポートしています. RAKノードを使用, LoRa端子のエミッション電流を効果的に低減できます. 詳細については, you can also refer to the article “LoRa Terminal Low Power Development Strategy”.

マルチゲートウェイ展開の提案

ADRをオンにする

ADRを有効にすると、同じ数のゲートウェイを前提として、既存のゲートウェイの総容量を可能な限り拡張できます。.

同じ頻度の展開を選択する

同一周波数展開により、ノードは最も近いゲートウェイに接続できます, ネットワークのADR効果を最大化する. ADR効果の改善は、ノードの速度を最適化することです。. レートの増加はTOAの減少を意味します, これは、容量の増加と消費電力の削減を意味します.

したがって, 複数のゲートウェイを使用する場合, 同じ頻度の展開を使用することをお勧めします, 異なる周波数の展開よりも多くのノードに対応できます. 同じ周波数の展開で容量要件を満たすことができない場合のみ, 周波数間ゲートウェイの追加が検討されています.

展開範囲は次のようなものです 1 ノードは2〜3個のゲートウェイで受信できます

同じ数のLoRaWANゲートウェイの場合, より多くのノードに対応したい場合, あなたは以下の側面から改善を始める必要があります: 送信するデータの適切な長さを選択します, LBT機能を備えたゲートウェイを選択し、より最適なアルゴリズムを使用します, ADRを有効にする, 同一周波数展開を選択する.