LoRaWAN 게이트웨이의 네트워크 용량을 계산하는 방법?

팔월 9, 2021
로라 베이직, LoRaWAN 게이트웨이

구매가 필요하신 분들을 위해 LoRaWAN 게이트웨이, 아마도 가장 중요한 질문은: 게이트웨이에 포함할 수 있는 노드 수? N개의 노드가 있습니다., 얼마나 많은 LoRaWAN 게이트웨이가 필요합니까? 안타깝게도, 이 질문에 대한 쉬운 대답은 없다.

단일 LoRaWAN 게이트웨이가 수용할 수 있는 노드 수

1. 이론적 가치

단일 게이트웨이가 하루에 최대 데이터 패킷을 수신할 수 있다고 가정, 각 노드의 애플리케이션 패킷 빈도는 시간당 b 데이터 패킷입니다., 단일 게이트웨이가 수용할 수 있는 최대 노드 수의 이론적인 값은 다음과 같이 계산됩니다.:

S=아/(24*NS).

예를 들어, 단일 LoRaWAN 게이트웨이에 SX1301 칩이 장착된 경우, 까지 받을 수 있습니다 1.5 하루에 백만 데이터 패킷. 적용 빈도가 다음과 같은 경우 1 시간당 패킷, 이론적으로 LoRaWAN 게이트웨이가 액세스할 수 있는 노드 수 S = 1,500,000 /(24*1) = 62500.

2. 실제 값

단일 게이트웨이가 수용할 수 있는 노드 수의 실제 값은 이론적인 값의 계산보다 훨씬 더 복잡합니다.. 특정 게이트웨이의 경우, 하루에 수신할 수 있는 최대 데이터 패킷 수도 결정됩니다.. 어려움은 각 노드가 하루에 보내는 패킷 수에 있습니다..

동일한 애플리케이션 시나리오에서, 매일 노드가 보내는 총 데이터 길이를 결정해야 합니다.. 하지만, 특정 길이의 데이터를 전송해야 하는 패킷 길이와 전송 속도가 불확실함. 패킷 길이가 다른 경우, 보내야 할 패킷의 수는 필연적으로 다를 것입니다.

예를 들어, 다른 신호 강도에서, 사용된 확산 계수 SF도 다릅니다., 보낼 수 있는 데이터의 길이도 다릅니다., 그리고 매번 보낼 수 있는 데이터의 길이가 다릅니다., 결과적으로 나누어야 하는 패킷 수. 같지 않다, 동일한 게이트웨이와 동일한 노드를 사용하더라도, 단일 게이트웨이가 수용하는 최대 노드 수는 노드의 다른 서비스 모드에서 동일하지 않습니다..

게이트웨이의 경우 8 채널, LBT 없이 (패킷을 보내기 전에 채널 모니터링), 구체적인 계산식은:

채널 용량 (그건, 노드 수) S = 8T / 2et0.

그 중, 8 대표하다 8 채널, T는 전송 간격을 나타냅니다., 패킷 길이 및 속도와 관련이 있습니다., 1/2e는 기본의 최대 처리량입니다. 알로하 알고리즘, e는 상수, 동일 2.718, t0은 ToA를 나타냅니다. (방송 시간) 단일 패킷의. .

10바이트 로드를 전제로, rate와 ToA 사이의 관계는 다음 표에 나와 있습니다..

위 표 10바이트 부하를 전제로 한 LoRaWAN 요금 및 단일 패킷 항공 비행 시간 ToA 대응 표

예로서, SX1301 칩을 사용하는 경우, LBT가 없을 때 (패킷을 보내기 전에 채널 모니터링), 각 패킷의 평균 비행 시간 t0=100ms (따라서 t0=0.1s), 각 패킷의 평균은 1분에 한 번 전송됩니다. ( 그래서 T=60s), 그런 다음 얼마나 많은 평균 노드를 수용할 수 있습니까?? S=8*60/(2*2.718*0.1)=883, 그러므로, 883 노드 수용 가능.

더구나, 다른 알고리즘을 사용하면 최대 처리량도 변경됩니다., 이론적 능력의 변화로 이어질 것입니다..

예를 들어, LBT 기능이 있는 각 노드에 전제 조건을 수정한 경우, 평가를 위해 기존의 기본 알로하 알고리즘 대신 슬롯형 알로하 알고리즘을 사용합니다., 다른 알고리즘으로 인해 최대 처리량이 다릅니다.. 이때, 최대 처리량은 1/ 이자형, 그래서 채널 용량 (그건, 노드 수) S = 8T / et0, 이와 같이, 이론 용량은 2배, 그건, 883*2=1766 노드.

3. 대략적으로

계산하고 싶지 않다면, 그러면 다음과 같은 간단한 참조 예를 사용하여 대략적인 추정을 할 수 있습니다..

게이트웨이 신호 커버리지의 경우, 90% 신호 강도가 SF9 이상의 속도를 충족합니다., 만약 50 바이트는 5초의 빈도로 전송됩니다., 8채널 게이트웨이는 거의 40 터미널/노드.

주파수와 용량의 관계는 선형입니다.. 그러므로, 필요한 실제 주파수가 다음으로 변경된 경우, 예를 들어, 전송 주파수는 10초, 그러면 8채널 게이트웨이가 거의 액세스할 수 있다고 결론지을 수 있습니다. 80 터미널/노드.

ADR이 켜져 있는 시나리오에서 90% 의 터미널 속도가 DR3보다 큽니다. (SF9), 바이트와 용량 간의 관계는 거의 선형입니다.. 그러므로, 실제 시나리오의 바이트는 추정치를 얻기 위해 위의 예에 간단히 대체될 수도 있습니다..

4. 주의사항

게이트웨이 수

그게 제일 좋기 때문에 1 노드는 2~3개의 게이트웨이가 데이터를 수신할 수 있음을 보장할 수 있습니다., 위의 방법으로 계산하면 모든 노드에 대응하기 위해서는 총 N개의 게이트웨이가 필요하다., 그 다음에, 실제 사용, 2N~3N 게이트웨이 사용을 권장합니다., N 게이트웨이 대신, 데이터를 수신할 수 있도록 모든 노드에 대응.

전송 간격

아주 특별한 신청이 없는 한, 전송 간격이 5초 미만인 것은 권장하지 않습니다.. 일반적으로 말하면, 간격을 최소한 분 수준으로 보내는 것이 좋습니다..

표준 LoRaWAN 프로토콜은 패킷을 전송하는 데 최소 2초의 간격이 필요합니다..

SF가 보낼 때 64 바이트, 무선 인터페이스 시간은 이미 3초에 가깝습니다.. LoRaWAN의 무선 인터페이스 시간 요구 사항을 준수하지 않는 경우, 게이트웨이는 투명한 전송만 담당하지만, LoRaWAN 프로토콜이 준수되지 않더라도, 물리 계층은 여전히 데이터를 수신할 수 있습니다., 그러나 이때 사용자는 패킷 손실률을 직접 확인하고 테스트해야 합니다..

LoRaWAN 게이트웨이 다중 게이트웨이가 수용할 수 있는 노드 수

실제 적용 시나리오에서, 단일 게이트웨이는 적용 범위 및 용량 요구 사항을 충족할 수 없습니다..

특정 신호 비율을 충족하는 경우, 게이트웨이는 SF7~SF12의 신호 데이터를 동시에 수신할 수 있습니다.. 단일 게이트웨이의 복조 및 커버리지 기능은 제한적입니다., 이 용량은 이론적으로 달성할 수 있습니다., 하지만 실제로는 더 어렵습니다, 그러나 다중 게이트웨이 배포는 네트워크 용량을 최대화할 수 있습니다.. 그러므로, 실제로, 다중 게이트웨이가 자주 사용됨.

고정 비율

요금이 고정되면, N 개의 게이트웨이가 있는 경우, 여러 게이트웨이의 용량 = 단일 게이트웨이의 용량 * NS.

그 중, 단일 게이트웨이의 용량은 첫 번째 부분에 따라 계산되거나 추정될 수 있습니다..

ADR 켜기

ADR이 켜져 있을 때, 다중 게이트웨이의 용량은 선형적으로 변하지 않습니다..

Smetech에서 발표한 실제 측정 결과에 따르면, ADR이 채택될 때, 다중 게이트웨이의 용량> 단일 게이트웨이의 용량 * N.^2.

작은 팁: 게이트웨이의 용량을 늘리는 것 외에도, ADR을 활성화하면 전력 소비를 줄이는 데도 도움이 됩니다., ADR 기술은 LoRa 신호 품질에 따라 데이터 전송 전력을 자동으로 조정할 수 있기 때문에. RAK7249/RAK7258 시리즈 제품은 모두 ADR 기능을 지원합니다.. RAK 노드 사용, LoRa 터미널의 방출 전류를 효과적으로 줄일 수 있습니다.. 자세한 내용은, 당신은 또한 기사를 참조할 수 있습니다 “LoRa 터미널 저전력 개발 전략”.

다중 게이트웨이 배포 제안

ADR 켜기

ADR을 활성화하면 동일한 수의 게이트웨이를 전제로 기존 게이트웨이의 총 용량을 최대한 확장할 수 있습니다..

동일한 주파수 배포 선택

공동 주파수 배치를 통해 노드가 가장 가까운 게이트웨이에 연결할 수 있습니다., 네트워크의 ADR 효과 극대화. ADR 효과의 개선은 노드의 속도를 최적화하는 것입니다.. 비율의 증가는 TOA의 감소를 의미합니다., 이는 차례로 용량의 증가와 전력 소비의 감소를 의미합니다..

그러므로, 여러 게이트웨이를 사용할 때, 동일한 주파수 배포를 사용하는 것이 좋습니다., 다른 주파수 배치보다 더 많은 노드를 수용할 수 있습니다.. 동일한 주파수 배포가 용량 요구 사항을 충족할 수 없는 경우에만, 주파수 간 게이트웨이의 추가가 고려됩니다..

배포 범위는 다음과 같습니다. 1 2~3개의 게이트웨이에서 노드를 수신할 수 있습니다.

동일한 수의 LoRaWAN 게이트웨이에 대해, 더 많은 수의 노드를 수용하려는 경우, 다음과 같은 측면에서 개선을 시작해야 합니다.: 전송할 데이터의 적절한 길이를 선택하십시오., LBT 기능이 있는 게이트웨이를 선택하고 더 많은 최적의 알고리즘을 사용합니다., ADR 활성화, 동시 주파수 배포 선택.