Para quem precisa comprar Gateway LoRaWAN, talvez a questão mais importante seja: quantos nós um gateway pode conter? Eu tenho N nós, quantos gateways LoRaWAN eu preciso? Infelizmente, Não existe uma resposta fácil a esta pergunta.
Assumindo que um único gateway pode receber no máximo um pacote de dados por dia, e a frequência do pacote de aplicativos de cada nó é b pacotes de dados por hora, então, o valor teórico do número máximo de nós que um único gateway pode acomodar é calculado da seguinte forma:
S = a /(24*b).
Por exemplo, se um único gateway LoRaWAN estiver equipado com um chip SX1301, pode receber até 1.5 milhões de pacotes de dados por dia. Se a frequência de aplicação for 1 pacote por hora, então, teoricamente, o número de nós que o gateway LoRaWAN pode acessar S = 1,500,000 /(24*1) = 62500.
O valor real do número de nós que um único gateway pode acomodar é muito mais complicado do que o cálculo do valor teórico. Para um certo portal, o número máximo de pacotes de dados que pode receber por dia também é determinado. A dificuldade está em quantos pacotes cada nó envia por dia.
No mesmo cenário de aplicação, precisamos determinar o comprimento total dos dados enviados pelo nó todos os dias. no entanto, é incerto o comprimento do pacote e a taxa de envio em que os dados de um determinado comprimento devem ser enviados. Se o comprimento do pacote for diferente, o número de pacotes que precisam ser enviados será inevitavelmente diferente.
Por exemplo, sob diferentes intensidades de sinal, o fator de espalhamento SF usado também é diferente, então o comprimento dos dados que podem ser enviados também é diferente, e o comprimento dos dados que podem ser enviados a cada vez é diferente, resultando no número de pacotes que precisam ser divididos. Não é o mesmo, de modo que mesmo se o mesmo gateway e o mesmo nó forem usados, o número máximo de nós acomodados por um único gateway não é o mesmo em diferentes modos de serviço dos nós.
Para um gateway com 8 canais, sem LBT (monitorar o canal antes de enviar o pacote), a fórmula de cálculo específica é:
A capacidade do canal (isso é, o número de nós) S = 8T / 2et0.
Entre eles, 8 representa 8 canais, T representa o intervalo de transmissão, que está relacionado ao comprimento do pacote e taxa, 1/2e é a taxa de transferência máxima do básico Algoritmo Aloha, e é uma constante, igual a 2.718, e t0 representa o ToA (Tempo no ar) de um único pacote. .
Sob a premissa de carga de 10 bytes, a relação entre a taxa e o ToA é mostrada na tabela a seguir.
Tabela acima Tabela correspondente de taxa LoRaWAN e tempo de voo de pacote único ToA sob a premissa de carga de 10 bytes
Como um exemplo, se você usar o chip SX1301, na ausência de LBT (monitorar canal antes de enviar pacotes), e o tempo médio de vôo de cada pacote t0 = 100ms (portanto, t0 = 0.1s), uma média de cada pacote é enviada uma vez por minuto ( Então, T = 60s), então, quantos nós médios podem ser acomodados? S = 8 * 60 /(2*2.718*0.1)= 883, portanto, 883 nós podem ser acomodados.
além disso, o uso de diferentes algoritmos também levará a mudanças no rendimento máximo, o que levará a mudanças na capacidade teórica.
Por exemplo, se os pré-requisitos forem modificados para cada nó com a função LBT, e o algoritmo Aloha com fenda é usado em vez do algoritmo Aloha básico anterior para avaliação, a taxa de transferência máxima será diferente devido aos diferentes algoritmos. Neste momento, o rendimento máximo é 1/ e, então a capacidade do canal (isso é, o número de nós) S = 8T / et0, portanto, a capacidade teórica é duplicada, isso é, 883*2= 1766 nós.
Se você não quer calcular, então podemos usar os seguintes exemplos de referência simples para fazer uma estimativa aproximada.
No caso de cobertura de sinal de gateway, 90% da intensidade do sinal encontra a taxa acima de SF9, E se 50 bytes são enviados com uma frequência de 5s, um gateway de 8 canais pode corresponder a quase 40 terminais / nós.
A relação entre frequência e capacidade é linear. Portanto, se a frequência real necessária for alterada para, por exemplo, a frequência de transmissão é 10s, então pode-se concluir que o gateway de 8 canais pode acessar quase 80 terminais / nós.
No cenário em que ADR está ativado e 90% da taxa terminal é maior que DR3 (SF9), a relação entre bytes e capacidade é quase linear. Portanto, os bytes no cenário real também podem ser simplesmente substituídos no exemplo acima para obter uma estimativa.
Já que é melhor que 1 nó pode garantir que 2 ~ 3 gateways podem receber dados, se for calculado de acordo com o método acima, que um total de N gateways são necessários para corresponder a todos os nós, então, em uso real, é recomendado o uso de gateways 2N ~ 3N, em vez de N gateways, correspondem a todos os nós para garantir que os dados possam ser recebidos.
A menos que haja um aplicativo muito especial, não é recomendado que o intervalo de envio seja inferior a 5s. De um modo geral, é melhor enviar o intervalo para pelo menos o nível de minuto.
O protocolo LoRaWAN padrão requer pelo menos um intervalo de 2s para enviar um pacote.
Quando SF envia 64 bytes, o tempo da interface aérea já está perto de 3s. E se você não cumprir os requisitos de tempo de interface aérea do LoRaWAN, embora o gateway seja responsável apenas pela transmissão transparente, mesmo se o protocolo LoRaWAN não for cumprido, a camada física ainda pode receber dados, mas neste momento o usuário precisa verificar e testar a taxa de perda de pacotes por si mesmo.
Em cenários reais de aplicação, um único gateway não pode atender aos requisitos de cobertura e capacidade.
No caso de atender a uma certa proporção de sinal, o gateway pode receber os dados de sinal de SF7 ~ SF12 ao mesmo tempo. As capacidades de demodulação e cobertura de um único gateway são limitadas, e esta capacidade pode ser alcançada teoricamente, mas na prática é mais difícil, mas a implantação de multi-gateway pode maximizar a capacidade da rede. Portanto, na prática, múltiplos gateways são freqüentemente usados.
Quando a taxa é fixada, se houver N gateways, então a capacidade de vários gateways = a capacidade de um único gateway * N.
Entre eles, a capacidade de um único gateway pode ser calculada ou estimada de acordo com a primeira parte.
Quando ADR está ativado, a capacidade de vários gateways não muda linearmente.
De acordo com os resultados de medição reais publicados pela Smetech, quando ADR é adotado, a capacidade de vários gateways> a capacidade de um único gateway * N. ^ 2.
Dica Pequena: Além de aumentar a capacidade do gateway, habilitar ADR também ajuda a reduzir o consumo de energia, porque a tecnologia ADR pode ajustar automaticamente a potência de transmissão de dados de acordo com a qualidade do sinal LoRa. Todos os produtos da série RAK7249 / RAK7258 suportam a função ADR. Com o nó RAK, pode efetivamente reduzir a corrente de emissão do terminal LoRa. Para detalhes, you can also refer to the article “LoRa Terminal Low Power Development Strategy”.
Habilitar ADR pode expandir a capacidade total dos gateways existentes tanto quanto possível com base no mesmo número de gateways.
A implantação de co-frequência permite que os nós se conectem ao gateway mais próximo, maximizando o efeito ADR da rede. A melhoria do efeito ADR é otimizar a velocidade do nó. Um aumento na taxa significa uma diminuição no TOA, o que, por sua vez, significa um aumento na capacidade e uma diminuição no consumo de energia.
Portanto, ao usar vários gateways, é recomendado usar a mesma implantação de frequência, que pode acomodar mais nós do que a implantação de diferentes frequências. Somente quando a mesma frequência de implantação não pode atender aos requisitos de capacidade, a adição de gateways de interfrequência é considerada.
Pode-se ver que para o mesmo número de gateway LoRaWAN, se você quiser acomodar um número maior de nós, você precisa começar a melhorar a partir dos seguintes aspectos: selecione o comprimento apropriado dos dados a serem enviados, selecione o gateway com a função LBT e use mais algoritmo ideal, habilitar ADR, escolha implantação de co-frequência.
Acima está como calcular a capacidade de gateway do gateway LoRaWAN, que envolve o cálculo do número de nós que podem ser acomodados por um único gateway e vários gateways.
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