如果有一個8通道網(wǎng)關(guān)支持每天 150 萬個數(shù)據(jù)包，并且應(yīng)用程序每小時發(fā)送 1 個數(shù)據(jù)包，則該網(wǎng)關(guān)可以處理超過 62000 個節(jié)點(diǎn)。從理論上講，可以是使用網(wǎng)絡(luò)拓補(bǔ)，但LoRa 僅針對星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行定義。
在最基本的層面上，像LoRaWAN這樣的無線電協(xié)議相當(dāng)簡單。星際網(wǎng)絡(luò)的交談方式類似于教授和學(xué)生在講座中的對話。網(wǎng)關(guān)(教授)與終端節(jié)點(diǎn)(類)通信，反之亦然。就溝通而言，這是一種不對稱的關(guān)系。班上的每個人都可以同時嘗試與教授交流，但教授無法同時聽到或理解它們。盡管過于簡單，但恒星拓?fù)涞脑S多元素都可以追溯到這個類比。
LoRa的工作原理是以非常線性的方式隨時間移動RF音調(diào)。此圖顯示了反向瀑布中的啁啾聲 - 最新數(shù)據(jù)位于頂部，稱為"向上啁啾"。您可以看到這種音調(diào)的頻率如何隨著時間的推移而增加。LoRa傳輸通過啁啾聲工作，在時間和頻率方面打破不同位置的芯片，以便對符號進(jìn)行編碼。LoRa傳輸在特定時間從一個地方跳到另一個地方的事實(shí)可能意味著一個位字符串與另一個位字符串。它不僅僅是簡單的二進(jìn)制文件，它還具有您可以傳達(dá)的大量信息(高符號深度)。
想一想頻移鍵控(FSK)。如果一個音調(diào)靜止了一段時間，然后跳到其他地方一段時間，你會看到不同的線條或音調(diào)。這稱為 2 元 FSK，表示兩個頻率符號。M-ary FSK具有多個頻率音調(diào)，可以代表更多的符號。LoRa采用了這個概念，但它在啁啾聲中做了一切。所以，它正在獲得處理增益。由于LoRa接收器具有非常獨(dú)特的模式，因此可以檢測到更安靜的啁啾聲，即低于本底噪聲。如果在同一信道中以不同的啁啾速率發(fā)生另一次傳輸，則它是正交的，這意味著可以同時檢測到它。總而言之，接收端有很多容量。
LoRaWAN有三個同時運(yùn)行的類。
A類是純異步的，這就是我們所說的純ALOHA系統(tǒng)。這意味著終端節(jié)點(diǎn)不會等待特定的時間與網(wǎng)關(guān)通信 - 它們只需在需要時進(jìn)行傳輸，并在此之前處于休眠狀態(tài)。如果你有一個完美協(xié)調(diào)的系統(tǒng)，超過八個通道，你可以用一條消息填充每個時間段。一旦一個節(jié)點(diǎn)完成傳輸，另一個節(jié)點(diǎn)就會立即開始。在沒有任何通信間隙的情況下，純aloha網(wǎng)絡(luò)的理論最大容量約為該最大容量的18.4%。這主要是由于沖突，因?yàn)槿绻粋€節(jié)點(diǎn)正在傳輸，而另一個節(jié)點(diǎn)喚醒并決定使用相同的無線電設(shè)置在同一頻率信道中傳輸，它們將發(fā)生碰撞。
B 類允許將消息向下發(fā)送到電池供電的節(jié)點(diǎn)。網(wǎng)關(guān)每 128 秒傳輸一個信標(biāo)。(請參閱圖頂部的時間段。所有LoRaWAN基站都在同一時間傳輸信標(biāo)消息，因?yàn)樗鼈儚膶儆诿棵胍粋€脈沖(1PPS)。這意味著軌道上的每顆GPS衛(wèi)星在每秒開始時都會發(fā)送一條消息，從而使世界各地的時間同步。所有 B 類節(jié)點(diǎn)在 128 秒周期內(nèi)分配一個時間段，并被告知何時偵聽。例如，您可以告訴節(jié)點(diǎn)每十個時隙進(jìn)行一次偵聽，當(dāng)出現(xiàn)這種情況時，它允許傳輸下行鏈路消息(見上圖)。
C類允許節(jié)點(diǎn)不斷偵聽，并且可以隨時發(fā)送下行鏈路消息。這主要用于交流供電應(yīng)用，因?yàn)楸３止?jié)點(diǎn)始終處于主動喚醒狀態(tài)運(yùn)行接收器需要大量能量。
使用LoRaWAN構(gòu)建專用網(wǎng)絡(luò)的障礙
LoRaWAN適用于某些應(yīng)用程序，但它不是客戶部署(也稱為專用網(wǎng)絡(luò))解決方案的最佳選擇。其主要原因是：
多個網(wǎng)關(guān)的共存允許干擾。使用LoRaWAN，所有網(wǎng)關(guān)(無論誰擁有或運(yùn)營它們)都調(diào)諧到相同的頻率。這意味著您的LoRaWAN網(wǎng)絡(luò)可以看到我的所有流量，反之亦然。最好只在單個區(qū)域中運(yùn)行一個網(wǎng)絡(luò)，以避免碰撞問題。
但是，可以通過LoRa聯(lián)盟為特定用途預(yù)留特定渠道。網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商還可以從服務(wù)器端限制其網(wǎng)絡(luò)中的下行鏈路量，以確保低優(yōu)先級端點(diǎn)不會因下行鏈路流量而"堵塞"網(wǎng)絡(luò)。它不保證收到消息。
LoRaWAN是一種基于ALOHA的異步協(xié)議，其中超過50%的數(shù)據(jù)包錯誤率(PER)很常見。這對于某些抄表應(yīng)用來說很好，但對于工業(yè)或企業(yè)傳感器網(wǎng)絡(luò)或控制系統(tǒng)，0% PER是必需的。消息傳遞的"噴霧和祈禱"方法不適合大多數(shù)工業(yè)用例，這就是為什么LoRaWAN最適合以上行鏈路為中心的網(wǎng)絡(luò)。
它需要大量的開發(fā)工作。我們的客戶面臨的另一個挑戰(zhàn)是，LoRaWAN 主要是數(shù)據(jù)鏈路 (MAC) 層(OSI 第 2 層)，只有網(wǎng)絡(luò)層的某些元素(OSI 第 3 層)。截至今天，沒有供應(yīng)商提供端到端的LoRaWAN解決方案。相反，您需要與多個供應(yīng)商合作，分別獲取節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)關(guān)、后端服務(wù)器和生態(tài)系統(tǒng)的所有其他部分。雖然這為應(yīng)用程序提供了很大的靈活性，但它給應(yīng)用程序開發(fā)人員留下了大量的工作來生成完整的產(chǎn)品。這包括分組、下行鏈路控制、多播等。
存在占空比限制。公共網(wǎng)絡(luò)中的868 MHz頻段存在一些固有的限制。在歐洲，主要限制是百分之一的占空比(在大多數(shù)情況下)。這意味著，如果測量網(wǎng)關(guān)隨時間推移傳輸?shù)钠骄鶗r間長度，則不能超過百分之一。因此，網(wǎng)關(guān)可以傳輸?shù)牧糠浅Ｓ邢蕖Ｔ诿绹現(xiàn)CC 對 ISM 頻段的規(guī)定沒有這樣的限制。
它具有可變的最大傳輸單元 (MTU) 有效負(fù)載大小。LoRaWAN的另一大限制是，MTU有效負(fù)載大小根據(jù)網(wǎng)絡(luò)分配給節(jié)點(diǎn)的傳播因素而可變。換句話說，如果你離網(wǎng)關(guān)很遠(yuǎn)，你可以傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)很小，但如果你靠近，它就會大得多;你根本無法提前知道這一點(diǎn)。因此，節(jié)點(diǎn)固件或應(yīng)用程序必須能夠適應(yīng)應(yīng)用程序?qū)佑行ж?fù)載端的變化，這在開發(fā)固件時非常具有挑戰(zhàn)性。
大多數(shù)開發(fā)人員通過在網(wǎng)絡(luò)可以分配的最高傳播因子(在大多數(shù)情況下非常小，通常小于 12 字節(jié))選擇最小的可用 MTU 來解決此問題。因此，需要發(fā)送大量數(shù)據(jù)(例如300字節(jié))的LoRaWAN節(jié)點(diǎn)必須以30個10字節(jié)的消息發(fā)送，因?yàn)樗鼈兛赡苊媾R被分配了少量MTU的情況。因此，由于處理這些不斷變化的 MTU 值所需的復(fù)雜軟件更改，這些節(jié)點(diǎn)的傳輸量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過必要的范圍。
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