1、一個LoRaWAN網(wǎng)關(guān)能支持多少個節(jié)點前言對于需要購置LoRaWAN網(wǎng)關(guān)的人來說,可能最重要的一個問題就是：一個網(wǎng)關(guān)能容納多少個節(jié)點？我有N個節(jié)點,需要配備多少個LoRaWAN網(wǎng)關(guān)才夠用？很可惜的是,這個問題沒有簡單的答案.一、LoRaWAN網(wǎng)關(guān)單網(wǎng)關(guān)能容納的節(jié)點的數(shù)量1、理論值假設(shè)單個網(wǎng)關(guān)每天最多可以接收a個數(shù)據(jù)包,每個節(jié)點的應(yīng)用發(fā)包頻率是每小時b個數(shù)據(jù)包的話,那么,單個網(wǎng)關(guān)最多可以容納的節(jié)點的數(shù)目的理論值的計算式如下：S=a/(24*b).比方,單個LoRaWAN網(wǎng)關(guān)如果搭載一個SX1301芯片的話,其每天最多可以接收150萬個數(shù)據(jù)包,如果應(yīng)用發(fā)包頻率是每小時1包的話,那么理論上該LoRa

2、WAN網(wǎng)關(guān)可以接入的節(jié)點的數(shù)目S=1500000/(24*1)=62500個.2、實際值單個網(wǎng)關(guān)可以容納的節(jié)點的數(shù)目的實際值比理論值的計算要復(fù)雜的多.對于確定的某個網(wǎng)關(guān)來說,其每天最多可以接收的數(shù)據(jù)包也是確定的,難就難在每個節(jié)點到底每天發(fā)多少個包.在同一個應(yīng)用場景下,我們每天需要該節(jié)點發(fā)送的總的數(shù)據(jù)長度是確定的,但是,確定長度的數(shù)據(jù)到底要以怎樣的封包長度、發(fā)送速率來發(fā)送,就不確定了.封包長度如果不同,勢必需要發(fā)送的包的數(shù)量也就不同.比方,在不同的信號強(qiáng)度下,所用到的擴(kuò)頻因子SF也不同,那么,能發(fā)送的數(shù)據(jù)的長度也就不同,每次能發(fā)送的數(shù)據(jù)的長度不同就會導(dǎo)致需要分成的包的數(shù)量也不相同,從而導(dǎo)致即使使

3、用同樣的網(wǎng)關(guān)、同樣的節(jié)點,但在節(jié)點的不同業(yè)務(wù)模式下,也會出現(xiàn)單個網(wǎng)關(guān)容納節(jié)點的最大數(shù)目并不相同的情況.對于有8個信道的網(wǎng)關(guān)來說,在沒有LBT發(fā)包前監(jiān)聽信道的前提下,具體的計算公式為：信道容量即節(jié)點數(shù)量S=8T/2et0.其中,8代表8個信道,T代表發(fā)送間隔,跟封包長度、速率有關(guān)系,1/2e是根本Aloha算法最大吞吐量,e是常數(shù),等于2.718,to代表單包的ToATimeonAir.在10字節(jié)負(fù)載的前提下,速率與ToA的關(guān)系如表1所示.DRO290SF121400-147DR1I530SF11740-144.5DR2970SF10370-142DR31J60SF9200-139.5DR43.

4、125SF8100-137DR55.470SF756-1345DR611,000SF7HS28-131.5DR750,000FSK506-116表1在10字節(jié)負(fù)載的前提下,LoRaWAN的速率與單包的空中飛行時間ToA的對應(yīng)表格舉一個例子,假設(shè)使用SX1301芯片,在沒有LBT發(fā)包前監(jiān)聽信道的情況下,并且平均每個包空中飛行時間t0=100ms因此t0=0.1s,平均每個包一分鐘發(fā)一次因此T=60s,那么可以容納多少這樣的平均節(jié)點呢？S=8*60/2*2.718*0.1=883,因此,可以容納883個節(jié)點.而且,采用不同算法,也會導(dǎo)致最大吞吐量的變化,從而引起理論容量的變化.比方,如果前提條件修

5、改成每個節(jié)點都帶有LBT功能,采用時隙Aloha算法而不是之前的根本Aloha算法來評估,那么由于算法不同,導(dǎo)致最大吞吐量不同,此時最大吞吐量是1/e,因此信道容量即節(jié)點數(shù)量S=8T/et0,從而,那么理論容量增加一倍,即883*2=1766個節(jié)點.3、大致估算如果不想計算,那么,我們還可以通過以下簡單的參考例,來做大致的估算.在網(wǎng)關(guān)信號覆蓋較號的情況下,90%的信號強(qiáng)度滿足SF9以上的速率的前提下,假設(shè)發(fā)送50字節(jié),5s頻次,那么一個8通道的網(wǎng)關(guān)差不多可以對應(yīng)40個終端/節(jié)點.頻次跟容量是線性關(guān)系,因此,如果實際需要的頻次改成比方發(fā)送是10s頻次,那么,可以推出該8通道的網(wǎng)關(guān)差不多可以接入8

6、0個終端/節(jié)點.在ADR開啟、90%的終端速率大于DR3SF9的場景下,字節(jié)跟容量也差不多是線性關(guān)系,因此,也可以根據(jù)實際場景的字節(jié)簡易的代入上述例子來獲取一個估計值.4、考前須知1網(wǎng)關(guān)數(shù)量由于最好1個節(jié)點能夠保證23個網(wǎng)關(guān)能接收到數(shù)據(jù),因此,假設(shè)根據(jù)上述方式計算得到總共需要N個網(wǎng)關(guān)來對應(yīng)所有的節(jié)點,那么,具體到實際運用中,建議需要用2N3N個網(wǎng)關(guān),而不是N個網(wǎng)關(guān),來對應(yīng)所有的節(jié)點,以保證數(shù)據(jù)都能接收到.(2)發(fā)送間隔除非很特殊的應(yīng)用,否那么不太建議發(fā)送間隔低于5s,一般來說,發(fā)送間隔至少在分鐘級別以上比擬好.標(biāo)準(zhǔn)的LoRaWAN協(xié)議,發(fā)送一個包需要至少保證2s的間隔.SF發(fā)送64字節(jié)的,空口

7、時間就已經(jīng)接近3s了.而如果不遵守LoRaWAN的關(guān)于空口時間的要求,那么雖然由于網(wǎng)關(guān)只負(fù)責(zé)透傳,因此,即使不遵守LoRaWAN協(xié)議,那么物理層也可以接收數(shù)據(jù),但是這時候用戶就需要自己去驗證測試丟包率.二、LoRaWAN網(wǎng)關(guān)多網(wǎng)關(guān)能容納的節(jié)點的數(shù)量在實際應(yīng)用場景下,單網(wǎng)關(guān)并不能滿足覆蓋和容量的要求.在滿足一定的信號配比的情況下,網(wǎng)關(guān)可以同時接收SF7SF12的信號數(shù)據(jù).單網(wǎng)關(guān)解調(diào)和覆蓋水平受限制,理論可以到達(dá)這個容量,但是實際上比擬難,但是多網(wǎng)關(guān)部署,就可以最大化網(wǎng)絡(luò)容量.因此,實踐中,往往更多的是用到了多網(wǎng)關(guān).1、固定速率當(dāng)速率固定時,如果具備N個網(wǎng)關(guān),那么,多網(wǎng)關(guān)的容量=單網(wǎng)關(guān)的容量*N.

8、其中,單網(wǎng)關(guān)的容量可根據(jù)第一局部來計算或估算.2、開啟ADR當(dāng)開啟ADR的時候,那么,多網(wǎng)關(guān)的容量就不是線性的變化了.根據(jù)Smetech公布的實際測量結(jié)果可知,當(dāng)采用ADR的時候,多網(wǎng)關(guān)的容量>單網(wǎng)關(guān)的容量*N.A2.小Tip：而且,除了增加網(wǎng)關(guān)容量之外,開啟ADR還有助于降低功耗,原因是ADR技術(shù)可以根據(jù)LoRa信號質(zhì)量自動調(diào)整數(shù)據(jù)的發(fā)送功率.RAK7249/RAK7258系列產(chǎn)品均支持開啟ADR功能,配合RAK節(jié)點,可以有效降低LoRa終端的發(fā)射電流.具體還可以參見?LoRa終端低功耗開發(fā)策略?一文.3、多網(wǎng)關(guān)部署建議(1)開啟ADR開啟ADR可以在同樣數(shù)量的網(wǎng)關(guān)的前提下,盡可能多的擴(kuò)充已有網(wǎng)關(guān)的總體容量.(2)選擇同頻部署同頻部署可以使節(jié)點連接最近的網(wǎng)關(guān),最大化網(wǎng)絡(luò)的ADR效果.而ADR效果提升,即為節(jié)點的速率最正確化.速率提升,代表TOA降低,從而代表容量增加,功耗降低.因此,采用多網(wǎng)關(guān)的時候,建議采用同頻部署,可以比異頻部署容納更多的節(jié)點.只有在同頻部署無法滿足容量的需求下,才考慮增加異頻網(wǎng)關(guān)的參加.(3)部署的范圍滿足1個節(jié)點能被23個網(wǎng)關(guān)接收.可以看出,同樣數(shù)量的LoRaWAN