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LoRaWAN网关可以接多少终端?lorawan网关容量计算

发表时间:2023-03-29 11:31

  对于需要购买LoRaWAN网关的人来说,最重要的问题或许就是:一个网关可以包含多少个节点?我有 N 个节点,我需要多少个 LoRaWAN 网关?这个问题没有简单的答案。


  单个LoRaWAN网关可容纳的节点数

  一、理论价值

  假设单个网关每天最多接收a个数据包,每个节点的应用包频率为每小时b个数据包,则单个网关最大可容纳节点数的理论值计算如下:

  S=a/(24*b)。

  例如,如果单个 LoRaWAN 网关配备 SX1301 芯片,它每天最多可以接收 150 万个数据包。如果应用频率为每小时1个数据包,那么理论上LoRaWAN网关可以接入的节点数S = 1,500,000 /(24*1) = 62500。


  二、实际价值

  单个网关可容纳节点数的实际值比理论值的计算要复杂得多。对于某个网关,它每天能接收的数据包的最大数量也是确定的。难点在于每个节点每天发送多少数据包。

  在同一个应用场景下,我们需要确定节点每天发送的总数据长度。但是,对于一定长度的数据,发送什么包长和发送速率是不确定的。如果数据包长度不同,需要发送的数据包数量必然不同。

  比如在不同的信号强度下,使用的扩频因子SF也不同,那么可以发送的数据长度也不同,每次可以发送的数据长度也不同,导致数需要划分的数据包。不一样,以至于即使使用相同的网关和相同的节点,在节点的不同服务模式下,单个网关容纳的最大节点数也不相同。

  对于8通道的网关,不带LBT(发包前监听通道),具体计算公式为:

  信道容量(即节点数)S=8T/2et0。

  其中,8代表8个信道,T代表传输间隔,与包长和速率有关,1/2e为基本Aloha算法的最大吞吐量,e为常数,等于2.718,t0代表单个数据包的 ToA(播出时间)。.

  在10字节负载的前提下,rate与ToA的关系如下表所示。

rate与ToA的关系

  上表 10字节负载前提下LoRaWAN速率与单包空中飞行时间ToA对应表

  例如,如果您使用 SX1301 芯片,在没有 LBT(发送数据包之前监控通道)的情况下,每个数据包的平均空中飞行时间 t0=100ms(因此 t0=0.1s),每个数据包的平均值为一分钟发送一次(所以T=60s),那么平均可以容纳多少个这样的节点?S=8*60/(2*2.718*0.1)=883,因此可以容纳883个节点。

  而且,使用不同的算法也会导致最大吞吐量的变化,从而导致理论容量的变化。

  例如,如果将前提条件修改为每个具有LBT功能的节点,并使用时隙Aloha算法代替之前的基本Aloha算法进行评估,则最大吞吐量会因算法不同而不同。此时最大吞吐量为1/e,所以信道容量(即节点数)S=8T/et0,这样,理论容量翻倍,即883*2=1766个节点。


  三.粗略估计

  如果你不想计算,那么我们可以通过以下简单的参考例子来做一个粗略的估算。

  在网关信号覆盖的情况下,90%的信号强度满足SF9以上速率,如果以5s的频率发送50个字节,一个8通道的网关几乎可以对应40个终端/节点。

  频率和容量之间的关系是线性的。因此,如果将实际需要的频率改为,例如传输频率为10s,则可以得出8通道网关几乎可以接入80个终端/节点。

  在开启ADR且90%终端速率大于DR3(SF9)的场景下,bytes和capacity的关系几乎是线性的。因此,实际场景中的bytes也可以简单代入上面的例子中得到一个估计。


  四、注意事项

  网关数量

  由于1个节点最好能保证2~3个网关能接收到数据,如果按照上面的方法一共需要N个网关对应所有节点,那么在实际使用中,建议使用2N~3N个网关,而不是N个网关,对应所有节点,保证数据能收到。

  传输间隔

  除非有非常特殊的应用,否则不建议发送间隔小于5s。一般来说,发送间隔至少要达到分钟级别比较好。

  标准的 LoRaWAN 协议至少需要 2s 的间隔来发送一个数据包。

  当SF发送64字节时,空口时间已经接近3s。而如果不遵守LoRaWAN的空口时间要求,虽然网关只负责透传,但即使不遵守LoRaWAN协议,物理层仍然可以接收数据,但此时用户需要自己验证和测试丢包率。


  东胜物联LoRaWAN网关推荐

  DSGW-014


DSGW-014 室外LoRaWAN网关
型号: DSGW-014
CPU: PX30
RAM: 2GB
操作系统: Debian 11
协议: 蓝牙5.2, LoRaWAN, Wi-Fi 2.4G, LTE Cat1/ Cat M1, GPS


查看DSGW-014LoRaWAN网关‍‍‍


  DSGW-230


DSGW-230 千兆PoE网关
型号: DSGW-230
CPU: RK3328
RAM: 2GB
操作系统: Debian 11
协议: 蓝牙5.2, Zigbee 3.0, Z-Wave, Wi-Fi 2.4/5G,4G LTE CAT1


查看DSGW-230LoRaWAN网关‍



  DSGW-380


DSGW-380 RK3588 AI工业网关
型号: DSGW-380
CPU: RK3588四核ARM Cortex-A76和四核ARM Cortex-A55
RAM: 8 GB LPDDR4
操作系统: Debian 11
协议: Wi-Fi 6 (IEEE 802.11ax)、5G LTE、以太网、BLE 5.2、LoRaWAN



查看DSGW-380LoRaWAN网关‍


  LoRaWAN网关多网关可容纳节点数


  在实际应用场景中,单一网关无法满足覆盖和容量需求。

  在满足一定信号比的情况下,网关可以同时接收SF7~SF12的信号数据。单个网关的解调和覆盖能力是有限的,理论上可以达到这个容量,但在实践中比较困难,但多网关部署可以最大限度地发挥网络容量。因此,在实践中,往往会使用多个网关。

  固定利率

  当速率固定时,如果有N个网关,那么多个网关的容量=单个网关的容量*N。

  其中,单个网关的容量可以根据第一部分进行计算或估算。

  开启 ADR

  开启ADR后,多个网关的容量不会线性变化。

  根据Smetech公布的实测结果,采用ADR时,多网关容量>单网关容量*N.^2。

  多网关部署建议

  开启 ADR

  启用ADR可以在网关数量相同的前提下,尽可能扩大现有网关的总容量。

  选择同频部署

  同频部署允许节点连接到最近的网关,最大化网络的ADR效果。ADR效果的提升是为了优化节点的速度。速率的提高意味着TOA的降低,而TOA又意味着容量的增加和功耗的降低。

  因此,在使用多个网关时,建议采用同频部署,相比异频部署,可以容纳更多的节点。只有当同频部署不能满足容量需求时,才考虑增加异频网关。

  部署范围为1个节点可以被2~3个网关接收

  可以看出,对于相同数量的LoRaWAN网关,如果要容纳更多的节点,需要从以下几个方面着手改进:选择合适的发送数据长度,选择网关与LBT功能,使用更多优化算法,启用ADR,选择同频部署。


  以上就是计算LoRaWAN网关的网关容量的方法,其中涉及计算单个网关和多个网关可以容纳的节点数。

  东胜物联LoRaWAN网关优势

  直接推向市场

  我们的产品是产品化的网关。它是直接面向市场的,只是移植固件。这意味着在产品化之前,如果不移植应用程序,您不需要做任何事情。

  OEM解决方案服务

  我们的产品不仅获得了CE和FCC认证,还获得了IC、FAC、WPC、KC、NTC、RCM和SRRC认证。产品符合国际标准,深受全球客户的推崇。

  支持多协议(有线和无线)

  附带Zigbee3.0、Wi-Fi 2.4G/5G、BLE 5.2、GPS。通过Wi-Fi和以太网将捕获的数据发送到云端。


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