如果有一個8通道網(wǎng)關支持每天 150 萬個數(shù)據(jù)包，并且應用程序每小時發(fā)送 1 個數(shù)據(jù)包，則該網(wǎng)關可以處理超過 62000 個節(jié)點。從理論上講，可以是使用網(wǎng)絡拓補，但LoRa 僅針對星形拓撲結(jié)構(gòu)進行定義。
在最基本的層面上，像LoRaWAN這樣的無線電協(xié)議相當簡單。星際網(wǎng)絡的交談方式類似于教授和學生在講座中的對話。網(wǎng)關(教授)與終端節(jié)點(類)通信，反之亦然。就溝通而言，這是一種不對稱的關系。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，但恒星拓撲的許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制文件，它還具有您可以傳達的大量信息(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?？偠灾?，接收端有很多容量。
LoRaWAN有三個同時運行的類。
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)點不會等待特定的時間與網(wǎng)關通信 - 它們只需在需要時進行傳輸，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)點完成傳輸，另一個節(jié)點就會立即開始。在沒有任何通信間隙的情況下，純aloha網(wǎng)絡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，因為如果一個節(jié)點正在傳輸，而另一個節(jié)點喚醒并決定使用相同的無線電設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。網(wǎng)關每 128 秒傳輸一個信標。(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消息，因為它們從屬于每秒一個脈沖(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)點每十個時隙進行一次偵聽，當出現(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用，因為保持節(jié)點始終處于主動喚醒狀態(tài)運行接收器需要大量能量。
使用LoRaWAN構(gòu)建專用網(wǎng)絡的障礙
LoRaWAN適用于某些應用程序，但它不是客戶部署(也稱為專用網(wǎng)絡)解決方案的最佳選擇。其主要原因是：
多個網(wǎng)關的共存允許干擾。使用LoRaWAN，所有網(wǎng)關(無論誰擁有或運營它們)都調(diào)諧到相同的頻率。這意味著您的LoRaWAN網(wǎng)絡可以看到我的所有流量，反之亦然。最好只在單個區(qū)域中運行一個網(wǎng)絡，以避免碰撞問題。
但是，可以通過LoRa聯(lián)盟為特定用途預留特定渠道。網(wǎng)絡運營商還可以從服務器端限制其網(wǎng)絡中的下行鏈路量，以確保低優(yōu)先級端點不會因下行鏈路流量而"堵塞"網(wǎng)絡。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。這對于某些抄表應用來說很好，但對于工業(yè)或企業(yè)傳感器網(wǎng)絡或控制系統(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。
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)絡層的某些元素(OSI 第 3 層)。截至今天，沒有供應商提供端到端的LoRaWAN解決方案。相反，您需要與多個供應商合作，分別獲取節(jié)點、網(wǎng)關、后端服務器和生態(tài)系統(tǒng)的所有其他部分。雖然這為應用程序提供了很大的靈活性，但它給應用程序開發(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)關可以傳輸?shù)牧糠浅Ｓ邢蕖Ｔ诿绹?，F(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) 有效負載大小。LoRaWAN的另一大限制是，MTU有效負載大小根據(jù)網(wǎng)絡分配給節(jié)點的傳播因素而可變。換句話說，如果你離網(wǎng)關很遠，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。因此，節(jié)點固件或應用程序必須能夠適應應用程序?qū)佑行ж撦d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)點必須以30個10字節(jié)的消息發(fā)送，因為它們可能面臨被分配了少量MTU的情況。因此，由于處理這些不斷變化的 MTU 值所需的復雜軟件更改，這些節(jié)點的傳輸量遠遠超過必要的范圍。
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