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1.吞吐量，LoRa網(wǎng)關(guān)的重要性能 從廣義上講，網(wǎng)關(guān)是連接2個(gè)不同網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備。如果一個(gè)設(shè)備，它能將LoRa無線網(wǎng)絡(luò)和Internet連接起來，它就是一個(gè)LoRa網(wǎng)關(guān)。 目前，大部分的LoRa網(wǎng)關(guān)采用SX1301基帶芯片，也有部分使用SX1276/8單信道芯片。那么，SX1301的吞吐量是SX1276/8的多少倍呢？我們一起來探討。 2.誤解1：SX1301=48個(gè)SX1276/8有些行業(yè)朋友認(rèn)為，SX1301有8通道，每個(gè)通道可以接收6個(gè)正交（速率不同，互不干擾）LoRa信號(hào)，那么，SX1301 = 8 x 6 = 48個(gè)SX1276/8。 然而，這是不正確的！ 下文摘自《SX1301 Datasheet》Page-18IF0 to IF7 channels 它明確地說明：SX1301能同時(shí)解調(diào)的LoRa數(shù)據(jù)包不超過8個(gè)。 如果您只需要知道結(jié)果，看完上面的數(shù)字----8，就OK了，請移步。 如果您和我們一樣，喜歡探尋更深層次的原因，請接著看下面的解釋。看到下面SX1301的框架圖，很快會(huì)得到2個(gè)啟發(fā)： 1）它只有8路LoRa解調(diào)器，這才是真正的瓶頸！那怕一個(gè)通道（IF0～I(xiàn)F7）接收了6個(gè)正交數(shù)據(jù)包，解調(diào)器也只負(fù)責(zé)處理其中一個(gè)。 2）當(dāng)一個(gè)通道接收LoRa信號(hào)后，會(huì)啟動(dòng)3個(gè)工作進(jìn)程：數(shù)據(jù)包仲裁MCU，分配解調(diào)器給“合適”的LoRa通道；前導(dǎo)碼搜索引擎，查找一個(gè)LoRa數(shù)據(jù)包的起始信號(hào)；LoRa解調(diào)器，解析該LoRa數(shù)據(jù)包。 剛才談到：數(shù)據(jù)包仲裁MCU，分配解調(diào)器給“合適”的LoRa通道。那么，什么才是合適呢？這個(gè)優(yōu)先級(jí)包括：接收數(shù)據(jù)包的速率，信道（IF0～I(xiàn)F7），射頻通道（即，2個(gè)SX1255/7，分別對(duì)應(yīng)Radio A和B），接收數(shù)據(jù)包的信號(hào)強(qiáng)度。 數(shù)據(jù)包仲裁MCU的優(yōu)先級(jí)，是由Semtech的固件決定的，用戶無法更改。這也是芯片廠商的天生優(yōu)勢----制定游戲規(guī)則，限定玩家的范圍。 那么，SX1301是否等于8個(gè)SX1276/8呢？也不正確！因?yàn)椋@忽略了SX1301的ADR技術(shù)。 ADR（Adaptive Data Rate，速率自適應(yīng)），如下圖所示，依賴Node和SX1301-Gateway的距離：越近，Node將采用高速率；越遠(yuǎn)，Node將采用低速率。這可以有效地提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量。 SX1301的ADR技術(shù)能提高吞吐量，要準(zhǔn)確計(jì)算性能的提升卻比較難，因?yàn)椋蕾噷?shí)際網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的物理位置分布。 因?yàn)長oRa的長距離優(yōu)勢，往往基于低速率，即下表的SF12=293bps；可以看出，SF10（中速率）約為低速率的3倍，SF7（高速率）約為低速率的18倍。 為此，我們提出數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)模型。設(shè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的位置呈正態(tài)分布（這是最符合工程實(shí)施的概率分布）。如下圖所示：68.2%屬于常態(tài)，即ADR用不上；27.2%，ADR能提高約3倍吞吐量；4.6%，ADR能提高18倍吞吐量。 這樣一來，ADR提高吞吐量為：68.2%x 1 + 27.2% x 3 + 4.6% x 18 = 232.6% 小結(jié)：運(yùn)用ADR的SX1301吞吐量相當(dāng)于(8 x 232.6%) = 18.6 個(gè)SX1276/8 5.實(shí)測數(shù)據(jù)平臺(tái)以上都屬于理論的推導(dǎo)，接下來，我們一起看2個(gè)實(shí)測平臺(tái)。 實(shí)測1：http://rimelink.timeddd.com/st/STS.aspx?id=66 這是一個(gè)SX1278的LoRa網(wǎng)關(guān)，基于TDMA（時(shí)分復(fù)用）方式組網(wǎng)，共7個(gè)Node，上報(bào)12字節(jié)數(shù)據(jù)（溫度，濕度，露點(diǎn)；每個(gè)4字節(jié)，為float類型）。 細(xì)心地觀察會(huì)發(fā)現(xiàn)，一個(gè)Node，每隔35秒才更新一次數(shù)據(jù)。這是SX1278網(wǎng)關(guān)的局限性，因?yàn)槭菃涡诺溃琋ode只能分時(shí)隙使用帶寬，因此，一個(gè)節(jié)點(diǎn)上報(bào)的延時(shí)，會(huì)隨節(jié)點(diǎn)數(shù)目線性增長。 這個(gè)SX1278網(wǎng)關(guān)的吞吐量為：(7x 12 x 8)b / 35s = 19bps 實(shí)測2：http://lorawan.timeddd.com/demo.aspx 這是一個(gè)SX1301的LoRaWAN網(wǎng)關(guān)，基于FDMA（頻分復(fù)用）方式組網(wǎng)，共12個(gè)Node，上報(bào)12字節(jié)數(shù)據(jù)（溫度，濕度，露點(diǎn)；每個(gè)4字節(jié)，為float類型）。 細(xì)心地觀察會(huì)發(fā)現(xiàn)，一個(gè)Node，每隔5秒左右更新一次數(shù)據(jù)。這是因?yàn)镾X1301有8通道，允許多個(gè)Node同時(shí)上報(bào)；當(dāng)然，當(dāng)Node隨機(jī)選擇信道時(shí)，可能因碰撞而失敗，成功上報(bào)概率約為0.9。 這個(gè)SX1301網(wǎng)關(guān)的吞吐量為：(12x 12 x 8)b / 5s * 0.9 = 207bps 拿上述2種網(wǎng)關(guān)的吞吐量比較：207 /19 = 10.8（倍），為什么沒有達(dá)到理論上的18.6倍呢？因?yàn)榛赟X1301網(wǎng)關(guān)的12個(gè)Node，放置在一起，沒有使用ADR技術(shù)，并且使用了最低的速率（SF12=293bps）。 |
