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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 )的設備。如果一個(gè)設備，它能將LoRa無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )和Internet連接起來(lái)，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(lái)探討。 2.誤解1：SX1301=48個(gè)SX1276/8有些行業(yè)朋友認為，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，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(shuō)明：SX1301能同時(shí)解調的LoRa數據包不超過(guò)8個(gè)。 如果您只需要知道結果，看完上面的數字----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(zhù)看下面的解釋�？吹较旅鍿X1301的框架圖，很快會(huì )得到2個(gè)啟發(fā)： 1）它只有8路LoRa解調器，這才是真正的瓶頸！那怕一個(gè)通道（IF0～IF7）接收了6個(gè)正交數據包，解調器也只負責處理其中一個(gè)。 2）當一個(gè)通道接收LoRa信號后，會(huì )啟動(dòng)3個(gè)工作進(jìn)程：數據包仲裁MCU，分配解調器給“合適”的LoRa通道；前導碼搜索引擎，查找一個(gè)LoRa數據包的起始信號；LoRa解調器，解析該LoRa數據包。 剛才談到：數據包仲裁MCU，分配解調器給“合適”的LoRa通道。那么，什么才是合適呢？這個(gè)優(yōu)先級包括：接收數據包的速率，信道（IF0～IF7），射頻通道（即，2個(gè)SX1255/7，分別對應Radio A和B），接收數據包的信號強度。 數據包仲裁MCU的優(yōu)先級，是由Semtech的固件決定的，用戶(hù)無(wú)法更改。這也是芯片廠(chǎng)商的天生優(yōu)勢----制定游戲規則，限定玩家的范圍。 那么，SX1301是否等于8個(gè)SX1276/8呢？也不正確！因為，這忽略了SX1301的ADR技術(shù)。 ADR（Adaptive Data Rate，速率自適應），如下圖所示，依賴(lài)Node和SX1301-Gateway的距離：越近，Node將采用高速率；越遠，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，要準確計算性能的提升卻比較難，因為，它依賴(lài)實(shí)際網(wǎng)絡(luò )中節點(diǎn)的物理位置分布。 因為L(cháng)oRa的長(cháng)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，我們提出數學(xué)統計模型。設網(wǎng)絡(luò )節點(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(lái)，ADR提高吞吐量為：68.2%x 1 + 27.2% x 3 + 4.6% x 18 = 232.6% 小結：運用ADR的SX1301吞吐量相當于(8 x 232.6%) = 18.6 個(gè)SX1276/8 5.實(shí)測數據平臺以上都屬于理論的推導，接下來(lái)，我們一起看2個(gè)實(shí)測平臺。 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)分復用）方式組網(wǎng)，共7個(gè)Node，上報12字節數據（溫度，濕度，露點(diǎn)；每個(gè)4字節，為float類(lèi)型）。 細心地觀(guān)察會(huì )發(fā)現，一個(gè)Node，每隔35秒才更新一次數據。這是SX1278網(wǎng)關(guān)的局限性，因為是單信道，Node只能分時(shí)隙使用帶寬，因此，一個(gè)節點(diǎn)上報的延時(shí)，會(huì )隨節點(diǎn)數目線(xiàn)性增長(cháng)。 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（頻分復用）方式組網(wǎng)，共12個(gè)Node，上報12字節數據（溫度，濕度，露點(diǎn)；每個(gè)4字節，為float類(lèi)型）。 細心地觀(guān)察會(huì )發(fā)現，一個(gè)Node，每隔5秒左右更新一次數據。這是因為SX1301有8通道，允許多個(gè)Node同時(shí)上報；當然，當Node隨機選擇信道時(shí)，可能因碰撞而失敗，成功上報概率約為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(méi)有達到理論上的18.6倍呢？因為基于SX1301網(wǎng)關(guān)的12個(gè)Node，放置在一起，沒(méi)有使用ADR技術(shù)，并且使用了最低的速率（SF12=293bps）。 |
