LoRaWAN 網(wǎng)絡(luò)是典型的星型架構(gòu)網(wǎng)絡(luò),但單節(jié)點(diǎn)的廣播數(shù)據(jù)也可以同時(shí)被多個(gè)網(wǎng)關(guān)收到并同時(shí)上報(bào)NS服務(wù)器,對于此消息有下行需求時(shí),需要通過NS服務(wù)器的下行網(wǎng)關(guān)選擇算法,選擇合適網(wǎng)關(guān)進(jìn)行下行。
一個(gè)健全的算法需要考慮到不同網(wǎng)關(guān)的網(wǎng)絡(luò)延時(shí)、空口負(fù)載、信號質(zhì)量及任務(wù)隊(duì)列選擇最優(yōu)網(wǎng)關(guān)進(jìn)行下行,確保下行消息可靠送達(dá)并使整體網(wǎng)絡(luò)負(fù)載趨于均衡。
利爾達(dá)的下行選擇算法也隨著NS服務(wù)器的更新在不斷迭代升級,下面對兩種常用的算法進(jìn)行分析描述,并與利爾達(dá)Unicore 3.0 LoRaWAN NS服務(wù)器的最新下行選擇算法進(jìn)行仿真比較,通過仿真一起看看各種算法在實(shí)際應(yīng)用場景中是如何表現(xiàn)的。
現(xiàn)有算法簡述
LoRaWAN的NS服務(wù)器中常用以下兩種下行選擇算法,原理簡介如下:
算法1:信號質(zhì)量優(yōu)先法
上行數(shù)據(jù)有下行需求時(shí),對所有收到該包數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)的接收信號質(zhì)量(RSSI或SNR)進(jìn)行比較,選擇上行信號質(zhì)量最佳的網(wǎng)關(guān)進(jìn)行下行。
算法2:影響因子得分加權(quán)法
下行數(shù)據(jù)前,根據(jù)四點(diǎn)影響因子(RSSI、SNR、網(wǎng)關(guān)網(wǎng)絡(luò)延遲、網(wǎng)關(guān)通信負(fù)載)對所有收到上行數(shù)據(jù)的網(wǎng)關(guān)進(jìn)行打分,所有影響因子數(shù)值與網(wǎng)關(guān)優(yōu)先度均呈負(fù)相關(guān),所以將所有影響因子歸一化后加權(quán)求和計(jì)算出網(wǎng)關(guān)得分,并選擇分?jǐn)?shù)最小的網(wǎng)關(guān)響應(yīng)下行任務(wù)。
應(yīng)用場景問題分析
在實(shí)際工程環(huán)境下,以上兩種下行選擇算法已經(jīng)暴露出一些問題,下面對一些已知問題進(jìn)行描述分析。
【上下鏈路不對等問題】
網(wǎng)關(guān)與節(jié)點(diǎn)使用的射頻基帶芯片不同(SX1301與SX1278/SX1276)決定了通信的上下行鏈路不會(huì)完全對等,網(wǎng)關(guān)側(cè)基帶芯片的接收靈敏度較高,且?guī)в蠰NA低噪聲放大器,可以解調(diào)更低信號強(qiáng)度與信噪比的LoRa數(shù)據(jù),因此為了保證網(wǎng)關(guān)收到上行后,下行的消息可被節(jié)點(diǎn)收到,網(wǎng)關(guān)的發(fā)射功率會(huì)大于節(jié)點(diǎn)以補(bǔ)償鏈路預(yù)算的差值。經(jīng)外場實(shí)驗(yàn)測試。節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率為19dBm時(shí),網(wǎng)關(guān)需要使用24dBm左右的發(fā)射功率才能保證上下行鏈路平衡。然而因?yàn)椴煌瑖覍γ赓M(fèi)頻段設(shè)備功率的限制,網(wǎng)關(guān)的發(fā)射功率很可能無法設(shè)定為24dBm。上下行鏈路不平衡會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的下行變得不可靠,帶來一些本可以避免的下行丟包。
下面以實(shí)際案例說明:
1、利爾達(dá)配合某客戶在某園區(qū)部署了深度覆蓋的LoRaWAN網(wǎng)絡(luò)以接入車位鎖、地磁、井蓋報(bào)警器等應(yīng)用,使用的是第三方的LoRaWAN NS 服務(wù)器。2平方公里左右的區(qū)域內(nèi)部署了5臺網(wǎng)關(guān)深度覆蓋地上地下所有應(yīng)用,然而在部署完成后的測試中缺頻繁出現(xiàn)確認(rèn)幀丟包的現(xiàn)象,排查后發(fā)現(xiàn)所有丟包都發(fā)生在下行鏈路,原因在于NS選擇了園區(qū)外較遠(yuǎn)處其他項(xiàng)目下的網(wǎng)關(guān)下行,而節(jié)點(diǎn)的上行可以到達(dá)該網(wǎng)關(guān),網(wǎng)關(guān)的下行節(jié)點(diǎn)缺收不到。
2、某路燈客戶也出現(xiàn)過類似現(xiàn)象,距離網(wǎng)關(guān)200m內(nèi)的節(jié)點(diǎn)卻收不到下行。原因在于NS選擇了極遠(yuǎn)處的一臺網(wǎng)關(guān)下行導(dǎo)致下行丟包。
以上都暴露出NS下行路徑選擇的問題,即使上下行鏈路不對等,算法需要保證不選擇信號極差的網(wǎng)關(guān)下行。使用算法二時(shí)面對該問題可能會(huì)無法有效地進(jìn)行處理
【負(fù)載問題】
1、某項(xiàng)目中接入了水表、電表、溫濕度、水浸報(bào)警等應(yīng)用,電表的485轉(zhuǎn)LoRaWAN設(shè)備集中安裝于高壓配電房內(nèi),數(shù)量大(幾百只)且上報(bào)頻次高(unconfirm幀5min周期),配電房附近部署了一臺網(wǎng)關(guān)以保障配電房內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)覆蓋。而附近的水浸報(bào)警器使用Confirm幀通信并且在各類設(shè)備首次安裝或集體斷電時(shí),該網(wǎng)關(guān)也需要響應(yīng)大量JoinAccpet的下行請求。
配電房附近的這臺網(wǎng)關(guān)因?yàn)樯闲胸?fù)載極大,若也被分配到較多附近節(jié)點(diǎn)的下行請求,由于網(wǎng)關(guān)是半雙工,在下行時(shí)勢必會(huì)導(dǎo)致一定數(shù)量上行數(shù)據(jù)包的丟失。而若選擇其他稍遠(yuǎn)處空閑網(wǎng)關(guān)下行,則可以避免該問題。使用算法一時(shí)無法做到負(fù)載均衡。
那么如何解決呢?我們下期再進(jìn)行詳細(xì)分析,敬請關(guān)注。
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