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1.吞吐量，LoRa網關的重要性能 從廣義上講，網關是連接2個不同網絡的設備。如果一個設備，它能將LoRa無線網絡和Internet連接起來，它就是一個LoRa網關。 目前，大部分的LoRa網關采用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SX1276/8有些行業朋友認為，SX1301有8通道，每個通道可以接收6個正交（速率不同，互不干擾）LoRa信號，那么，SX1301 = 8 x 6 = 48個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能同時解調的LoRa數據包不超過8個。 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，請接著看下面的解釋。看到下面SX1301的框架圖，很快會得到2個啟發： 1）它只有8路LoRa解調器，這才是真正的瓶頸！那怕一個通道（IF0～IF7）接收了6個正交數據包，解調器也只負責處理其中一個。 2）當一個通道接收LoRa信號后，會啟動3個工作進程：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？這個優先級包括：接收數據包的速率，信道（IF0～IF7），射頻通道（即，2個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的優先級，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勢----制定游戲規則，限定玩家的范圍。 那么，SX1301是否等于8個SX1276/8呢？也不正確！因為，這忽略了SX1301的ADR技術。 ADR（Adaptive Data Rate，速率自適應），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，Node將采用低速率。這可以有效地提高網絡吞吐量。 SX1301的ADR技術能提高吞吐量，要準確計算性能的提升卻比較難，因為，它依賴實際網絡中節點的物理位置分布。 因為LoRa的長距離優勢，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，我們提出數學統計模型。設網絡節點的位置呈正態分布（這是最符合工程實施的概率分布）。如下圖所示：68.2%屬于常態，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：運用ADR的SX1301吞吐量相當于(8 x 232.6%) = 18.6 個SX1276/8 5.實測數據平臺以上都屬于理論的推導，接下來，我們一起看2個實測平臺。 實測1：http://rimelink.timeddd.com/st/STS.aspx?id=66 這是一個SX1278的LoRa網關，基于TDMA（時分復用）方式組網，共7個Node，上報12字節數據（溫度，濕度，露點；每個4字節，為float類型）。 細心地觀察會發現，一個Node，每隔35秒才更新一次數據。這是SX1278網關的局限性，因為是單信道，Node只能分時隙使用帶寬，因此，一個節點上報的延時，會隨節點數目線性增長。 這個SX1278網關的吞吐量為：(7x 12 x 8)b / 35s = 19bps 實測2：http://lorawan.timeddd.com/demo.aspx 這是一個SX1301的LoRaWAN網關，基于FDMA（頻分復用）方式組網，共12個Node，上報12字節數據（溫度，濕度，露點；每個4字節，為float類型）。 細心地觀察會發現，一個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Node同時上報；當然，當Node隨機選擇信道時，可能因碰撞而失敗，成功上報概率約為0.9。 這個SX1301網關的吞吐量為：(12x 12 x 8)b / 5s * 0.9 = 207bps 拿上述2種網關的吞吐量比較：207 /19 = 10.8（倍），為什么沒有達到理論上的18.6倍呢？因為基于SX1301網關的12個Node，放置在一起，沒有使用ADR技術，并且使用了最低的速率（SF12=293bps）。 |
