Tabla de contenido
A través de pruebas de manejo, este artículo ilustra la influencia de diferentes condiciones de ganancia de los nodos LoRa en la tasa de pérdida de paquetes a diferentes distancias de comunicación, lo que afecta la cobertura LoRaWAN de la puerta de enlace RAK7249 en un entorno urbano. La ruta de conducción tiene una longitud aproximada de 25 km. Esta prueba se llevó a cabo en un entorno de prueba mixto de espacio vial urbano, áreas cercanas a grandes masas de agua y áreas cercanas a vegetación y edificios altos. En este escenario, las características de propagación varían mucho y pueden cubrir aplicaciones en diferentes escenarios (nivel de servicio y nivel de no servicio).
1. Condiciones de prueba
1. Puerta de enlace
Puerta de enlace LoRaWAN: puerta de enlace exterior RAK7249;
Ubicación de la ubicación de la puerta de enlace: ubicada en la parte superior del edificio en la cima de la colina;
Altitud: Aproximadamente 500 metros más alta que la carretera en la que se realiza el examen de manejo;
Antena utilizada por la puerta de enlace: Antena LoRa de plástico reforzado con fibra de vidrio RAK 5.8dBi.
Los parámetros detallados de la puerta de enlace se muestran en la Figura 1.
2. Nodo
Como se muestra en la Tabla 1, hay un total de 4 nodos, incluidos 2 nodos de banda de frecuencia EU868 y 2 nodos de banda de frecuencia CN470.
Nodos en la banda de frecuencia EU868: uno con antena de 3dBi y el otro con antena de 0dBi (la ganancia de la antena es muy baja, casi insignificante); el nodo en la banda de frecuencia CN470: uno con antena de 3dBi, el otro con antena de 0dBi (antena El la ganancia es muy baja, casi insignificante).
|
|
Nodo 1 |
Nodo 2 |
Nodo 3 |
Nodo 4 |
| Banda de frecuencia |
EU868 (868,3 MHz) |
CN470 (487,3 MHz) |
||
| Ganar |
3dBi |
0dBi |
3dBi |
0dBi |
| Poder TX |
17/23 dBm |
17/23 dBm |
17/23 dBm |
17/23 dBm |
| Altitud |
~ 20 - 50 m |
~ 20 - 50 m |
~ 20 - 50 m |
~ 20 - 50 m |
Tabla 1 Parámetros específicos de los nodos LoRa
Modo de trabajo de nodo: todos los nodos utilizan la Clase A y envían mensajes de 15 bytes cada 60 segundos aproximadamente.
El nodo adopta el módulo de seguimiento LoRaWAN RAK5205, junto con una carcasa impermeable al aire libre, la forma se muestra en la Figura 2.
Los nodos utilizan antenas de 3dBi o antenas de 0dBi.
Como se muestra en la Figura 3, el método de fijación del nodo es que el nodo se instala en la parte superior y se prueba en un vehículo parado (el movimiento del vehículo no reducirá el rendimiento del nodo).
3. Mapa de prueba real
El sitio de prueba real está en Beijing. La puerta de enlace LoRaWAN se coloca en el Parque Forestal Nacional de Mangshan. Los vehículos que llevan los nodos de LoRa viajan desde la ciudad de Nanshao en el distrito de Changping hasta la ciudad de Huilongguan. La ruta de conducción específica se muestra en la Figura 4.
2. Resultados de la prueba
1. Banda de frecuencia EU868 ( nodo 1 y nodo 2 )
Los principales parámetros durante la prueba son los siguientes:
Factor de dispersión: de SF7 a SF12
Distancia de prueba: 7 km, 10 km, 14 km y 20 km
Potencia Tx de nodo: 17dBm, 23dBm
Para el nodo 1 y el nodo 2 (banda de frecuencia EU868), los resultados de la prueba se muestran en la Tabla 2:
| Nodo 1 |
||||||
| distancia |
Tasa (SF) |
Poder TX |
Tasa de pérdida de paquetes |
RSSI AVG |
SNR AVG |
Ganancia de la antena |
| 7 kilómetros |
SF12 |
17 dBm |
0% |
-94,5 dBm |
8.5 |
3 dBm |
| SF7 |
17 dBm |
0% |
-94,9 dBm |
9.3 |
3 dBm |
|
| 10 kilometros |
SF12 |
17 dBm |
0% |
-96,6 dBm |
5,0 |
3 dBm |
| SF7 |
17 dBm |
0% |
-99,0 dBm |
4,7 |
3 dBm |
|
| 14 kilometros |
SF7 |
17 dBm |
0% |
-107,6 dBm |
-3,1 |
3 dBm |
| 20 kilometros |
SF12 |
17 dBm |
0% |
-112,1 dBm |
-11,6 |
3 dBm |
| Nodo 2 |
||||||
| 20 kilometros |
SF12 |
17 dBm |
75% |
-113 dBm |
-16,5 |
1,5 dBm |
Tabla 2 Resultados de la prueba del nodo 1 y del nodo 2 cuando la potencia de TX es de 17dBm
Como era de esperar, a medida que aumenta la distancia, el RSSI disminuye y la relación señal-ruido SNR se vuelve negativa. Finalmente, la tasa debe cambiarse de SF7 a SF12 para recibir paquetes de datos con éxito en una ubicación más alejada de la puerta de enlace.
Usando una antena de 3dBi, todavía tenemos un 0% de pérdida de paquetes de datos a 20 kilómetros de la puerta de enlace. La antena de 0dBi tiene una tasa de pérdida de paquetes del 75%, lo cual es inaceptable.
Se puede ver que para los nodos LoRa, la distancia de comunicación con mayor ganancia será mayor .
Sin embargo, cabe señalar que en aplicaciones prácticas, la densidad de dispositivos desplegados puede ser mayor.Cuando los dispositivos desplegados son más densos , si los nodos LoRa utilizan antenas con grandes ganancias , pueden interferir entre sí .
Por supuesto, cuando se aumenta la potencia de TX de 17 dBm a 23 dBm, como se muestra en la Tabla 3, hemos obtenido resultados similares a los de la Tabla 2. Sin embargo, debido al aumento de potencia, el efecto de la señal es mejor.
| Nodo 1 |
||||||
| distancia |
Tasa (SF) |
Poder TX |
Tasa de pérdida de paquetes |
RSSI AVG |
SNR AVG |
Ganancia de la antena |
| 7 kilómetros |
SF12 |
23 dBm |
0% |
-92,3 dBm |
10,7 |
3 dBm |
| SF7 |
23 dBm |
0% |
-92,7 dBm |
11,0 |
3 dBm |
|
| 10 kilometros |
SF12 |
23 dBm |
0% |
-98,6 dBm |
7.0 |
3 dBm |
| SF7 |
23 dBm |
0% |
-99,0 dBm |
6,9 |
3 dBm |
|
| 14 kilometros |
SF7 |
23 dBm |
0% |
-108,5 dBm |
-4,2 |
3 dBm |
| 20 kilometros |
SF12 |
23 dBm |
0% |
-113,3 dBm |
-9,9 |
3 dBm |
| Nodo 2 |
||||||
| 20 kilometros |
SF12 |
23 dBm |
sesenta y cinco% |
-113,0 dBm |
-15,6 |
1,5 dBm |
Tabla 3 Resultados de la prueba del nodo 1 y del nodo 2 cuando la potencia de TX es de 23dBm
2. Banda de frecuencia CN470 (nodo 3 y nodo 4)
Los principales parámetros durante la prueba son los siguientes:
Factor de dispersión: de SF7 a SF12
Distancia de prueba: 7 km, 10 km y 22 km
Potencia Tx de nodo: 17dBm, 23dBm
Para el nodo 3 y el nodo 4 (banda de frecuencia CN470), los resultados de la prueba se muestran en la siguiente tabla:
| Nodo 3 |
||||||
| distancia |
Tasa (SF) |
Poder TX |
Tasa de pérdida de paquetes |
RSSI AVG |
SNR AVG |
Ganancia de la antena |
| 7 kilómetros |
SF12 |
17 dBm |
0% |
-85,1 dBm |
9.5 |
3 dBm |
| SF7 |
17 dBm |
0% |
-90,9 dBm |
8.1 |
3 dBm |
|
| 10 kilometros |
SF12 |
17 dBm |
0% |
-88,6 dBm |
9.2 |
3 dBm |
| SF7 |
17 dBm |
0% |
-91,0 dBm |
8.7 |
3 dBm |
|
| Nodo 4 |
||||||
| 22 kilometros |
SF7 |
17 dBm |
0% |
-119,8 dBm |
-4,8 |
1,5 dBm |
Tabla 4 Resultados de la prueba del nodo 3 y del nodo 4 cuando la potencia de TX es de 17 dBm
| Nodo 3 |
||||||
| distancia |
Tasa (SF) |
Poder TX |
Tasa de pérdida de paquetes |
RSSI AVG |
SNR AVG |
Ganancia de la antena |
| 7 kilómetros |
SF12 |
23 dBm |
0% |
-80,5 dBm |
19,6 |
3 dBm |
| SF7 |
23 dBm |
0% |
-78,6 dBm |
20,5 |
3 dBm |
|
| 10 kilometros |
SF12 |
23 dBm |
0% |
-88,6 dBm |
15,4 |
3 dBm |
| SF7 |
23 dBm |
0% |
-91,5 dBm |
14,1 |
3 dBm |
|
| Nodo 4 |
||||||
| 22 kilometros |
SF7 |
23 dBm |
0% |
-119,2 dBm |
-5,0 |
1,5 dBm |
Tabla 5 Resultados de la prueba del nodo 3 y el nodo 4 cuando la potencia de TX es de 23 dBm
El resultado de la prueba de la banda de frecuencia CN470 y el resultado de la prueba de la banda de frecuencia EU868 tienen la misma tendencia. La única excepción notable es que a 22 km, el nodo 3 y el nodo 4 no tienen problemas al recibir paquetes de datos (en el peor de los casos, cuando Tx @ 17dbm, la tasa de pérdida de paquetes del nodo 4 es del 1%). Para SF7.
Tres, resumen
Cuando el nodo LoRa usa una antena con suficiente ganancia, la puerta de enlace LoRaWAN puede cubrir un alcance de> 20 km incluso en una ciudad .
Al implementar, debe tenerse en cuenta que cuando el nodo LoRa tiene una ganancia de 0, la tasa de pérdida de paquetes será inaceptable cuando la distancia sea relativamente larga.
Sin embargo, si la densidad del nodo desplegado es alta, puede causar interferencia mutua. Por lo tanto, el nodo LoRa debe estar equipado con antenas de alta ganancia tanto como sea posible bajo la premisa de una consideración integral de la densidad del nodo. Esto puede reducir la pérdida de paquetes Califique y mejore el rendimiento real de la puerta de enlace LoRaWAN. Área cubierta.