LW470-E01通信问题及部署建议

RF_002

　　背景

　　实际部署条件：60s采集100个节点的数据，也就是说在一分钟内NS要收到100个节点上报的数据

　　测试条件：使用6个节点进行模拟，100ms监测一次busy引脚状态，空闲后延时20ms发数据，上行数据使用非确认帧，关闭ADR，SF=7。

　　测试出现的问题：
　　1. busy引脚大概4s左右空闲，连续发包，会出现10%的丢包率，分析丢包率的原因
　　2. 使用确认帧的情况下，busy引脚空闲会比较快，为什么？
　　3. 如何保证100个节点的数据在60s能上报完成？

　　过程

　　一、丢包率原因
　　（1）关闭ADR：设备不会自行调节SF，每个设备都使用固定的SF去发数据，同一个信道是无法接收两个一样SF的数据包的
　　（2）如果开了确认包，网关是半双工的情况下，下行的时候是无法接收数据的
　　（3）6个节点发送数据的频率选择本身也是随机的，也会存在碰撞的可能
　　（4）多个节点的引脚状态如果都空闲，那么发送数据的时间可能会碰撞
　　（5）受到环境影响或外部干扰产生的丢包

　　二、使用确认帧为什么空闲的比较快

　　Class A的设备每次上行后都会紧跟两个短暂的下行接收窗口，RX1一般是在上行后1s开始，RX2是在上行后2s开始。如果在任何一个接收窗口中检测到前导码，终端设备需要继续激活，直到整个下行帧都解调完毕。如果在RX1检测到数据帧，且这个数据帧的地址和MIC校验通过确认是给这个终端的，那么终端就不必开启第二个接收窗口，因为在使用确认帧的模式下，RX1如果接收到数据，就不会开启RX2了。非确认帧模式下，两个接收窗口都没接收到数据一个上行才算结束。

　　三、如何保证100个节点的数据在60s能上报完成？

　　前面讲到，数据丢包的原因可能在于碰撞，那么我们要解决的就是如何避免碰撞

　　1、8个节点为一组，非确认帧，每个节点固定使用一个信道。那么组内8个设备频点不同就可以同时上报。这样就相当于60s 12组设备上报。相当于是把网关的8个通道让节点使用的更加均匀一点了，但会出现如果真的某个频点出现干扰，长时间没数据的情况。

　　2、LoRaWAN的冲突处理机制一般就是靠随机延时来错峰发送，完全避免碰撞是不可能的，只能尽可能让数据分散开，减小碰撞概率。那么这里有两种方法可以考虑

　　2.1 入网延时+通信延时

　　（1）入网延时
　　入网时就开始增加随机延时，假如一个节点入网需要5s，网关为8通道，那么在理想情况下（即100个节点按序入网，100%信道利用率），入网所需时间为62.5s，但实际效率是理想的15%-20%，那么如果在入网阶段增加随机延时，这个延时时间就可以设置在0-312s，即0-5分钟内。

　　（2）数据通信前的延时
　　为了数据发送时间能够在错开，还可以设置常规上报数据包前的延时，按照客户的模组使用的速率和数据长度，SF=7, 192个字节，那么TOA的时间差不多就是307ms，那么这时候的随机时延至少应该大于TOA的时间

　　2.2 通信延时

　　考虑到一般来说入网是一个必要过程，且是一次性过程，因此排除入网阶段，假设所有的节点都已正常入网要开始发数据了，由于60s内需采集完100个节点的数据，那么可以设置每个节点通信前进行0-60s的随机毫秒级延时，错开100个节点的数据发送时间，这样100个节点的数据就可以在60s内发送完成

　　2.3 一些通用建议
　　（1）重要的信息如触发类的告警信息，可采用确认帧，同时开启失败重传。
　　（2）心跳类的定时上报，采用非确认帧，一般这类数据占大多数。

　　2.4 关于CSMA

　　CSMA：CarrierSenseMultipleAccess，载波监听多路访问技术，简单来说就是发数据之前先检测信道，如果信道空闲，就发数据，如果信道占用，随机退让一段时间再检测

　　有人会考虑，既然数据包碰撞了，那我能否通过开启模组的CSMA来避免？

　　首先模组支持CSMA功能，可以通过AT指令配置开启但是开启后，可能影响数据发送的时效性，因此建议格局实际使用场景来决定

　　四、参数计算

　　1、LoRaWAN TOA(Time On Air)即空中传输时间计算

　　可使用LoRa计算器（见附件），标准LoRaWAN的配置前导码等于8，显示头模式，开启CRC校验

　　以SF=7，数据长度192字节为例, TOA为307ms

　　ps：顺便提供一个LoRaWAN在线计算工具Air time calculator | LoRaTools

　　2、LoRaWAN网络容量简易计算

　　根据上面计算的TOA，输入到表格中计算网络容量

　　简单来看在非确认帧模式下

　　单通道的计算公式为：S=F*0.18/TOA，其中F为上报周期，0.18即18%，为LoRa的信道利用率

　　LoRaWAN网络容量计算

　　3、根据客户部署情况计算信道占用率

　　以单个数据包SF7，192个字节，60s内采集100个节点的数据为例：

　　单个数据包的TOA为307ms，100个节点八通道的情况下，通道占用时间大概为4.7秒，总共60s的时间，信道占用率大概在12.8%（（0.307*100*2）/（60*8））左右（数据量比较多的情况下，信道利用率大概在15%-20%之前，如果超过这个范围，数据碰撞丢包就会比较严重）