Zur Berechnung der Netzwerkkapazität von LoRaWAN müssen verschiedene technische Faktoren berücksichtigt werden, darunter Kanalbandbreite, Spreizfaktor (SF), Datenrate, Nachrichtengröße, Auslastungsgrenzen, Anzahl der Gateways und die Sendefrequenz der Geräte. Nachfolgend finden Sie eine detaillierte Schritt-für-Schritt-Anleitung zur Abschätzung. LoRaWAN-Netzwerkkapazität:

1) Schlüsselparameter identifizieren

• Bandbreite (BW): Typischerweise 125 kHz.
• Spreizfaktor (SF): LoRaWAN unterstützt SF7 bis SF12, wobei höhere SF-Werte niedrigere Datenraten und längere Übertragungszeiten bedeuten.
• Datenrate (DR): Wird durch die Bandbreite und den SF bestimmt; unterschiedliche DR-Werte führen zu unterschiedlichen Übertragungszeiten.
• Nutzlastgröße: Üblicherweise wird in Bytes gemessen, hier gehen wir von 12 Bytes aus.
• Nachrichtenübertragungsfrequenz: Angenommen, jedes Gerät sendet 10 Nachrichten pro Tag.
• Begrenzung des Arbeitszyklus: Angenommen, es gilt 1% (eine typische Beschränkung in Europa).
• Anzahl der Kanäle: Angenommen, es sind 8 Kanäle.
• Anzahl der Geräte: Dies ist der Parameter, den wir schätzen müssen.

2) Berechnen Sie die Übertragungszeit für eine einzelne Nachricht

Verwenden Sie die folgende Formel, um die Sendezeit einer einzelnen LoRa-Nachricht zu berechnen:
[T_Nachricht = Symbolzeit × (Nutzlastsymbole + Präambellänge)]
Dabei hängt die Symbolzeit von SF und BW ab, und die Nutzlastsymbole hängen von der Nutzlastgröße und der Codierungsrate (CR) ab.

• Symbolzeit = (2^SF/BW)
• Nutzlastsymbole hängen von CR und der Nutzlastgröße ab.

Bei einer Bandbreite von 125 kHz und SF12 kann das Senden einer 12-Byte-Nachricht beispielsweise etwa 1,5 Sekunden dauern (dies ist eine Näherung; genaue Werte können mit speziellen Tools berechnet werden).

Eine einfache Möglichkeit, diese Zahl zu berechnen, bietet das untenstehende Tool.

https://www.semtech.com/design-support/lora-calculator

3) Berechnen Sie die maximale Anzahl an Nachrichten pro Kanal.

Unter der Annahme, dass der Kanal mit maximalem Tastverhältnis arbeitet:

[N_{max pro Kanal} =T_verfügbar/T_Nachricht]

Wo befindet sich die insgesamt verfügbare Zeit pro Tag (typischerweise 24 Stunden multipliziert mit 3600 Sekunden) und die Belastungsgrenze (z. B. 1%)?.

4) Berechnen Sie die maximale Anzahl an Nachrichten pro Gateway.

Wenn es 8 Kanäle gibt:

[N_{max pro Gateway} = N_{max pro Kanal} × 8]

5) Schätzen Sie die maximale Anzahl der Geräte

Unter der Annahme, dass jedes Gerät 10 Nachrichten pro Tag sendet:

[N_Geräte = N_{max pro Gateway}/Tägliche Nachrichten pro Gerät]

6) Abschätzung der endgültigen Netzwerkkapazität

Anhand der oben genannten Schritte lässt sich die theoretische Maximalkapazität eines LoRaWAN-Netzwerks abschätzen. Die tatsächliche Kapazität ist jedoch in der Praxis aufgrund von Faktoren wie Geräteverteilung, Signalstörungen, Paketkonflikten und Übertragungsfehlerraten typischerweise geringer. So kann die tatsächliche Kapazität eines 8-Kanal-Gateways beispielsweise zwischen einigen Tausend und Zehntausenden von Geräten liegen.

Beispiel:

• Wenn die Übertragungszeit (T_”msg” ) für eine einzelne Nachricht 1,5 Sekunden beträgt und der Arbeitszyklus 1% ist, dann kann ein Kanal ungefähr 576 Nachrichten pro Tag verarbeiten.
• Über 8 Kanäle hinweg sind das insgesamt rund 4608 Nachrichten pro Tag.
• Wenn jedes Gerät 10 Nachrichten pro Tag sendet, kann das Gateway etwa 460 Geräte unterstützen. Wir empfehlen, ca. 151 TP3T der Gesamtkapazität des Gateways zu nutzen, um wiederholte Paketkonflikte und -verluste zu vermeiden.

Diese Berechnungsmethode kann auf verschiedene LoRaWAN-Einsatzszenarien angewendet werden, wobei die spezifischen Werte je nach Netzwerkkonfiguration und Umgebungsbedingungen variieren. Bitte kontaktiere uns um das “Tool zur Bewertung der Netzwerkkapazität von 8-Kanal-LoRaWAN-Netzwerken”

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