ข้ามไปที่เนื้อหา
สารบัญ

ปัจจัยใดบ้างที่ส่งผลต่อระยะ LoRaWAN ใน IoT

ปัจจัยใดบ้างที่ส่งผลต่อระยะ LoRaWAN ใน IoT

สารบัญ
ปัจจัยที่มีผลต่อระยะ LoRaWAN ใน IoT
ปัจจัยที่มีผลต่อระยะ LoRaWAN ใน IoT

การแนะนำ

โลราวัน เทคโนโลยี (เครือข่ายระยะไกลและกว้าง) ได้ปฏิวัติวงการอินเทอร์เน็ตของสรรพสิ่ง (IoT) ด้วยการเชื่อมต่ออุปกรณ์ในระยะไกลโดยไม่ต้องใช้พลังงานมาก นวัตกรรมที่ก้าวล้ำนี้ได้ขับเคลื่อนความก้าวหน้าในหลายภาคส่วน เช่น เมืองอัจฉริยะ เกษตรกรรม การจัดการห่วงโซ่อุปทาน และการตรวจสอบสิ่งแวดล้อม

การทำความเข้าใจว่าปัจจัยต่างๆ มีอิทธิพลต่อช่วงของอย่างไร โลราวัน เป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งสำหรับการวางแผนเครือข่าย การขยายเครือข่าย และการเพิ่มประสิทธิภาพการทำงาน ทำให้เป็นหัวข้อที่ได้รับความสนใจอย่างมากทั้งในด้านเทคนิคและเชิงพาณิชย์.

ความสามารถในการเพิ่มขอบเขตให้สูงสุด โลราวัน เครือข่ายไร้สายช่วยให้สามารถติดตั้งเครือข่ายเซ็นเซอร์ไร้สายในพื้นที่ทางภูมิศาสตร์ที่กว้างใหญ่ ซึ่งเป็นสิ่งที่ครั้งหนึ่งเคยเป็นไปไม่ได้ทั้งในด้านการเงินและโลจิสติกส์ อย่างไรก็ตาม การบรรลุการครอบคลุมที่กว้างขวางเช่นนี้ก็ไม่ใช่เรื่องง่าย ระยะของ... โลราวัน เครือข่ายอยู่ภายใต้อิทธิพลหลายประการที่มาจากข้อกำหนดทางเทคนิค สภาพแวดล้อม ขอบเขตทางกฎหมาย และลักษณะเฉพาะของการแพร่กระจายคลื่นความถี่วิทยุ.

บทความนี้มีจุดมุ่งหมายเพื่อเจาะลึกถึงปัจจัยมากมายที่ส่งผลต่อช่วงของ โลราวัน บทความนี้จะสำรวจพื้นฐานทางเทคนิคของโปรโตคอล ปฏิสัมพันธ์ของพารามิเตอร์สิ่งแวดล้อมต่างๆ ความสำคัญของโครงสร้างเครือข่าย และข้อจำกัดที่เกิดจากการปฏิบัติตามกรอบกฎระเบียบ ผ่านการตรวจสอบอย่างละเอียดถี่ถ้วนนี้ เราจะช่วยให้ผู้อ่านมีความเข้าใจอย่างครอบคลุมเกี่ยวกับปัจจัยกำหนดต่างๆ ของเครือข่าย โลราวัน ขอบเขตที่ครอบคลุม ซึ่งได้รับการสนับสนุนด้วยกรณีศึกษาและการประยุกต์ใช้ในโลกแห่งความเป็นจริง.

ทำความเข้าใจ LoRaWAN

ก่อนที่จะเจาะลึกถึงปัจจัยต่างๆ ที่มีอิทธิพลต่อช่วงของ... โลราวัน เนื่องจากเทคโนโลยีเครือข่ายนั้นจำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องเข้าใจลักษณะพื้นฐานของเทคโนโลยีนี้และหลักการเบื้องหลังการทำงานของมัน. โลราวัน ยืนอยู่ ณ จุดตัดขององค์ประกอบสำคัญสองอย่าง ได้แก่ LoRa ซึ่งเป็นชั้นทางกายภาพหรือเทคนิคการมอดูเลชั่นที่เข้ารหัสข้อมูลลงในคลื่นวิทยุ และ โลราวัน, โปรโตคอลเครือข่ายที่กำหนดสถาปัตยกรรมของระบบและโปรโตคอลการสื่อสาร.

  1. LoRa: ชั้นกายภาพ
    LoRa มาจากคำว่า “Long Range” และเป็นเทคนิคการมอดูเลตแบบกระจายสเปกตรัมที่ใช้เทคโนโลยี Chirp Spread Spectrum (CSS) วิธีการนี้เป็นที่รู้จักในการรักษาการสื่อสารในระยะทางไกล ให้ระยะครอบคลุมหลายกิโลเมตรในพื้นที่เปิดโล่งในชนบท ประโยชน์หลักประการหนึ่งของการมอดูเลต LoRa คือความทนทานต่อสัญญาณรบกวนและใช้พลังงานต่ำ ช่วยให้อุปกรณ์ที่ใช้แบตเตอรี่สามารถใช้งานได้นานหลายปีโดยไม่ต้องชาร์จใหม่
  2. โลราวัน: โปรโตคอลเครือข่าย
    โลราวัน กำหนดโปรโตคอลการสื่อสารและสถาปัตยกรรมระบบสำหรับเครือข่ายโดยใช้เลเยอร์ทางกายภาพของ LoRa เป็นโปรโตคอลเลเยอร์ควบคุมการเข้าถึงสื่อ (MAC) ที่รักษาความสมบูรณ์และความปลอดภัยของเครือข่าย. โลราวัน ช่วยให้สามารถสื่อสารแบบสองทิศทาง ซึ่งเป็นคุณสมบัติที่สำคัญสำหรับอุปกรณ์ IoT ที่ต้องการส่งข้อมูล (เช่น ค่าที่อ่านได้จากเซ็นเซอร์) และรับคำสั่ง (เช่น ข้อความควบคุมแอคทูเอเตอร์).

ยังไง โลราวัน ผลงาน

  • โลราวัน ช่วยให้อุปกรณ์ต่างๆ สามารถสื่อสารกับแอปพลิเคชันที่เชื่อมต่ออินเทอร์เน็ตผ่านการเชื่อมต่อไร้สายระยะไกลได้ โดยทั่วไปแล้ว สถาปัตยกรรมเครือข่ายจะจัดวางในรูปแบบโทโพโลยีแบบดาว ซึ่งอุปกรณ์ปลายทางจะใช้การสื่อสารไร้สายแบบฮอปเดียวไปยังอุปกรณ์หนึ่งตัวหรือหลายตัว โลราวัน เกตเวย์ทั้งหมดเชื่อมต่อกับเซิร์ฟเวอร์เครือข่ายส่วนกลาง
  • เทคโนโลยีนี้ทำงานในย่านความถี่ ISM (Industrial, Scientific, and Medical) ที่ไม่ต้องขออนุญาต ซึ่งแตกต่างกันไปตามภูมิภาค (เช่น 868 MHz ในยุโรป 915 MHz ในอเมริกาเหนือ). โลราวัน เครือข่ายสามารถรองรับข้อความได้หลายล้านข้อความต่อวัน ทำให้สามารถปรับขนาดและใช้งานได้หลากหลายสำหรับแอปพลิเคชันต่างๆ.

เกณฑ์การอธิบายเครือข่ายในเทคโนโลยีวิทยุ

โดยพื้นฐานแล้วมีคุณลักษณะสามประการที่สามารถใช้เพื่ออธิบายเครือข่ายในเทคโนโลยีวิทยุ:

  • พิสัย
  • ความเร็วในการถ่ายโอนข้อมูล
  • การใช้พลังงาน

เป็นการยากที่จะให้ความสำคัญเท่าเทียมกันกับทั้งสามเกณฑ์ เนื่องจากกฎทางฟิสิกส์มีข้อจำกัดที่ชัดเจนในเรื่องนี้ ตัวอย่างเช่น, โลราวัน สามารถส่งข้อมูลได้ในระยะทางไกลโดยใช้พลังงานค่อนข้างน้อย แต่มีอัตราการส่งข้อมูลต่ำมาก.

Wi-Fi และ Bluetooth สามารถให้อัตราข้อมูลสูงได้ แต่ใช้พลังงานค่อนข้างสูงและระยะสัญญาณสั้น ผู้ใช้สมาร์ทโฟนทุกคนต่างคุ้นเคยกับความต้องการพลังงานนี้เป็นอย่างดี สถานีฐานของผู้ให้บริการโทรคมนาคมรายใหญ่ให้อัตราข้อมูลสูงและระยะทางค่อนข้างไกล แต่จำเป็นต้องจ่ายพลังงานจำนวนมากเพื่อให้ทำได้ ดังนั้น แหล่งจ่ายไฟจึงเป็นปัจจัยสำคัญในการติดตั้งระบบดังกล่าว

รูปที่ 1: แผนภาพระยะการสื่อสารและการใช้พลังงาน
รูปที่ 1: แผนภาพระยะการสื่อสารและการใช้พลังงาน
รูปที่ 2: แผนภาพช่วงการสื่อสารและอัตราข้อมูล
รูปที่ 2: แผนภาพระยะการสื่อสารและอัตราข้อมูล

สมดุลการส่งกำลัง

ความสมดุลของกำลังส่งบ่งบอกถึงคุณภาพของช่องสัญญาณวิทยุ ซึ่งสามารถคำนวณได้โดยการบวกกำลังส่ง ความไวของตัวรับสัญญาณ อัตราขยายของเสาอากาศ และการสูญเสียเส้นทางในอวกาศ (FSPL)

โลราวัน คำนวณสมดุลการส่งกำลัง.

การสูญเสียเส้นทางหมายถึงพลังงานที่สูญเสียไปในอวกาศว่างตลอดระยะทางระหว่างเครื่องส่งและเครื่องรับ ยิ่ง TX อยู่ไกลจาก Rx มากเท่าใด พลังงานก็จะยิ่งต่ำลงเท่านั้น

การสูญเสียเส้นทางมักจะแสดงเป็น

เอฟเอสพีแอล

ที่ไหนหมายถึง:

เอฟเอสพีแอล = การสูญเสียเส้นทางพื้นที่ว่าง;

 = ระยะทางระหว่าง TX และ Rx เป็นเมตร

เอฟ = ความถี่เป็นเฮิรตซ์

ยังมีสูตรลอการิทึมที่ใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับการลดทอนพื้นที่ว่างด้วย:

20ล็อก10

ระยะทางสองเท่า (d) หมายถึงการสูญเสีย 6dB

ที่ฝั่งรับ (Rx) ความไวของฝั่งรับเป็นปัจจัยที่ส่งผลต่อสมดุลการส่งกำลัง ความไว Rx อธิบายถึงค่าต่ำสุดที่เป็นไปได้ของกำลังรับและค่าความคลาดเคลื่อนของสัญญาณรบกวนทางความร้อน:

ความไวต่อยา

Where หมายถึง:

BW = แบนด์วิดท์เป็นเฮิรตซ์

NF = ปัจจัยสัญญาณรบกวนเป็นเดซิเบล

SNR = อัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวน

มันบอกว่าสัญญาณจะต้องอยู่ห่างจากสัญญาณรบกวนแค่ไหน

Rx ของอุปกรณ์ LoRa มีความไวสูงกว่า จึงดีกว่า WLAN กรณีสุดขั้วของการสูญเสียเส้นทางโดยไม่คำนึงถึงอัตราขยายของเสาอากาศและการลดทอนสัญญาณแบบพื้นที่ว่างประเภทอื่นๆ:

สมดุลการส่งกำลัง

ตัวอย่างของการคำนวณ โลราวัน สมดุลการส่งกำลัง:
กำลังไฟ TX = 14 เดซิเบลเมตร;
BW = 125KHz = 10log10 (125000) = 51;
เอ็นเอฟ = 6เดซิเบล (เดอะ เกตเวย์ ใน โลราวัน เครือข่ายเหล่านี้มีค่า NF ต่ำกว่า);
SNR = -20 (สำหรับ SF = 12)
การป้อนตัวเลขเหล่านี้ในสูตร ③ ส่งผลให้มีความไว Rx เท่ากับ -137 เดซิเบลเมตร
ความไว Rx = – 174 + 51 + 6 – 20 = -137 dBm
จากนั้นสามารถคำนวณสมดุลการส่งกำลังได้โดยใช้สูตรดังต่อไปนี้:
สมดุลการส่งกำลัง = -137dB – 14dB = -151dB

ด้วยค่าที่ระบุไว้ โลราวัน ค่าสมดุลกำลังส่งในช่วงระยะทาง 151 dB ทำให้สามารถส่งได้ไกลถึง 800 กิโลเมตรภายใต้สภาวะที่เหมาะสม (การลดทอนในพื้นที่ว่างเปล่าโดยสมบูรณ์) โลราวัน สถิติโลกคือระยะทาง 702 กิโลเมตร.

ที่ แลนซิเทค สถิติคือ 20 กม.:

  • ติดตั้งเกตเวย์ไว้บนอาคารสูง 30 เมตร
  • เครื่องติดตามอยู่บนเรือในทะเล
  • กำลังไฟ TX = 20dBm

ปัจจัยทางเทคนิคที่ส่งผลต่อช่วง LoRaWAN

ช่วงของ โลราวัน ประสิทธิภาพของระบบเครือข่ายไม่ได้ถูกกำหนดโดยองค์ประกอบเพียงอย่างเดียว แต่เป็นผลรวมของส่วนประกอบทางเทคนิคต่างๆ ซึ่งรวมถึงกำลังส่ง ความไวในการรับ และลักษณะของเสาอากาศ ทั้งหมดนี้รวมกันเป็นตัวกำหนดขีดความสามารถพื้นฐานของระบบ โลราวัน เครือข่ายสำหรับส่งข้อมูลในระยะทางไกล.

เท็กซัสพาวเวอร์ กำลังส่งเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งในการกำหนดระยะทางที่คลื่นวิทยุสามารถเดินทางได้ กำลังส่งที่สูงขึ้นหมายถึงระยะทางที่ไกลขึ้น อย่างไรก็ตาม นั่นหมายถึงการใช้พลังงานที่มากขึ้น ซึ่งส่งผลต่ออายุการใช้งานแบตเตอรี่ของอุปกรณ์ นอกจากนี้ ข้อจำกัดด้านกฎระเบียบมักจะกำหนดขีดจำกัดสูงสุดที่อนุญาตไว้ด้วย เท็กซัสพาวเวอร์ เพื่อป้องกันการรบกวนจากเทคโนโลยีไร้สายอื่นๆ.

  • ข้อจำกัดด้านกฎระเบียบแต่ละประเทศและภูมิภาคมีกฎระเบียบเฉพาะที่ควบคุมกำลังส่งไฟฟ้า ตัวอย่างเช่น ในยุโรป ภายใต้กฎระเบียบของ ETSI กำลังส่งไฟฟ้าสูงสุดสำหรับ โลราวัน โดยทั่วไปแล้ว อุปกรณ์เหล่านี้จะมีกำลังส่งจำกัดอยู่ที่ 14 dBm ในย่านความถี่ ISM 868 MHz.
  • การขยายกำลัง: บาง โลราวัน อุปกรณ์เหล่านี้อาจมีตัวขยายกำลังเพื่อเพิ่มกำลังส่งสัญญาณ แต่กำลังส่งเหล่านี้ถูกจำกัดด้วยข้อจำกัดทางกฎหมายและการแลกเปลี่ยนกับอายุการใช้งานของแบตเตอรี่.

ตัวรับสัญญาณที่ไวขึ้นจะเพิ่ม โลราวัน มีระยะการรับสัญญาณที่ดี เนื่องจากสามารถรับสัญญาณที่อ่อนกว่าซึ่งอาจสูญหายไปเนื่องจากการสูญเสียสัญญาณตามระยะทางและปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อมได้.

  • คุณภาพและการออกแบบของเครื่องรับ:ตัวรับสัญญาณคุณภาพสูงที่มีสัญญาณรบกวนที่ดีกว่าจะช่วยปรับปรุงความไวของระบบ ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งในสถานการณ์ที่ต้องตรวจจับสัญญาณในระยะไกลหรือในสภาวะที่ท้าทาย
  • ผลกระทบต่อการออกแบบเครือข่ายการนำตัวรับสัญญาณที่มีความไวสูงมาใช้ อาจช่วยลดจำนวนลงได้ เกตเวย์ จำเป็นใน โลราวัน การใช้งานเป็นไปได้อย่างมีประสิทธิภาพ เนื่องจากเกตเวย์แต่ละตัวสามารถตรวจจับและประมวลผลสัญญาณจากอุปกรณ์ที่อยู่ห่างไกลได้มากขึ้น.

ประเภทและตำแหน่งของเสาอากาศ

เสาอากาศเป็นองค์ประกอบที่สำคัญของ โลราวัน การกำหนดค่าฮาร์ดแวร์ การออกแบบ ตำแหน่ง และสภาพแวดล้อมโดยรอบ สามารถส่งผลกระทบอย่างมากต่อระยะการใช้งานของเครือข่าย.

  • อัตราขยายของเสาอากาศ:ค่าเกนของเสาอากาศสะท้อนถึงทิศทางและประสิทธิภาพ เสาอากาศที่มีค่าเกนสูงจะรวมพลังงานได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นในทิศทางใดทิศทางหนึ่ง ซึ่งอาจส่งผลให้มีระยะครอบคลุมมากขึ้น อย่างไรก็ตาม เสาอากาศที่มีค่าเกนสูงอาจมีความกว้างของลำแสงที่แคบกว่า ซึ่งอาจเป็นข้อเสียในบางสถานการณ์การใช้งาน
  • ประเภทเสาอากาศเสาอากาศแบบรอบทิศทางจะแผ่พลังงานอย่างสม่ำเสมอในทุกทิศทางแนวนอน ในขณะที่เสาอากาศแบบกำหนดทิศทางจะรวมพลังงานไปในทิศทางใดทิศทางหนึ่ง การเลือกใช้เสาอากาศประเภทนี้ขึ้นอยู่กับการใช้งานเฉพาะและพื้นที่ที่ต้องการครอบคลุม
  • การจัดวางและสภาพแวดล้อม:ตำแหน่งของเสาอากาศมีความสำคัญพอๆ กับการออกแบบ ควรติดตั้งเสาอากาศให้ห่างจากสิ่งกีดขวาง และอยู่ในแนวสายตาที่ดีไปยังพื้นที่ครอบคลุม อาคาร ต้นไม้ และภูมิประเทศ ล้วนส่งผลกระทบต่อการแพร่กระจายสัญญาณ ซึ่งอาจส่งผลต่อระยะสัญญาณได้

    ปัจจัยการลดทอนพื้นที่ว่าง

    การเพิ่มระยะทางเป็นสองเท่า จะทำให้การลดทอนสัญญาณในพื้นที่ว่างของ LoRa เพิ่มขึ้น 6dB ดังนั้นการลดทอนการแพร่กระจายคลื่นวิทยุจึงเป็นไปตามฟังก์ชันลอการิทึม (ดูสูตรด้านล่าง)
  • เอฟเอสพีแอล= การสูญเสียเส้นทางพื้นที่ว่าง;
     = ระยะทางระหว่าง TX และ Rx เป็นเมตร เอฟ = ความถี่เป็นเฮิรตซ์
    [FSPL (dB) = 20log10 (d) + 20log10 (f) -147.55]

นอกเหนือจากการสูญเสียพลังงานที่เกิดจาก โลราวัน ระยะทาง การสะท้อนและการหักเหของคลื่นวิทยุบนวัตถุต่างๆ อาจทำให้คลื่นวิทยุซ้อนทับกันได้.

ปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อมที่มีผลกระทบต่อช่วง LoRaWAN

สภาพแวดล้อมที่ โลราวัน สภาพแวดล้อมการทำงานของเครือข่ายมีบทบาทสำคัญอย่างยิ่งต่อระยะการส่งสัญญาณที่มีประสิทธิภาพ ปัจจัยต่างๆ เช่น ภูมิประเทศ สิ่งก่อสร้าง และสภาพอากาศ สามารถส่งผลกระทบต่อการแพร่กระจายของสัญญาณ ซึ่งก่อให้เกิดความท้าทายที่ต้องแก้ไขเพื่อให้เครือข่ายมีประสิทธิภาพที่ดี.

  • ภูมิประเทศ——ปัจจัยโซนเฟรสเนล
  • ลักษณะทางภูมิศาสตร์ของพื้นที่สามารถส่งผลต่อการแพร่กระจายของคลื่นวิทยุได้อย่างมาก. โลราวัน สัญญาณสามารถเดินทางได้ไกลกว่าในพื้นที่โล่งและราบเรียบกว่าในพื้นที่เนินเขาหรือภูเขาซึ่งมักมีสิ่งกีดขวางทัศนวิสัยอยู่บ่อยครั้ง.
  • เฟรสเนลโซนเป็นแนวคิดในการสื่อสารไร้สายที่หมายถึงพื้นที่รูปวงรีที่อยู่นอกแนวสายตาโดยตรงระหว่างอุปกรณ์สื่อสารสองเครื่อง โซนนี้มีความสำคัญในการสื่อสารไร้สาย เนื่องจากสิ่งกีดขวางภายในพื้นที่นี้สามารถทำให้เกิดการกระเจิงของสัญญาณและผลกระทบแบบหลายเส้นทาง ซึ่งอาจส่งผลกระทบต่อคุณภาพการสื่อสาร ดังนั้น ในการวางแผนและติดตั้งระบบสื่อสารไร้สาย จำเป็นต้องพิจารณาผลกระทบของเฟรสเนลโซนต่อการส่งสัญญาณ และการสร้างระยะห่างที่เพียงพอตลอดเส้นทางการสื่อสารจึงเป็นสิ่งสำคัญ
  • สิ่งสำคัญคือต้องสร้างแนวสายตาตรงระหว่างเครื่องส่งและเครื่องรับให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ หากต้องการครอบคลุมระยะทางไกลได้อย่างมีประสิทธิภาพและรักษาสมดุลการส่งกำลังที่ดี บริเวณบางส่วนในอวกาศระหว่างแนวสายตาของการส่งสัญญาณวิทยุเรียกว่าบริเวณเฟรสเนล การแพร่กระจายของคลื่นจะได้รับผลกระทบในทางลบหากมีวัตถุอยู่ในบริเวณเหล่านี้ แม้ว่าจะมีการมองเห็นกันตามปกติระหว่างเสาอากาศส่งและรับก็ตาม สำหรับวัตถุแต่ละชิ้นในแถบเฟรสเนล ระดับสัญญาณจะลดลงและ... โลราวัน ช่วงจะแคบลง (ดู รูปที่ 3 ปัจจัยโซนเฟรสเนลหลัง ลอร่าวัน พิสัย) ดังนั้นโดยทั่วไปแล้วการติดตั้งจึงดีกว่า โลราวัน สร้างตึกซ้อนตึก ยิ่งสูงยิ่งดี.
รูปที่ 3 ปัจจัยโซนเฟรสเนลส่งผลต่อช่วงลอราวัน
รูปที่ 3 ปัจจัยโซนเฟรสเนลส่งผลต่อ ลอราวัน พิสัย

เสาอากาศแบบรอบทิศทางเป็นเทคโนโลยีที่นิยมใช้กันทั่วไปใน โลราวัน เครือข่ายช่วง ดังนั้นพลังงานที่แผ่รังสีจะกระจายไปในระนาบแนวนอน และโหนดของเครือข่ายและ เกตเวย์ ตั้งอยู่ที่นั่น ในยุโรป กำลังส่งสัญญาณย่านความถี่ ISM ถูกจำกัดไว้ที่ 14 dBm ที่ความถี่ 868 MHz อัตราขยายเสาอากาศสูงสุดคือ 2.15 dBi.

โครงสร้างที่มนุษย์สร้างขึ้น——ปัจจัยการหน่วงโครงสร้างและสภาพแวดล้อมในเมือง

  • ในบริเวณเมือง อาคารอาจขวางกั้นและสะท้อนสัญญาณวิทยุ ทำให้เกิดการลดทอน (สูญเสียสัญญาณ) และการแพร่กระจายหลายเส้นทาง โดยสัญญาณต้องใช้หลายเส้นทางเพื่อไปถึงตัวรับ ซึ่งอาจทำให้เกิดสัญญาณรบกวนและลดคุณภาพของสัญญาณที่รับได้

ค่าสัมประสิทธิ์การลดทอนโครงสร้าง การลดทอนโครงสร้าง กล่าวคือ การลดทอนสัญญาณวิทยุเมื่อผ่านสิ่งกีดขวางต่างๆ ส่งผลต่อการรับสัญญาณที่ส่งออกและทำให้ช่วงสัญญาณลดลงอย่างมาก ตัวอย่างเช่น การลดทอนของกระจกมีค่าเพียง 2 เดซิเบล ซึ่งน้อยกว่าผนังคอนกรีตหนา 30 เซนติเมตรมาก ตารางด้านล่างแสดงวัสดุต่างๆ และการลดทอนโดยทั่วไป

การลดทอนของวัสดุ
เดซิเบล

กระจก(6มม.)
กระจก(13มม.)
ไม้(76มม.)
อิฐ(89มม.)
อิฐ(178มม.)
อิฐ(267มม.)
อิฐ(102มม.)
กำแพงหิน(203มม.)
อิฐคอนกรีต(192มม.)
กำแพงหิน(406มม.)
คอนกรีต(203)
คอนกรีตเสริมเหล็ก(89มม.)
กำแพงหิน(610มม.)
คอนกรีต(305มม.)

0.8
2
2.8
3.5
5
7
12
12
14
17
23
27
28
35

สภาพอากาศและบรรยากาศ

  • สภาพอากาศ เช่น ฝน หมอก และความชื้น สามารถดูดซับหรือกระจายคลื่นวิทยุ ทำให้เกิดการสูญเสียสัญญาณเพิ่มเติม แม้ว่า LoRa จะมีความทนทานต่อผลกระทบเหล่านี้ได้ดีกว่าเทคโนโลยีความถี่สูง แต่เหตุการณ์สภาพอากาศที่รุนแรงก็ยังสามารถลดความแรงของสัญญาณ และส่งผลให้ระยะสัญญาณของเครือข่ายลดลงได้
  • ปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อมเหล่านี้เน้นย้ำถึงความจำเป็นในการสำรวจพื้นที่อย่างครอบคลุมและการวางแผนเครือข่ายเพื่อให้มั่นใจได้ถึงการเชื่อมต่อที่เชื่อถือได้ในสถานการณ์การใช้งานที่แตกต่างกัน สิ่งสำคัญคือต้องพิจารณาถึงผลกระทบที่อาจเกิดขึ้นเมื่อทำการติดตั้ง โลราวัน โครงสร้างพื้นฐานและการปรับการออกแบบเครือข่ายเพื่อลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม.

การกำหนดค่าเครือข่ายและปัจจัยที่มีผลต่อช่วง LoRaWAN

การเลือกออกแบบและกำหนดค่าเครือข่ายส่งผลโดยตรงต่อขอบเขตการทำงานของระบบ โลราวัน การเลือกเหล่านี้ขึ้นอยู่กับปัจจัยการกระจายสัญญาณ การตั้งค่าแบนด์วิดท์ อัตราการเข้ารหัส และวิธีที่เครือข่ายจัดการกับสัญญาณรบกวน.

  • ปัจจัยการแพร่กระจาย (SF)
    ปัจจัยการแพร่กระจายใน โลราวัน ค่าตัวประกอบการกระจายสัญญาณ (spreading factor) จะปรับจำนวนสัญญาณที่ส่งออกต่อบิตข้อมูลที่ส่ง เป็นพารามิเตอร์สำคัญที่ใช้แลกเปลี่ยนระหว่างอัตราการส่งข้อมูลและระยะทาง ค่าตัวประกอบการกระจายสัญญาณที่สูงขึ้นจะส่งผลให้อัตราการส่งข้อมูลต่ำลง แต่จะช่วยให้ระยะทางการส่งสัญญาณไกลขึ้น เนื่องจากสามารถตรวจจับสัญญาณได้ในระยะทางที่ไกลกว่าด้วยอัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวนที่ต่ำลง.
    • ใน โลราวัน ในเครือข่าย การตั้งค่าอัตราการถ่ายโอนข้อมูลเฉพาะจะใช้ค่าตัวประกอบการกระจาย (Spread Factors: SF) โลราวัน เครือข่ายใช้ SF7 ถึง SF12 เนื่องจากการมอดูเลชั่นแบบสเปรดสเปกตรัมแบบชิปและการใช้ความถี่เฟสชิฟต์ที่แตกต่างกันในชิป ทำให้ โลราวัน เครือข่ายนี้ไม่ไวต่อการรบกวน การแพร่กระจายแบบหลายเส้นทาง และการลดทอนสัญญาณ ใน โลราวัน ในเครือข่ายช่วงความถี่ ฝั่งส่งสัญญาณ (TX) ใช้สัญญาณชิป (chirp) ในการเข้ารหัสข้อมูล ในขณะที่ฝั่งรับสัญญาณ (Rx) ใช้สัญญาณชิปผกผัน (inverse chirp) ในการถอดรหัสสัญญาณ จำนวนสัญญาณชิปที่ใช้ต่อวินาที นิยามของอัตราบิต และปริมาณพลังงานที่แผ่กระจายออกมาจากแต่ละสัญลักษณ์ และอื่นๆ โลราวัน ช่วงที่สามารถทำได้นั้นแสดงไว้ข้างต้นแล้ว ตัวอย่างเช่น อัตราบิตของ SF9 คือ 1/4 ของ SF7 ซึ่งความสามารถในการปรับขนาดของ โลราวัน ยิ่งอัตราการส่งข้อมูลช้าลงเท่าใด พลังงานที่ใช้ก็จะยิ่งสูงขึ้น ระยะเวลาในการส่งข้อมูลก็จะนานขึ้น และระยะการส่งข้อมูลของแต่ละชุดก็จะยิ่งกว้างขึ้นเท่านั้น.
ปัจจัยการแพร่กระจาย
ชิป/สัญลักษณ์
ขีดจำกัด SNR
เวลาออกอากาศ (แพ็กเก็ต 10 ไบต์)
อัตราบิต

7
8
9
10
11
12

128
256
512
1024
2048
4096

-7.5
-10
-12.5
-15
-17.5
-20

56มิลลิวินาที
103 มิลลิวินาที
205 มิลลิวินาที
371 มิลลิวินาที
741 มิลลิวินาที
1483 มิลลิวินาที

5469 บิตต่อวินาที
3125bps
1758 บิตต่อวินาที
977 บิตต่อวินาที
537 บิตต่อวินาที
293 บิตต่อวินาที

    • การใช้ SF ที่สูงขึ้นทำให้สัญญาณ LoRa มีความทนทานต่อสัญญาณรบกวนมากขึ้นและสามารถรับได้ในระยะทางที่ไกลขึ้น แม้ว่าจะต้องแลกมาด้วยเวลาการสื่อสารที่เพิ่มขึ้นและความจุของเครือข่ายที่ลดลงก็ตาม
  • แบนด์วิธและอัตราการเข้ารหัส
    โลราวัน ช่วยให้สามารถปรับแบนด์วิดท์และอัตราการเข้ารหัส ซึ่งส่งผลต่อความทนทานของสัญญาณ LoRa ต่อสัญญาณรบกวนและการแทรกแซง.
    • แบนด์วิดท์ (BW):แบนด์วิดท์ที่กว้างขึ้นจะเพิ่มอัตราข้อมูล ทำให้เวลาออกอากาศลดลงแต่สัญญาณจะอ่อนไหวต่อสัญญาณรบกวนมากขึ้น ในทางกลับกัน แบนด์วิดท์ที่เล็กลงจะทำให้อัตราข้อมูลลดลงแต่สัญญาณมีความทนทานมากขึ้น
    • อัตราการเข้ารหัส (CR)อัตราการเข้ารหัสกำหนดอัตราส่วนของบิตข้อมูลต่อจำนวนบิตทั้งหมดที่ส่งออก ซึ่งคิดเป็นรหัสแก้ไขข้อผิดพลาด อัตราการเข้ารหัสที่สูงขึ้นหมายถึงการส่งข้อมูลซ้ำซ้อนมากขึ้น ส่งผลให้มีความทนทานต่อข้อผิดพลาดบิตมากขึ้น แต่ประสิทธิภาพอัตราข้อมูลก็ลดลง
  • การรบกวนช่องสัญญาณ
    โลราวัน ทำงานในย่านความถี่ ISM ที่ไม่ได้รับอนุญาต ซึ่งเป็นย่านความถี่ที่อุปกรณ์และเทคโนโลยีอื่นๆ อีกหลายชนิดส่งสัญญาณเช่นกัน การมีสัญญาณรบกวนจากแหล่งเหล่านี้อาจส่งผลต่อความชัดเจนของสัญญาณและลดระยะการส่งสัญญาณที่มีประสิทธิภาพได้.
    • การรบกวนร่วมช่องสัญญาณ:เมื่ออุปกรณ์จำนวนมากส่งสัญญาณบนช่องความถี่เดียวกัน อาจเกิดการรบกวนกันระหว่างช่องสัญญาณได้ การใช้การมอดูเลต CSS ของ LoRa ช่วยลดปัญหานี้ได้ แต่ยังคงเป็นปัจจัยหนึ่งในเครือข่ายที่มีความหนาแน่นสูง
    • ข้อจำกัดของรอบการทำงาน:บางภูมิภาคกำหนดขีดจำกัดรอบการทำงาน (duty cycle limit) สำหรับการส่งสัญญาณในย่าน ISM ซึ่งหมายถึงอัตราส่วนของเวลาในการส่งสัญญาณต่อเวลารวม และออกแบบมาเพื่อลดโอกาสการรบกวน ข้อจำกัดนี้อาจส่งผลต่อจำนวนข้อความที่อุปกรณ์สามารถส่งได้ และส่งผลต่อการออกแบบเครือข่าย

ปัจจัยด้านกฎระเบียบและการปฏิบัติตาม

ปัจจัยด้านกฎระเบียบก็มีความสำคัญอย่างยิ่งในการกำหนดขอบเขตของ โลราวัน เครือข่ายไม่สามารถใช้งานได้เนื่องจากข้อจำกัดและข้อกำหนดที่กำหนดโดยหน่วยงานกำกับดูแลคลื่นความถี่วิทยุ.

  • กฎระเบียบด้านความถี่: ภูมิภาคต่างๆ ได้กำหนดช่วงความถี่เฉพาะสำหรับย่านความถี่ ISM หน่วยงานกำกับดูแล เช่น FCC ในสหรัฐอเมริกา และ ETSI ในยุโรป ทำหน้าที่ควบคุมความถี่ กำลังไฟฟ้า และรอบการทำงาน เพื่อสร้างสมดุลให้กับความต้องการของบริการต่างๆ ที่ใช้คลื่นความถี่ร่วมกัน
  • การปฏิบัติตามกฎระเบียบ: การปฏิบัติตามกฎระเบียบเป็นสิ่งสำคัญ ไม่เพียงแต่สำหรับการดำเนินงานตามกฎหมายเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการรับรองว่าอุปกรณ์ได้รับการปรับให้เหมาะสมกับความถี่ที่ใช้ การปฏิบัติตามกฎระเบียบเหล่านี้ช่วยให้มั่นใจได้ถึงความสามารถในการทำงานร่วมกันและความน่าเชื่อถือของเครือข่าย ขณะเดียวกันก็หลีกเลี่ยงโทษหรือการหยุดชะงักของการดำเนินงาน

ปัจจัยทางเทคโนโลยีขั้นสูง

ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีที่เกิดขึ้นใหม่นำเสนอโอกาสใหม่ๆ โซลูชั่น เพื่อเพิ่มขอบเขตและประสิทธิภาพของ โลราวัน เครือข่าย.

  • อัตราข้อมูลแบบปรับตัว (ADR): ADR ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพ SF และ กำลังไฟ TX การตั้งค่าสำหรับแต่ละโหนด ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงานและประสิทธิภาพโดยรวมของเครือข่าย.
  • โทโพโลยีเครือข่าย: การติดตั้งเพิ่มเติม เกตเวย์ สามารถปรับปรุงการครอบคลุมและขีดความสามารถได้ การจัดวางสิ่งเหล่านี้อย่างมีกลยุทธ์ เกตเวย์, การพิจารณาสภาพภูมิประเทศและสิ่งกีดขวางที่อาจเกิดขึ้นนั้นมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการเพิ่มประสิทธิภาพเครือข่าย ด้วยการกำหนดค่าเครือข่ายและการพิจารณาข้อกำหนดต่างๆ เหล่านี้ เราสามารถปรับแต่งเครือข่ายได้อย่างละเอียด โลราวัน ปรับปรุงเครือข่ายให้มีระยะการใช้งานสูงสุด พร้อมทั้งปฏิบัติตามข้อกำหนดทางกฎหมายและเพิ่มประสิทธิภาพการรับส่งข้อมูลในเครือข่าย.

บทสรุปและแนวโน้มในอนาคต

โดยสรุปจากการอภิปรายอย่างละเอียดของเรา เราได้ไขปัจจัยมากมายที่มีอิทธิพลต่อช่วงของ... โลราวัน เราได้เห็นถึงความซับซ้อนของเครือข่าย ตั้งแต่รายละเอียดทางเทคนิคที่ซับซ้อนของกำลังส่งและความไวในการรับสัญญาณ ไปจนถึงความซับซ้อนของสภาพแวดล้อมที่ติดตั้งเครือข่าย นอกจากนี้ เรายังได้เห็นว่าข้อพิจารณาด้านกฎระเบียบและการกำหนดค่าเครือข่ายขั้นสูงสามารถส่งผลกระทบต่อขอบเขตและประสิทธิภาพของการครอบคลุมเครือข่ายได้อย่างไร.

โดยสรุป การเพิ่มช่วงของค่าให้สูงสุด โลราวัน การจัดการเครือข่ายเป็นความท้าทายที่มีพลวัตและหลากหลายแง่มุม ซึ่งต้องอาศัยความเข้าใจอย่างลึกซึ้งในข้อกำหนดทางเทคนิค การประเมินสภาพแวดล้อมการใช้งานอย่างรอบคอบ การใส่ใจต่อการปฏิบัติตามกฎระเบียบ และความสามารถในการปรับตัวให้เข้ากับเทคโนโลยีที่ก้าวหน้าอย่างต่อเนื่อง.

เมื่อเรามองไปสู่อนาคตของ IoT และอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อกัน บทเรียนที่ได้จากกรณีศึกษาและการวิเคราะห์เหล่านี้จะชี้นำการเติบโตและการปรับปรุงให้ดียิ่งขึ้นอย่างต่อเนื่อง โลราวัน เครือข่ายทั่วโลก.

แชร์โพสต์นี้: