卫星或蜂窝网络上的 LoRaWAN 回程开销

物联网 罗拉万 东西公园
2021-05-29 08:37:27

LoRaWAN 针对受限的 LoRa 物理层进行了优化,但是网关在将 LoRaWAN 帧中继到网络服务器或从网络服务器中继时会增加自己的开销,并且还有与网关的操作和维护相关的流量。

我们可以预期每个 LoRaWAN 数据包有什么样的开销(即在 LoRaWAN 的空中帧大小之上),以及与网关维护相关的每月流量有多少?这是否可以针对受限/昂贵的回程(如卫星或蜂窝)进行调整?

3个回答

事实上,在蜂窝回程的情况下,拥有优化信令开销的网关-LNS 回程是节省 OPEX 的关键。它甚至对于卫星回程连接至关重要。

Actility 的 ThingPark LRR(LRR 代表 Long Range Relay,这是 ThingPark 平台中数据包转发器的名称)旨在优化 GW-NS 回程流量。以下是主要的相关功能:

  • 通过 NwkID网关过滤上行链路帧,从而仅将来自列入白名单的 NwkID/NetID(用于家庭设备或漫游合作伙伴)的帧转发给 NS:来自法国一级电信运营商的现场反馈显示,GW-NS 流量减少了 80%,这要归功于此功能。
  • 使用二进制编码而不是基于文本的消息格式(例如 Semtech 数据包转发器/基站的 JSON)--> 从紧凑性的角度来看,这种二进制编码效率更高。这与 LoRa 联盟已经从候选 IDL 消息格式中取消基于文本的消息格式(例如 JSON)的原因相同,用于正在进行的 GW-NS 协议标准化。
  • 使用分组确认,符合 IEC-104 协议。
  • Fully-配置报告周期性针对不同的RF / WAN /系统统计,适应每个回程类型。

为了最大限度地减少卫星连接的回程开销,通过优化设置保持活动周期和其他特定于应用程序的计时器 - 我们测量了每月内务流量减少到 50 MB/月(包括安全 IPSec 隧道开销,但不包括 LoRaWAN交通)。将紧凑的二进制编码 + NwkID 过滤与这种优化的内务管理开销相结合,应该会产生少于 400MB 的月流量,但确切的流量当然取决于 LoRaWAN 的流量。

与使用 JSON 或类似文本格式的 GW 到 LNS 回程协议相比,预计减少 30 倍。

除了网络设备生成的流量之外,还有其他几个流量组件会在网关的回程连接上产生负载。完整列表如下:

  • 设备流量
    • 由您网络的 LoRaWAN 设备生成的流量
    • 与您有漫游协议的外部网络设备产生的流量
    • 由外部 LoRaWAN 设备生成的流量,不会被您的网关根据 NetID 过滤掉
  • OSS流量
    • 网关的常规心跳消息
    • 警报(例如:SNMP 陷阱)
    • 配置消息
    • 统计、报告等。
  • 软件升级

一个 8 通道网关一天可以转发的 LoRaWAN 帧的实际最大数量约为 100k。如果我们假设每个 UL 帧触发一个 ~0.5kByte 回程消息,它会导致 1.5Gbyte/Month 流量和 ~5kBit/s 平均数据速率。

OSS 流量(心跳、警报、配置)将增加额外约 50 MB/月的上行链路流量,而远程软件更新可能需要约 100 MB 的下行链路数据。

根据我的经验,我几乎看不到在一个月内产生超过 1 GB 流量的网关。大多数具有 3G/4G 回程的网关都可以通过 1Gbit/Month 数据计划连接。唯一的例外是我们在一个月内执行多个软件更新。

如果回程是一种昂贵的资源或真正的瓶颈(例如:卫星回程),那么我们需要配置我们的网关,使其不会产生任何不是绝对必要的流量:

  • 网关应过滤掉外部 LoRaWAN 传感器发送的所有消息。可以根据与您的 NetID 相对应的 DevAddr 前缀来识别这些消息。
  • Hartbeat 消息的发送频率应该较低。
  • Gw 将只发送严重警报。
  • 应禁用远程软件更新。

这可能取决于用于回程的协议。我从来不进入细节,但我如果一些是最肯定不会感到惊讶很多chattier比其他人。

TTN 网站上显示的示例为例,该帧通过原始 Semtech UDP 协议发送,该协议发送类似 JSON 的数据:

{
  "rxpk": {
    "tmst":20900514000,
    "chan":2,
    "rfch":0,
    "freq":866.349812,
    "stat":1,
    "modu":"LORA",
    "datr":"SF7BW125",
    "codr":"4/6",
    "rssi":-35,
    "lsnr":5,
    "size":23,
    "data":"AMy7qgAAAAAATYMmmnj6AADl6YP1Jrw"
  }
}

原始数据(经过 base64 解码后)为 21 字节。整个 JSON 数据为 258 字节。即使您删除了仍然是 191 字节的空白。再加上一些 IP 和 UDP 标头,您可能非常接近 x10 因素。

其他协议不那么冗长(并且可读性较差),使用协议缓冲区,这可能会大大减少因素(可能是 x2?)。但另一方面,由于运营商协议(gRPC 或 MQTT)、加密(TLS)的使用,它们可能会引入额外的开销。如果配置不当,单独的 TLS 可能是一个杀手。

它还可能取决于许多网络设置(例如,包括 ADR 的使用)以及网络密度(这应该会影响中继每个上行链路的网关数量)。

这当然不算数:

  • 网关的监控(高度可变,取决于协议、监控值、频率、轮询和/或通知的使用...)
  • 网关固件的升级(如果有)
  • 计时(例如 NTP,如果网关没有 GPS)

即使您没有任何流量,所有这些都会发生。但是它们可以进行相当多的调整。例如,以太网连接的网关可以每 5 分钟轮询一次,而卫星连接的网关可以每隔几小时轮询一次(甚至完全依赖于对从网关接收到的流量的观察,但这实际上只能让您打开/关闭地位)。