So verbessern Sie die Leistung Ihres LoRaWAN®-Gateways

Wie lässt sich die Leistung von LoRaWAN-Gateways optimieren? Das LoRa-Kommunikationsprotokoll hängt von vielen Faktoren ab, darunter Spreizfaktoren, Datenraten, Codierungsraten, Ausbreitungsbedingungen und die LoRaWAN-Spezifikation. Um die Leistung eines Gateways zu gewährleisten, müssen Sendeleistung, Datenübertragungsrate, Spreizfaktor, Tastverhältnis, Kanalauslastung und die Entfernung zwischen den Gateways berücksichtigt werden. Durch das Verständnis und die Optimierung dieser Faktoren lässt sich die bestmögliche Leistung Ihres LoRa-Netzwerks erzielen. Im Folgenden finden Sie einige hilfreiche Tipps zur Verbesserung der Leistung Ihres LoRaWAN-Gateways.

Spreizfaktor

Eine der Möglichkeiten zur Verbesserung LoRaWAN-Gateway Die Netzwerkleistung wird durch die Anpassung der dem Gateway zugewiesenen Spreizfaktoren (SFs) optimiert. Die Spreizfaktoren sind entscheidend für die Kapazität der LoRa-Zelle, da sie die Einfangeffekte beeinflussen. Je höher die Spreizfaktoren, desto größer die Entfernung des Nutzers zum Gateway; je niedriger die Spreizfaktoren, desto näher ist er am Gateway.

Um das PRP zu optimieren (Paketempfangswahrscheinlichkeit) Bei LoRaWAN-Geräten wird der Spreizfaktor jedem der EDs zugeordnet (Endgeräte) in einem Chirp-Spread-Spectrum. Die ToA (Sendezeit) jedes Endgeräte Dies ist anders, was bedeutet, dass die Anpassung der Spreizfaktoren die Leistung von LoRaWAN-Netzwerken verbessern kann. Die Zuweisung der Spreizfaktoren weist verschiedene Eigenschaften auf und kann optimiert werden, um den Energieverbrauch zu senken. Diese Kommunikationstechnik basiert auf einem gleichmäßig verteilten genetischen ADR-Algorithmus.

Das Spreizfaktor ist das Verhältnis von Chip- zu Symbolrate. Ein hoher Wert Spreizfaktor verbessert das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) und erhöht die Sendezeit eines Datenpakets.Prädationsfaktor Die Anzahl kann je nach Konfiguration zwischen 6 und 12 liegen. Je niedriger die Anzahl, desto besser. Spreizfaktor, je höher die Chirp-Rate ist. Zusätzlich zur Beeinflussung des SNR (Signal-Rausch-Verhältnis), je höher die Spreizfaktor verbessert die Empfindlichkeit der Empfangsantenne. Wenn Sie die Leistung Ihres Geräts verbessern möchten LoRaWAN-Gateway, sollten Sie darüber nachdenken Spreizfaktor wird im System verwendet. Spreizfaktor bestimmt, wie robust das Signal gegenüber Störungen und Kanalbedingungen ist. Je höher der Wert ist, desto robuster ist es gegenüber Störungen und Kanalbedingungen. SpreizfaktorJe niedriger die Fehlerrate beim Dekodieren ist, desto geringer ist sie. Spreizfaktor ist eine lineare Frequenzänderung, die mit zunehmender Signalstärke abnimmt. Spreizfaktor ermöglicht es dem Gateway, die Reichweite der Übertragung und der LoRa-Kommunikation zu erweitern.

Duty Cycle

Der Arbeitszyklus ist ein weiterer Faktor zur Optimierung der Leistung von LoRaWAN-Gateways. Durch die Anpassung des Arbeitszyklus jedes LoRa-Netzwerkknotens lassen sich Frequenz und Datenübertragungsrate optimieren. Spreizungsfaktoren beeinflussen auch die Anzahl der vom Gateway gesendeten bestätigten Frames. Je mehr Frames ein Knoten pro Sekunde senden kann, desto besser. Ein höherer Arbeitszyklus führt jedoch zu einer längeren Dauer der LoRa-Kommunikation.

Um die Leistung Ihres LoRaWAN-Gateways zu steigern, müssen Sie den Duty-Cycle-Parameter anpassen. Dieser Parameter begrenzt die Anzahl der pro Stunde möglichen Kommunikationsvorgänge in übertragenen Paketen. Im EU-Frequenzband von 863–870 MHz ist ein Duty Cycle von 1 % pro Kanal vorgeschrieben. Durch die Anpassung des Duty-Cycle-Parameters lässt sich die Leistung Ihres LoRaWAN-Gateways um bis zu 50 % steigern.

Die Anzahl der Kanäle muss sorgfältig ausgelegt werden, um die Wahrscheinlichkeit von Paketkollisionen zu minimieren. Zudem muss die Kanalanzahl eng mit der Anzahl der Endgeräte abgestimmt sein. Sie muss ausreichend groß sein, um alternative Kommunikationskanäle für Netzwerkknoten bereitzustellen, die miteinander kollidieren. Dadurch hat der Arbeitszyklus keinen großen Einfluss auf die Latenz. Die Anzahl der Kommunikationskanäle ist wiederum zunehmend wichtig für Ihre LoRaWAN-Gateway effektiv zu arbeiten.

Ein fester Arbeitszyklus begrenzt die Anzahl der Übertragungen im Downlink. Die unmittelbar auf die Übertragungen folgende Ruhephase reduziert ebenfalls die Kapazität. LoRaWAN-NetzwerkDie Verwendung eines festen Tastverhältnisses reduziert zwar die Anzahl der bestätigten Frames, ist aber für hochzuverlässige Dienste möglicherweise nicht ausreichend. Die Tastverhältnisregelung begrenzt zudem die Anzahl der bestätigbaren Frames, was die Leistung beeinträchtigen kann.

Um die Leistung Ihrer LoRaWAN-Gateway-Netzwerke zu optimieren, sollten Sie unbedingt den Arbeitszyklus an die Anzahl der Endgeräte und deren Datenbedarf anpassen. Ein ausreichend dimensioniertes LoRaWAN-Gateway kann Tausende von Endgeräten bedienen, muss aber dennoch flexibel genug sein, um die Anforderungen der verschiedenen Anwendungen zu erfüllen.

Kanalauslastung

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, die Leistung von LoRaWAN-Gateways zu verbessern, darunter die Reduzierung von Kanalüberlappungen und die Optimierung der Kanalauslastung. Eine höhere Kanalauslastung gewährleistet eine bessere Leistung bei einer hohen Dichte an IoT-Geräten. Die vom LoRa-Transducer bereitgestellte CAD-Funktionalität (Computer-Aided Design) ermöglicht die Erkennung des LoRa-Präambelsignals und die entsprechende Konfigurationsanpassung. In einer kürzlich erschienenen Veröffentlichung von Kim et al. wird eine neue Methode vorgestellt, die die Auswahl eines adaptiven Spreizfaktors zwischen zwei Einkanal-LoRa-Modems beinhaltet [2]. Diese Methode ordnet Senderpaaren Spreizfaktoren so zu, dass Kollisionen in der Multihop-Topologie reduziert werden.

Die Autoren schlagen vor, die Umgebung vor der Bereitstellung zu klassifizieren. Der aktuelle Mechanismus zur Schätzung der Verbindungsqualität ist nicht adaptiv und berücksichtigt weder Verluste durch Kollisionen mit anderen LoRa-Geräten noch die Auswirkungen von Kollisionen mit anderen LoRa-Netzwerken. Durch Erhöhung der Kanalauslastung kann die Anzahl der miteinander kommunizierenden Endknoten gesteigert werden. Diese Strategie kann die Leistung von LoRaWAN-Gateways deutlich verbessern.

Eine Erhöhung der Kanalauslastung kann die Netzwerkleistung um bis zu 15 % steigern. Darüber hinaus kann sie die Dienstqualität eines Gateways verbessern. Eine Erhöhung der Kanalauslastung auf LoRaWAN-Gateways ist ein Schlüsselfaktor, der die Kundenzufriedenheit steigert und die Betriebskosten senkt.

Entfernung zwischen den Gateways

Der Abstand zwischen zwei LoRaWAN-Gateways beeinflusst die Leistung maßgeblich. Während eine hohe Anzahl an Gateways die Gesamtleistung steigern kann, kann eine geringe Anzahl sie verringern. Solange der Abstand zwischen zwei Gateways innerhalb des Netzwerkradius liegt, verbessert sich die Leistung des IoT-Netzwerks. Der Abstand zwischen Gateways kann durch eine engere Platzierung vergrößert werden, dies ist jedoch nur für LoRaWAN-Netzwerke mit einer großen Anzahl an LoRa-Knoten von Vorteil.

Je größer die Entfernung zwischen zwei LoRaWAN-Gateways, desto höher die Empfindlichkeit der adaptiven Datenratenpakete. Je weiter die Gateways voneinander entfernt sind, desto mehr erfasste Datenpakete unterliegen dieser Empfindlichkeit. Spreizfaktor Dadurch können mehr LoRa-Knoten mit niedrigeren Werten senden. SpreizfaktorDadurch werden Störungen und schnelles Fading reduziert. Allerdings gibt es eine Grenze für die Reichweite von Funksignalen und die Reichweite, innerhalb derer Daten übertragen werden können.

Das LoRaWAN-Protokoll definiert die maximale Anzahl an Knoten und die maximale Anzahl an Kollisionen, die auftreten dürfen, bevor es im LoRa-Netzwerk zu Problemen mit Funkwellen, Chiprate, Symbolrate, LoRa-Modulation, Übertragung und Reichweite kommt. Dies ermöglicht es Ihnen, die Kapazität Ihres Kommunikationskanals abzuschätzen und gleichzeitig die hohe Leistungsfähigkeit der LoRa-Technologie zu erhalten. Berücksichtigen Sie außerdem den Abstand zwischen den LoRa-Gateways und deren Auslastung, um die Gesamtleistung zu verbessern. Der Abstand zwischen den LoRaWAN-Gateways sollte 200 m nicht überschreiten, da sonst die Übertragung der Netzwerkserver über größere Entfernungen instabil werden kann.

Die Skalierbarkeit von LoRa-Netzwerken wurde in mehreren Studien untersucht. Die Arbeit von Georgiou et al. [1] stellt ein mathematisches Modell eines Netzwerks mit einem einzelnen Gateway vor, das die Auswirkungen der Demodulatorkanalsättigung und eines zweiten Gateways berücksichtigt. Die resultierende Leistung von LoRa-Netzwerken ist höher als die eines Netzwerks mit nur wenigen Knoten und einem einzelnen Gateway. Durch die Vergrößerung des Abstands zwischen den Gateways kann die Anzahl der Knoten in einem Netzwerk erhöht werden.

Verarbeitungsgewinn

Diese Steigerung der Verarbeitungsleistung sollte im Gateway implementiert werden, um dessen Gesamtdurchsatz über große Entfernungen zu erhöhen. Die maximale Anzahl von LoRa-Technologieknoten liegt bei etwa 1000. Der Einsatz von In-Band-Vollduplex-LoRa-Technologie kann den Steuerungsaufwand der verteilten Warteschlange (DQ) minimieren. Je nach Konfiguration kann die Verarbeitungsleistung das Dreifache des Gesamtdurchsatzes betragen. Das MAC-Protokoll (Medium Access Control) ist ein weiterer Faktor, der bei der Verbesserung berücksichtigt werden sollte. LoRaWAN-Gateway Leistung.

LoRaWAN-Netzwerke können Millionen von Nachrichten pro Tag und Gateway verarbeiten. Die Anzahl der von einem Gateway unterstützten Nachrichten hängt von der Anzahl der angeschlossenen Überwachungsgeräte und IoT-Anwendungen ab. Beispielsweise kann ein einzelnes Gateway mit acht Kanälen innerhalb von 24 Stunden nur einige Hunderttausend Nachrichten verarbeiten. Ein Netzwerk mit zehn oder mehr Gateways kann hingegen eine Million Nachrichten pro Tag verarbeiten. Dies ist nicht die Grenze für LoRaWAN-Netzwerke an sich, sondern die maximale Kapazität eines einzelnen Gateways.

Wie erwähnt werden die Spreizfaktor beeinflusst die Kommunikationsleistung von LoRa-Netzwerken. Ein großes Spreizfaktor führt zu mehr Sendezeit. Größer Spreizfaktor Verbessert die Link-Budgetierung, verringert aber die Empfindlichkeit. Ein kleineres Spreizfaktor verbessert die Übertragungsreichweite und erhöht die Anzahl der Nachrichten. Spreizfaktor Die Einstellungen müssen dem vom Gateway verwendeten Modulationsverfahren entsprechen. Andernfalls kann das Gateway die Datenwerte überhaupt nicht empfangen.

Mögliche Probleme im Zusammenhang mit LoRaWAN-Netzwerken

In-Band- und Out-of-Band-HF (Radiofrequenz) Interferenzen gehören zu den häufigsten Problemen bei LoRaWAN® und führen zu einer schlechten und unzuverlässigen LoRaWAN®-Abdeckung, einer reduzierten Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit von LoRa-Netzwerken sowie zur Notwendigkeit der erneuten Übertragung von Paketen (was die Akkulaufzeit der Geräte verkürzt). Diese störenden HF-Signale sind sehr häufig und werden von nahegelegenen 2G- bis 5G-Mobilfunkbasisstationen, FM-Sendern usw. erzeugt.Frequenzmodulation) Sender, Fernsehsignale, GPS-Umsetzer und feste sowie mobile Funksender können Störungen verursachen. Schlecht konzipierte LoRa-Kommunikations- und LoRaWAN®-Gateways, deren Antennenanschlüsse diese Störsignale unzureichend oder gar nicht unterdrücken, sind davon betroffen, was zu Leistungseinbußen führt.

Eine erhöhte Netzwerklast und ein verringerter Datendurchsatz können die Leistung beeinträchtigen. LoRaWAN-NetzwerkeUm diese Probleme zu beheben, muss das LoRaWAN-Kommunikationsprotokoll neue Funktionen wie omnidirektionale Antennen, höhere Datenübertragungsraten, Antennengewinn, geringen Stromverbrauch und Funkwellen mit großer Reichweite umfassen. Der IoT-Anwendungsserver verarbeitet die Daten der Sensoranwendungen und erstellt die Downlink-Nutzdaten der Anwendungsschicht für die angeschlossenen IoT-Anwendungen und -Geräte. Zusätzlich verwaltet ein Joining-Server die drahtlose Aktivierung von LoRa-Geräten.

Es gibt viele weltweit eingesetzte LoRaWAN®-Gateways, die keine Rx-Selektivität und keine Out-of-Band-Unterdrückung bieten, was zu einer verminderten LoRaWAN®-Leistung, einer reduzierten Reichweite (in vielen Fällen haben Betreiber und Unternehmen eine reduzierte Reichweite von 5-10 km auf weniger als 1 km gemeldet) und einem erhöhten Rx-Wert führt.Erhalten) Rauschpegel, reduziertes Empfangs-SNR (Signal-Rausch-Verhältnis), hoher IM3-Pegel (Intermodulation dritter Ordnung) und IM2 (Intermodulation zweiter Ordnung) erzeugt innerhalb des LoRaWAN®-Empfangsbandes, Kreuzmodulation und Beschädigung (Durchbrennen) der Gateway-LNAs (Rauscharmer Verstärker).

Zusammengenommen verringern diese HF-Beeinträchtigungen die LoRaWAN®-Abdeckung, begrenzen die Gebäudedurchdringung, beeinträchtigen die Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit von LoRa-Netzwerken, verschlechtern die gesamte LoRa-Modulationsleistung auf ein Niveau, das für viele praktische Anwendungen (wie den Aufbau intelligenter Städte, die Überwachung des Energieverbrauchs oder zufällig ausgewählte Dienste) als unzuverlässig gilt, und verursachen dem Betreiber deutlich höhere Kosten, da er mehr LoRaWAN®-Gateways einsetzen muss, um die gleichen Gebiete abzudecken, und die LoRa-Netzwerke häufiger gewartet und instand gehalten werden müssen.

Viele gehen davon aus, dass die schlechte HF-Leistung mit dem LoRaWAN®-Standard selbst zusammenhängt, das eigentliche Problem liegt jedoch in mangelhaften LoRaWAN®-Gateway-Funkdesigns. Die Lösung ist recht einfach und kostengünstig. – die gleichen Designüberlegungen umzusetzen, die die 1G- bis 4G-Basisstationen und die meisten anderen Entwickler drahtloser Produkte in den letzten 50 Jahren umgesetzt haben.

Was ist bei der Auswahl eines IoT-Gateways zu beachten?

Was sind die wichtigsten Kriterien bei der Auswahl eines IoT-Gateways? Dieser Abschnitt erläutert die Bedeutung von Datenspeicherung, Rechenleistungsbedarf und Netzwerksicherheit. Hauptaufgabe des Gateways ist die reibungslose Datenübertragung über große Entfernungen in Kommunikationsnetzen mittels eines speziellen Signals.

Datenspeicher

Bei der Auswahl eines IoT-Gateways sind viele Faktoren zu berücksichtigen, darunter der Datenspeicher. In manchen Fällen genügt ein einzelnes Gateway, in anderen Fällen werden mehrere benötigt. Auch die Anzahl der benötigten Sensoren variiert: Einige Systeme benötigen bis zu 10000 Sensoren, die 30 Messwerte pro Sekunde erfassen. Vor der Entscheidung ist es wichtig, die Einsatzumgebung der IoT-Lösung zu analysieren. Beispielsweise benötigt ein Telekommunikationsunternehmen möglicherweise Sensoren, die auf einem Mobilfunkmast installiert werden. Das IoT-Gateway muss daher möglichst hoch angebracht werden und hohen Temperaturen standhalten. Ein Automobilhersteller hingegen benötigt unter Umständen ein Gateway, das im Innenraum montiert wird.

Die von IoT-Geräten erzeugten Daten liegen in verschiedenen Formaten vor, darunter einzelne Sensormesswerte, Metadaten zum Gerätestatus und große Bilder oder Videos. Die Speicherung und Übertragung dieser Daten kann eine Herausforderung darstellen, und sie können zudem rauen Umgebungsbedingungen ausgesetzt sein. In solchen Umgebungen muss die Datenspeicherung ein breites Spektrum an Anforderungen erfüllen.

Ein weiterer wichtiger Aspekt ist die vom Gateway gespeicherte Datenmenge. Ein Werksgateway ist beispielsweise typischerweise für den Einsatz in Umgebungen mit zuverlässigen Netzwerken vorgesehen. Das bedeutet jedoch nicht, dass die Daten unbegrenzt gespeichert werden können. Oftmals verfügen Werksgateways nicht über ausreichend Speicherplatz für große Datenmengen. Um diese Daten speichern zu können, sollte das Gateway über erweiterbaren Speicher und Steckplätze für zusätzliche microSD-Karten verfügen.

Verarbeitungsleistung

Bei der Auswahl von Gateways sind einige Faktoren zu berücksichtigen. Je nach Zielsetzung und benötigter Funktionalität variieren die optimalen Werte. Beispielsweise kann ein System mit nur einem Sensor arbeiten, während ein anderes zehntausend Sensoren verarbeiten kann. Die Rechenleistung des Gateways ist ebenfalls wichtig, da manche bis zu dreißig Messwerte pro Sekunde benötigen, was mit einem leistungsschwachen Gateway nicht möglich ist. Unter Umständen sind auch mehrere Gateways erforderlich, um die Übertragungswerte (Senden und Empfangen von Informationen) abzuwechseln.

Ein weiterer wichtiger Faktor ist der Anteil älterer Anlagen in Ihrem Werk. Viele Betriebe setzen noch immer auf ältere Geräte, und Studien zeigen, dass eine Modernisierung generell weder praktikabel noch wirtschaftlich ist. Daher ist es entscheidend, dass das gewählte Gateway ältere Anlagen unterstützt. So können Sie alle Daten verschiedener Maschinen integrieren und deren Leistung überwachen. Zusätzliche Funktionen wie Energiesparfunktionen und LTE-Unterstützung (Long-Term Evolution) sind ebenfalls empfehlenswert. Ein Gateway mit diesen Funktionen sollte flexibel und benutzerfreundlich sein.

Bei der Auswahl von Gateways ist die Rechenleistung ein wichtiger Faktor. Je höher die Rechenleistung, desto mehr Anwendungen können ausgeführt werden. Mehr Leistung bedeutet jedoch auch mehr Sicherheitslücken. Da IoT-Gateways die erste Schnittstelle zum System darstellen, müssen sie sicher sein. Daher ist es wichtig, Gateways auszuwählen, die auf zuverlässigen Netzwerken mit verschlüsselter Langstreckenübertragung basieren.

Wenn Ihr Unternehmen auf industrielle Daten angewiesen ist, sollten Sie Gateways mit ausreichender Rechenleistung wählen. Das Gateway muss genügend Rechenleistung besitzen, um die von den Überwachungsgeräten eingehenden Daten zu verarbeiten. Beispielsweise möchten Sie vielleicht die Bewässerung auf Ihrem landwirtschaftlichen Betrieb automatisieren. Dazu benötigen Sie mehrere Sensoren, um Bodenfeuchtigkeit, Ernteertrag und allgemeine Leistung zu überwachen. Diese Sensoren wiederum müssen die erfassten Ergebnisse über Gateways mit ausreichender Antennenverstärkung, geringem Stromverbrauch und großer Reichweite senden. Um den größtmöglichen Nutzen zu erzielen, sollte Ihr Gateway außerdem über integrierte Warnmeldungen verfügen, die Sie benachrichtigen, wenn eine Anpassung erforderlich ist.

Sicherheit

Wenn Sie IIoT-Projekte (Industrial Internet of Things) in Ihre bestehende Infrastruktur integrieren möchten, sollten Sie den Kauf eines Gateways mit Echtzeit-Analysefunktionen in Betracht ziehen. Echtzeit-Analysen helfen, Produktfehler zu vermeiden. Wählen Sie ein Gateway mit Fernverwaltungsfunktionen zur Überwachung von Warnmeldungen und zur Datenanalyse. Achten Sie außerdem auf Modelle mit robusten Sicherheits- und Übertragungsverschlüsselungsfunktionen. Ein Gateway, das mehrere Kommunikationsprotokolle unterstützt, ist ebenfalls empfehlenswert, um eine Übertragung über größere Entfernungen zu gewährleisten.

IoT-Gateways sollten Sicherheitsstandards erfüllen, die den Anforderungen Ihres Unternehmens entsprechen. Achten Sie auf DES (Data Encryption Standard) und RSA (Rivest–Shamir–Adleman), AES (Fortgeschrittener Verschlüsselungsstandard)Alternativ kann auch der Twofish-Verschlüsselungsalgorithmus verwendet werden. Ihr Gateway muss außerdem über lokale Speicherkapazität verfügen. Cloud-Speicher wird nicht empfohlen. Ein lokales Gerät ist die beste Lösung. Zu den Sicherheitsfunktionen von IoT-Gateways gehören Verschlüsselung und Authentifizierung. Berücksichtigen Sie bei der Auswahl eines IoT-Gateways die Sicherheitsbewertung der IoT Foundation.

IoT-Gateways sollten über integrierte Verschlüsselung, ein starkes Authentifizierungsprotokoll und eine sichere Plattform für Software-Updates per Fernzugriff verfügen. Antennengewinn, Verarbeitung und Analysefunktionen sind ebenfalls wichtig für eine sichere Datenübertragung. Wählen Sie ein Gateway mit diesen Funktionen, um die Sicherheit Ihrer IoT-Daten von Anfang bis Ende zu gewährleisten. Achten Sie außerdem auf ein Gateway, das die neuesten Verbindungsprotokolle und mobile Geräte unterstützt.

Edge-Computing-Anwendungen

Bei der Auswahl eines IoT-Gateways ist zu beachten, dass Edge-Computing-Anwendungen Rechenleistung am Netzwerkrand nutzen, um IoT-Daten zu aggregieren, vorzuverarbeiten und zu bewerten. Es ist unerlässlich, diese Geräte abzusichern, damit sie sensible Daten verarbeiten und Entscheidungen in der physischen Welt unterstützen können. Zur Gewährleistung der Sicherheit sind Edge-Computing-Gateways mit Verschlüsselungs- und Zugriffskontrollmethoden verfügbar. Sie können zudem mit einem Failover-Management ausgestattet werden, um die Datenübertragung auch dann aufrechtzuerhalten, wenn einer der Knoten im Netzwerk ausfällt.

Ein weiterer wichtiger Aspekt bei der Auswahl eines IoT-Gateways ist der Netzwerkdurchsatz. Der Durchsatz bezeichnet die Datenmenge, die pro Sekunde übertragen wird. Dieser Wert wird üblicherweise im Gigabit- und Megabit-Bereich gemessen. Anwendungen benötigen oft einen bestimmten Mindestdurchsatz, um einwandfrei zu funktionieren. Ein niedriger Durchsatz kann daher die Leistung beeinträchtigen. Darüber hinaus schränkt eine hohe Latenz die Funktionalität einer Anwendung ein. Um dieses Problem zu beheben, bieten Edge-Computing-Gateways auch Funktionen zur Fehlerbehebung. Diese Gateways befinden sich typischerweise außerhalb eines gesicherten Rechenzentrums.

Ein weiterer wichtiger Aspekt bei der Auswahl eines IoT-Gateways ist die Möglichkeit zum Einsatz von Edge-Computing. Diese Technologie ermöglicht den Einsatz in unterschiedlichsten Umgebungen, darunter auch im Freien und in Hüttenwerken. Mit der zunehmenden Verbreitung des IoT gewinnt Edge-Computing immer mehr an Bedeutung. Edge-Computing-Anwendungen können die Latenz reduzieren. Die meisten Sensordaten sind für die meisten IoT-Anwendungen irrelevant. Meldet beispielsweise ein Temperatursensor jede Sekunde einen Wert von 20 Grad Celsius, ermöglicht Edge-Computing die Filterung der Daten direkt am Sensorstandort, bevor sie in die Cloud gesendet werden. Dies senkt die Netzwerkkosten sowie die Kosten für Cloud-Speicherung und -Verarbeitung und erhöht gleichzeitig den Informationswert.

Kommunikationsprotokolle

Wählen Sie ein IoT-Gateway, das das passende Kommunikationsprotokoll unterstützt. Im Gegensatz zu Standardprotokollen basieren IoT-Protokolle auf unterschiedlichen Architekturen und bieten verschiedene Funktionen. Die Wahl des Protokolls sollte sich nach der Art der Anwendung und dem gewünschten Sicherheits- und Zuverlässigkeitsniveau richten. Bei ressourcenbeschränkten Anwendungen empfiehlt sich ein Protokoll mit niedriger Datenrate und hoher Sicherheit. Benötigen Sie eine sichere und zuverlässige Verbindung, wählen Sie ein Protokoll mit hoher Reichweite.

Berücksichtigen Sie außerdem die Reichweite der Daten, die das IoT-Gerät senden kann. BLE (Bluetooth Low Energy) ist für WAN-Anwendungen nicht geeignet. Die Reichweite des Geräts muss zudem mit dem für die Fernkommunikation verwendeten Protokoll kompatibel sein. Wählen Sie außerdem ein Gateway mit Edge-Computing, um Daten direkt vom Gerät zu übertragen und zu analysieren. Im Zweifelsfall empfiehlt sich ein Multi-Hop-Gateway-Verfahren.

Was macht die Funkwellen von TEKTELIC zuverlässig?

Das TEXTISCH Seit über 25 Jahren entwickelt unser Team drahtlose Funkgeräte und 1G-4G-Basisstationen (15 Jahre bei Nortel, ALU und Ericsson sowie 12 Jahre bei TEKTELIC) für globale Tier-1-Integratoren und -Betreiber. Wir haben noch nie ein 1G- bis 4G-Funkgerät, eine Small Cell oder eine Basisstation ohne Hohlraum-HF-Filter oder Duplexer hergestellt, die eine ausreichende Empfangsselektivität und Außerbandunterdrückung gewährleisten.

Durch die Durchführung der HF-Beeinträchtigungsanalyse und der Systembudgetierung wird das erforderliche Niveau der Empfangsselektivität und der Außerbanddämpfung ermittelt und innerhalb des Funkbasisbandes verteilt. Spreizfaktor Abschnitt und Frontend. Die eigentliche Implementierung erfolgt mithilfe digitaler Filter, integrierter Keramik- und SAW-Technologie (Oberflächenwelle)/BAW ((Volumenakustische Welle) Filter sowie HF-Hohlraumfilter und Duplexer.

Es trifft zu, dass diese Implementierungen zusätzliche Kosten, Komplexität, Gewicht und Volumen mit sich bringen. LoRaWAN®-GatewaysSie gewährleisten jedoch die bestmögliche LoRaWAN®-Leistung unter allen Einsatzbedingungen in der Nähe eines drahtlosen Senders. Dies führt dazu, dass deutlich verbesserte LoRaWAN®-AbdeckungZuverlässigkeit, Verlässlichkeit und Übertragungsreichweite auch bei starken Störsignalen außerhalb des Frequenzbandes. Darüber hinaus … LoRaWAN®-Betreiber können eine verbesserte Rx-Linearität und ein niedrigeres Rx-Rauschmaß erwarten.Dies gewährleistet eine zuverlässigere und stabilere Leistung von LoRaWAN®-Netzwerken, eine höhere Netzwerkkapazität, weniger Geräte-Neuübertragungen und eine längere Akkulaufzeit dank geringem Stromverbrauch. Es entstehen keine nennenswerten Leistungseinbußen – lediglich ein geringfügig höherer Preis, ein höheres Gewicht und eine kleinere Größe auf Gateway-Ebene. Dies führt zu deutlich geringeren Gesamtnetzwerkkosten (weniger Gateways für die gleiche Fläche erforderlich) und wesentlich niedrigeren jährlichen Betriebskosten (weniger Störungen und deutlich geringerer Wartungsaufwand).

Abbildung 1 zeigt ein Bild von TEKTELIC Outdoor LoRaWAN®. KONA Mega IoT Gateway Mit integrierten, speziell entwickelten und eingebauten Hochleistungs-HF-Hohlraumduplexern. Diese Duplexer, kombiniert mit digitalen I/Q-Filtern und integrierten HF-Keramikfiltern, sorgen dafür, dass das TEKTELIC KONA Mega Gateway selbst bei starken Störsignalen oder anderen Einflüssen aus der realen HF-Umgebung eine außergewöhnliche Leistung erbringt. Wie aus der Abbildung ersichtlich, nehmen diese Duplexer ca. 60 % des Gateway-Volumens und fast die Hälfte des Gateway-Gewichts ein und sind die teuersten Komponenten des Gateways. Für Kunden, die hochkapazitive, hochverfügbare und zuverlässige Carrier-Grade-LoRaWAN®-Netzwerke einsetzen, die 10–15 Jahre ohne Wartungsbesuche auskommen sollen, sind sie jedoch jeden Cent wert.

Um ähnliche Probleme bei einer Reihe von Kunden zu lösen, die ihre ursprünglichen LoRaWAN®-Gateways aus verschiedenen Gründen (Zeit und Kosten waren die wichtigsten) nicht ersetzen konnten, entwickelte TEKTELIC einen proprietären IP67 ISM-Band-HF-Frontend-Filter, der sowohl FDD (Frequenzmultiplex (Frequency Division Duplex) und TDD (Zeitmultiplex) Betriebsarten mit Gateways von Drittanbietern. Es bietet nicht die gleiche Leistung wie das TEKTELIC KONA Mega und Makro Gateways, aber es verbessert die Gesamtleistung von LoRaWAN® bei starken Störsignalen deutlich. Unten sehen Sie ein Bild des HF-Frontend-Filters im ISM-Band.

LoRaWAN®-Betreiber sollten beachten, dass sie bei Problemen mit der Empfangsabdeckung, Zuverlässigkeit oder anderen Leistungseinbußen ihres LoRaWAN®-Netzwerks die Eingangsfrequenzen der LoRaWAN-Antenne auf starke Störsignale überprüfen sollten. Dies gilt nicht nur für das LoRaWAN-Band, sondern auch für den Bereich 200–300 MHz ober- und unterhalb des LoRaWAN-ISM-Bandes, da LoRaWAN-Gateway-LNAs sehr breitbandig sind. Treten solche Störsignale auf – was in den meisten städtischen und vorstädtischen Gebieten fast immer der Fall ist, wenn viele andere drahtlose Systeme auf demselben Turm, Gebäude oder Mast installiert sind (sowie bei ländlichen LoRaWAN®-Installationen auf demselben Turm) –, wenden Sie sich an Ihren Systemintegrator, Ihren LoRaWAN®-Gateway-Anbieter oder einen anderen Spezialisten. Alternativ können Sie sich an das TEKTELIC-Team wenden. Wir unterstützen Sie gerne bei der Verbesserung der Abdeckung, Zuverlässigkeit und der gesamten Übertragungsleistung Ihres LoRaWAN®-Netzwerks.

Wie Sie sehen, müssen Sie zur Beantwortung der Frage „Wie lässt sich die Leistung eines LoRaWAN-Gateways verbessern?“ eine Reihe von Faktoren berücksichtigen. Die Auswahl eines Gateways, das Ihren Bedürfnissen entspricht, kann sich als recht schwierig erweisen, und Sie benötigen dafür unbedingt einen zuverlässigen Partner. TEXTISCH Unser Support-Team hilft Ihnen gerne bei der Auswahl des besten IoT-Gateways. Zögern Sie also nicht und schreiben Sie uns eine E-Mail an info@tektelic.com.

1. Georgiou, A., Katkov, M., & Tsodyks, M. (2021). Retroaktives Interferenzmodell des Vergessens. Das Journal für Mathematische Neurowissenschaften, 11(1). doi: 10.1186/s13408-021-00102-6
2. Kim, S., Lee, H., & Jeon, S. (2020). Ein adaptives Spreizfaktor-Auswahlverfahren für ein einkanaliges LoRa-Modem. Sensoren (Basel, Schweiz), 20 (4), 1008. https://doi.org/10.3390/s20041008