Las ventajas de un despliegue de 16 canales en las bandas EU868

Resumen

Este documento explora las ventajas de usar redes de 16 canales en implementaciones EU868. Destaca cómo las redes de 16 canales ofrecen mayor capacidad en comparación con las de 8 canales, especialmente para el tráfico de unión (JOIN) y el tráfico UL/DL intercambiado. Además, el documento aborda consideraciones sobre dispositivos, membresías de red y la implementación de gateways mixtos de 8 y 16 canales.

En el Apéndice recordamos los principios del protocolo LoRaWAN.

Preguntas clave abordadas:

• ¿Cuáles son los beneficios de usar un sistema de 16 canales? Red LoRaWAN ¿En comparación con una red de 8 canales en implementaciones EU868?
• ¿Qué consideraciones deben tenerse en cuenta para los dispositivos en una implementación de 16 canales?
• ¿Cómo se puede habilitar una red EU868 para que funcione en más de 8 canales y cuáles son las alternativas para distribuir dispositivos a través de más canales?
• ¿Qué consideraciones hay que tener en cuenta al desplegar gateways en una red LoRaWAN de 16 canales en EU868?

Puertas de enlace: ¿16 canales u 8 canales?

Imaginemos que tenemos dos tipos de redes LoRaWAN : una con 8 canales y otra con 16 canales. La red con 16 canales tiene mayor capacidad porque dispone de más canales para transmitir datos, lo que permite distribuir las comunicaciones entre más canales y reducir la congestión.

En las redes EU868 (Europa), el tráfico de conexión (cuando los dispositivos se unen a la red) está limitado a 3 canales por defecto. Estos canales suelen ser los primeros en verse afectados por interferencias, ya que se utilizan para todas las nuevas conexiones.

Al utilizar más canales para el tráfico habitual (envío y recepción de datos), reducimos la carga en los canales predeterminados. Es como añadir más carriles a una autopista para reducir la congestión del tráfico.

Al utilizar bits de enmascaramiento de canal para bloquear el tráfico dentro de la sesión (es decir, después de que los dispositivos se hayan unido a la red) para que no utilice los canales predeterminados, se consiguen varios beneficios:

• Los canales predeterminados están mucho menos congestionados.
• En una red de 8 canales, el uso de los canales predeterminados reduce la capacidad total de la red en 5/8.
• En una red de 16 canales, evitar los canales predeterminados para el tráfico de sesión aumenta la capacidad general de la red en 13/8.

Comparando de forma justa, la capacidad de una red de 16 canales es 13/5 veces mayor que la de una red de 8 canales.

Si se parte de una red de 8 canales, es recomendable usar el comando MAC LINKADRReq para evitar que el tráfico de sesión utilice los canales predeterminados. Al migrar a una implementación de 16 canales, podemos triplicar prácticamente la capacidad de la red.

En resumen, el uso de una puerta de enlace de 16 canales y la evitación de los canales predeterminados para el tráfico regular reducen la congestión y aumentan la capacidad de la red LoRaWAN en un 3%.

¿Los dispositivos admiten una configuración de 16 canales?

El mito de que es imposible operar con más de 8 canales en una implementación EU868 es falso. En realidad, la mayoría de los dispositivos pueden usar más de 8 canales en redes EU868.

Así es como funciona:

Método 1: CFList y NewChannelReq

1. Lista CF (Lista de frecuencias de canales) : Durante el proceso de unión (JOIN), puede comunicarse hasta 5 canales adicionales utilizando el Lista CFList. Este podría ser el origen del mito, ya que 3 canales predeterminados + 5 canales adicionales = 8 canales.
2. Solicitud de nuevo canal (Solicitud de nuevo canal) : Puedes agregar más canales usando el Comando NewChannelReq Esta característica existe desde el primer LoRaWAN especificaciones.
3. Comunicación después de unirse (JOIN) Para añadir canales adicionales, es necesario comunicarse con el dispositivo después del proceso de conexión, durante la sesión. Esto se realiza enviando un comando MAC (Control de Acceso al Medio) de 5 bytes por cada canal adicional. Se pueden agrupar hasta tres de estos comandos MAC en el campo FOPTS de un mensaje DL.

En resumen, configurar una red EU868 para usar más de 8 canales combinando los comandos CFList y NewChannelReq es totalmente posible.

Método 2: Agrupación de dispositivos

1. División de dispositivos en grupos Cada grupo utiliza un conjunto diferente de canales. Por ejemplo, con tres grupos:

• Grupo A: Utiliza los 3 canales predeterminados + los canales 3, 6, 9, 12, 15.
• Grupo B: Utiliza los 3 canales predeterminados + los canales 4, 7, 10, 13, 14.
• Grupo C: Utiliza los 3 canales predeterminados + los canales 5, 8, 11, 14, 13.

2. Aumento de capacidad Esta práctica permite distribuir la carga de los dispositivos entre más canales, lo que aumenta la capacidad de la red. Al distribuir las limitaciones de interferencia entre más canales, se reduce el impacto en cada canal individual.
3. El uso de Lista CF : Este método es simple porque siempre utiliza el Funcionalidad CFList para informar a los dispositivos de los 5 canales adicionales en los que deben operar.

En resumen, al dividir los dispositivos en grupos y utilizar un conjunto diferente de canales para cada grupo, se puede aprovechar la capacidad de la red EU868 más allá de los 8 canales tradicionales, utilizando la funcionalidad CFList para configurar los canales adicionales. Este enfoque permite mejorar la gestión de interferencias y optimizar el uso del espectro disponible.

¿Dos pasarelas de 8 canales o una pasarela de 16 canales?

¿Cuál es la mejor opción para implementar? Aquí hay algunas consideraciones:

1. Beneficios de canales adicionales: Más canales significan mayor capacidad, lo que permite una mayor escalabilidad en su solución, implementación o red. Por supuesto, esto no siempre es necesario, pero es una opción a considerar para aplicaciones que requieren alta capacidad o amplia cobertura.

1. Dos pasarelas de 8 canales: Si se necesitan más canales, puede implementar dos gateways de 8 canales en la misma ubicación (ubicados conjuntamente). Configure uno para cubrir 8 canales y el otro gateway para cubrir los 8 canales restantes.

3. Puerta de enlace única de 16 canales: Equivalente en términos de canales, una sola instalación en lugar de dos, menor consumo.

Al configurar correctamente ambas pasarelas, se puede crear una solución equivalente a una pasarela de 16 canales en términos de cobertura y capacidad.

Red mixta: pasarelas de 8 y 16 canales

Una solución mixta de 8 y 16 canales puede funcionar eficazmente en conjunto. He aquí cómo:

1. Seleccionar la mejor puerta de enlace : Del mismo modo que un servidor de red (NS) puede seleccionar la mejor puerta de enlace para transmitir mensajes (enlaces descendentes) a un dispositivo, el servidor de red (NS) puede informar a los dispositivos si necesitan operar en 8 canales o 16 canales dependiendo de la actividad reciente de UL.
2. Dispositivos de información: Los dispositivos reciben información sobre los 16 canales mediante un único comando MAC LinkADRReq a través de los bits de máscara de canal.
3. Dispositivos estacionarios En el caso de dispositivos fijos, este cambio es poco frecuente o forma parte de la configuración. Una vez configurados para usar la mejor configuración, los dispositivos fijos suelen seguir utilizando dicha configuración a menos que sea necesaria una actualización.
4. Dispositivos móviles Se prevé que la configuración cambie a medida que los dispositivos se desplacen entre áreas de cobertura. Los dispositivos móviles podrían volver al funcionamiento de 8 canales hasta que permanezcan en un entorno de alta densidad durante un período prolongado (por ejemplo, cuando los dispositivos móviles se devuelven a un área de almacenamiento).

En resumen, las pasarelas de 8 y 16 canales pueden funcionar conjuntamente mediante la selección inteligente de canales y la configuración de dispositivos. El servidor de red desempeña un papel fundamental en la gestión de estas configuraciones para optimizar el rendimiento de la red en función de las necesidades de los dispositivos y las condiciones de cobertura.

Anexo

El protocolo LoRaWAN, basado en la tecnología de capa física LoRa (Long Range), es un protocolo de comunicación inalámbrica diseñado para redes de sensores de largo alcance y bajo consumo. Resulta especialmente adecuado para aplicaciones del Internet de las Cosas (IoT).

En el contexto de LoRaWAN, el término "canales JOIN" se refiere a los canales de frecuencia que utilizan los dispositivos para unirse a una red LoRaWAN. Este proceso de unión es crucial para establecer la comunicación entre un dispositivo (dispositivo final) y una red LoRaWAN.

Aquí encontrará una explicación detallada de los canales JOIN y cómo funcionan:

1. Proceso de incorporación:

• Antes de enviar o recibir datos, el dispositivo debe identificarse y obtener las claves de sesión necesarias para el cifrado de mensajes y las comprobaciones de integridad.
• El dispositivo envía una solicitud de conexión a la red a través de un canal JOIN.
• Esta solicitud es recibida por uno o más Puertas de enlace LoRaWAN y transmitido al unirse al servidor (JS) a través de un servidor de red (NS).

2. Únete a los canales:

• Los canales JOIN son frecuencias específicas predefinidas que se utilizan específicamente para el proceso de reentrada a la red.
• Estos canales están definidos por las regulaciones locales del espectro radioeléctrico y pueden variar según la región.
• En las regiones EU868, por ejemplo, los canales JOIN se definen como 868.1, 868.3 y 868,5 MHz.

3. Seguridad:

• El proceso de conexión está protegido mediante claves de cifrado. El dispositivo utiliza una clave de aplicación secreta compartida (AppKey) para derivar las claves de sesión.
• El servidor de unión comparte esta clave secreta de la aplicación y deriva claves de sesión idénticas para su uso en la red.
• El proceso de unión es exitoso cuando el “Únete a Accept” El dispositivo recibe la información y ambas partes han obtenido las claves de sesión. A continuación, se puede continuar con la mensajería habitual, con cifrado y comprobación de integridad.

En resumen, los canales JOIN son elementos esenciales del protocolo LoRaWAN que permiten a los dispositivos identificarse ante la red y obtener las claves necesarias para establecer una comunicación segura. Este proceso es crucial para garantizar la seguridad y la fiabilidad del intercambio de datos en las redes LoRaWAN.

Identificación de canales y frecuencias

En el protocolo LoRaWAN, los canales JOIN son canales de frecuencia específicos que utilizan los dispositivos para unirse a una red LoRaWAN . Estos canales están definidos por las regulaciones locales del espectro radioeléctrico y pueden variar según la región. A continuación, se muestran algunos ejemplos de canales JOIN para diferentes regiones.

Europa (banda de 868 MHz):

• Canales 0, 1 y 2: 868.1 MHz, 868.3 MHz y 868.5 MHz.

Es importante destacar que los canales JOIN se utilizan generalmente en modo «Solo LoRa» y no en modo «FSK» (Modulación por Desplazamiento de Frecuencia). Los parámetros de los canales JOIN, como el ancho de banda, la frecuencia de muestreo y la velocidad de transmisión, también pueden variar según las normativas locales y las configuraciones de red.

En Europa, en la banda de frecuencia de 863-870 MHz, el número de canales LoRaWAN disponibles depende de la normativa específica del ETSI (Instituto Europeo de Normas de Telecomunicaciones) y de las características técnicas de la tecnología LoRa.

En las redes LoRaWAN europeas, normalmente hay 16 canales disponibles para la comunicación de datos, cada uno con un ancho de banda de 125 kHz. Estos canales se utilizan para enviar y recibir datos una vez que los dispositivos se han conectado a la red.

En resumen, en Europa existen 16 canales de datos estándar para LoRaWAN, incluidos tres canales dedicados a procesos de unión, lo que hace un total de 16 canales LoRaWAN utilizados para diferentes operaciones de red.

El papel de la máscara de canal

En el protocolo LoRaWAN , los bits de máscara de canal (o "máscara de canal") son un mecanismo que permite habilitar o deshabilitar canales específicos entre los disponibles para la comunicación. Esto posibilita una gestión precisa de los canales que un dispositivo LoRaWAN utiliza para la transmisión de datos.

La máscara de canales se representa mediante un conjunto de bits, donde cada bit corresponde a un canal. Si un bit está en estado “1”, el canal correspondiente se activa; si está en estado “0”, el canal se desactiva. El número de bits de la máscara coincide con el número de canales que el dispositivo puede utilizar.

Por ejemplo, si una red LoRaWAN europea tiene 16 canales de datos, la máscara de canal constará de 16 bits. Una máscara de canal de "FFFF" en hexadecimal (o "1111111111111111" en binario) indicaría que todos los canales están habilitados, mientras que una máscara de "0000" indicaría que todos los canales están deshabilitados (tenga en cuenta que esta configuración es solo para fines educativos y no es práctica en el uso real).

Finalidad de la máscara de canal:

Optimización de la red: Los operadores de red pueden utilizar el enmascaramiento de canales para gestionar la congestión u optimizar el uso del espectro activando o desactivando canales según sea necesario.

La máscara de canal la configura el servidor de red y se transmite a los dispositivos mediante el comando MAC LoRaWAN LinkADRReq, ya sea en el puerto 0 con el comando MAC en la carga útil de la aplicación o insertada en el campo FOPTS de las tramas regulares. Los dispositivos se adhieren a esta máscara al seleccionar los canales de comunicación. Esta configuración puede ser dinámica, lo que permite que el servidor de red la actualice para adaptarse a las condiciones cambiantes de la red o a los requisitos normativos.

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