Практический опыт эксплуатации сети LoRaWAN. Заметки IoT-провайдера

[Robot_NagNews]

Материал: Здравствуйте, уважаемые читатели. Те, кто занимается или просто интересуется темой Интернета Вещей. В своей прошлой статье я рассказывал о работе компании «Интерсвязь» в сфере IoT. Напомню, примерно год назад мы приступили к реализации проекта по телеметрии. Наша новая услуга подразумевала опрос приборов учета через технологию LoRa. LoRa – это стандарт, специально заточенный под IoT. Полный текст

[hobohobo]

Отличная была бы статья, если б не табличка про время в эфире и иже с ним. Цифры там кривые. Длина преамбулы в LoRaWAN восемь символов, а при расчете данных для таблички явно использовалась длина в шесть символов. Для SF11 и SF12 не учитывалась low data rate optimization. 51 байт - это ограничение на application payload, а размер PHYPayload для вычисления time on air в этом случае будет 64. В uplink сообщениях есть CRC, в downlink - нет, это тоже влияет. Ну и coding rate, понятно, существенно влияет. После этого рассказы про радиопланирование выглядят неубедительно.

[Олег Плотников]

1 час назад, hobohobo сказал:

Отличная была бы статья, если б не табличка про время в эфире и иже с ним. Цифры там кривые. Длина преамбулы в LoRaWAN восемь символов, а при расчете данных для таблички явно использовалась длина в шесть символов. Для SF11 и SF12 не учитывалась low data rate optimization. 51 байт - это ограничение на application payload, а размер PHYPayload для вычисления time on air в этом случае будет 64. В uplink сообщениях есть CRC, в downlink - нет, это тоже влияет. Ну и coding rate, понятно, существенно влияет. После этого рассказы про радиопланирование выглядят неубедительно.

Именно потому я добавил в строчку с временем нахождения в эфире слово "примерно")

Чтобы ориентировочно оценить это самое время. Если обратите внимание, то расчет везде ведется для 51 байта полезной нагрузки. Преамбула везде 8, но на SF12-SF10 у меня, очевидно, залип калькулятор. Там правда получается 6, сейчас специально еще раз пересчитал.

С калькулятором такое бывает. А вот low dara rate optimization не учел, это уже чистая ошибка. В общем, не очень корректно сделал подсчеты, признаю.

 

Что же касается подсчетов отдельно для up и down link и прочего - если выкатывать полностью все для всего - получится несколько избыточно.

Общей сути это не меняет. Я хотел показать разницу различных SF и то, насколько там отличаются параметры. Думаю, читатели прониклись)

 

Что же касается радиопланирования - тут вступают совсем иные факторы. Диаграмма направленности антенны, высота подвеса, расположение относительно рельефа и других зданий, расположение относительно оконечных устройств. Семтеховский калькулятор вам не поможет сделать такие расчеты, он несколько про другое.

 

 

 

Edited May 28, 2018 by Олег Плотников

[hobohobo]

Чистая ошибка - это что explicit headers не были включены :-) И получается там от 2.4 до 3.5 секунд, в зависимости от CR. Все-таки солидная разница с 1.9 сек., считать ли эти цифры примерно одинаковыми - вопрос вкуса :-) SF - это, в общем, степень двойки. В калькуляторе четко видно, что разница в symbol duration между смежными SF два раза. Про 51 байт... Полезная нагрузка - это же payload, так? Так который? У Вас в расчетах это явно phy payload, т.е. по данные приложения остается 38 байт. Но беды тут нет, в общем. В смысле, на точности расчетов не сказывается. По поводу CRC - важно понимать, как байты в пакете пересчитываются в символы LoRa, и не забывать рассказывать это людям. Добавление одного байта (например, CRC :-) ) может вообще не повлиять на время передачи пакета, а может его изрядно (на продолжительность одного символа) увеличить.

[hobohobo]

И из любопытства - а что конкретно вас (и лично Вас) в реализации ADR Арне Брокааром не устроило?

[sdy_moscow]

Чем-то это мне напоминает "пионер нет" на 2,4 ГГц с допиленными линксисами, PCI картами и т.д. Как только вырастет плотность устройств и количество базовых станций - всё это превратиться в "вечно не работающий" вай-фай. У подобных систем на не лицензируемых частотах перспектив особо нет, а на лицензируемые придут пионеры 2-го поколения с ЛоРа "юбикьюти", и придется ставить по 2 базовые станции на подъезд, что-бы хоть как-то работало.

Такие решения хороши в тайге или на производстве, может быть в частном секторе. В многоквартирных домах - боюсь эфир быстро превратится в "какашку", особенно если жильцы начнут ставить что-то у себя в квартирах.

[hobohobo]

8 минут назад, sdy_moscow сказал:

В многоквартирных домах - боюсь эфир быстро превратится в "какашку", особенно если жильцы начнут ставить что-то у себя в квартирах.

А в отдельно взятых местах уже превратился. С учетом того, что наши отечественные левши по изготовлению устройств, равно как и наши отечественные провайдеры, чихать из попы хотели на ограничения по мощности, по рабочему циклу и т.п. Просто мест таких пока не много. Но есть.

 

16 минут назад, sdy_moscow сказал:

 и придется ставить по 2 базовые станции на подъезд, что-бы хоть как-то работало.

 

Да :-) Для этого уже есть модные названия "picocell" и "femtocell" :-) И уже есть места, где по две стоят :-) И не только в подъездах.



В некоторых местах откровенно парами БС стоят. Надо понимать, потому как в полудуплексе работают :-) Одна в эфир гадит, другая ответы принимает. Судя по тому, что видно в эфире... Да еще и на вражьих неразрешенных частотах.

[Связной (С)]

864 - 865 МГц 

устройства малого радиуса

Максимальная ЭИМ = 25 мВт

 

Это не нелицензируемый спектр, в РФ нет такого понятия, а полоса не требующая оформления решений и разрешений на использование радиочастот

 

4 часа назад, sdy_moscow сказал:

Как только вырастет плотность устройств и количество базовых станций - всё это превратиться

- устройства малого радиуса действия не должны создавать недопустимых помех и не должны требовать защиты от помех со стороны радиоэлектронных средств.

[sdy_moscow]

3 часа назад, Связной (С) сказал:

864 - 865 МГц 

устройства малого радиуса

Максимальная ЭИМ = 25 мВт

 

Это не нелицензируемый спектр, в РФ нет такого понятия, а полоса не требующая оформления решений и разрешений на использование радиочастот

 

- устройства малого радиуса действия не должны создавать недопустимых помех и не должны требовать защиты от помех со стороны радиоэлектронных средств.

Это вы расскажите "пионэрам", которые выкручивают мощность и ставят бустеры с направленными антеннами. К сожалению всё это пройденные этапы. В конечном итоге, искать кто гадит в эфире особо никто не будет,  а даже если и найдут - ничего ему не сделается.

[Олег Плотников]

11 часов назад, hobohobo сказал:

Чистая ошибка - это что explicit headers не были включены :-) И получается там от 2.4 до 3.5 секунд, в зависимости от CR. Все-таки солидная разница с 1.9 сек., считать ли эти цифры примерно одинаковыми - вопрос вкуса :-) SF - это, в общем, степень двойки. В калькуляторе четко видно, что разница в symbol duration между смежными SF два раза. Про 51 байт... Полезная нагрузка - это же payload, так? Так который? У Вас в расчетах это явно phy payload, т.е. по данные приложения остается 38 байт. Но беды тут нет, в общем. В смысле, на точности расчетов не сказывается. По поводу CRC - важно понимать, как байты в пакете пересчитываются в символы LoRa, и не забывать рассказывать это людям. Добавление одного байта (например, CRC :-) ) может вообще не повлиять на время передачи пакета, а может его изрядно (на продолжительность одного символа) увеличить.

И вновь вы абсолютно правы)

PHYPayload = MAC Header (1 байт) +  MAC Payload (в SF=12 до 59 байт) + MIC (4 байта). Из них полезного только 51 байт и то если управляющих команд от сервера не поступит.

Разбирая все обратно 51 - MAC Header (1 байт) - MIC (4 байта) - 8 байт из MAC Payload, в которых не передать полезную нагрузку, выходит как раз 38 байт.

 

 

8 часов назад, sdy_moscow сказал:

Чем-то это мне напоминает "пионер нет" на 2,4 ГГц с допиленными линксисами, PCI картами и т.д. Как только вырастет плотность устройств и количество базовых станций - всё это превратиться в "вечно не работающий" вай-фай. У подобных систем на не лицензируемых частотах перспектив особо нет, а на лицензируемые придут пионеры 2-го поколения с ЛоРа "юбикьюти", и придется ставить по 2 базовые станции на подъезд, что-бы хоть как-то работало.

Такие решения хороши в тайге или на производстве, может быть в частном секторе. В многоквартирных домах - боюсь эфир быстро превратится в "какашку", особенно если жильцы начнут ставить что-то у себя в квартирах.

Думаю, что это случится не скоро. Давайте прикинем. Пусть у нас все плохо и все устройства работают на SF=12. Но с подтверждением. На обмен пакетами нужно 4-5 секунд. Все остальное время устройства спят, а БС молчит.

Допустим, у нас стоят счетчики в каждой квартире. Тепло, две воды, электро. Пусть это все по отдельности - на каждом свой радиомодуль. Каждому по максимуму - по 5 секунд в эфире. Да что там, давайте 10, еще ж переповторы будут, коллизии там всякие.  Получается, что в час мы сможем прокачать 360 устройств или 90 квартир. Если выставить отправку показаний раз в сутки, то за сутки - 8640 устройств или больше 2000 квартир. Это 4 огромных дома. Или 10 пятиэтажек.

А теперь представим, что БС работает на небольшом радиусе, значит SF у нас будет пониже. Запросто получим цифры на порядок больше.

А если вспомнить, что у нас есть целых 1,5 МГц и там 7 частот, то можно вообще использовать частотное планирование, как в сотовой связи. Оставить каждому кластеру по три частоты для работы. А если еще применить секторные антенны... В общем, с масштабированием как раз проблем нет. Можно еще несколько хитростей применить) 

[hobohobo]

13 минут назад, sdy_moscow сказал:

К сожалению всё это пройденные этапы. В конечном итоге, искать кто гадит в эфире особо никто не будет,  а даже если и найдут - ничего ему не сделается.

Ну, смотря кто кому помешает. На изъятие попасть можно, даже если потом и не конфискуют, просто "пионЭрам" это, конечно, мелкая досада, а вот людям. которые с таким "тюнингованным" железом пару кварталов "аскуячили" будет несладко. Тем более, что тут еще и уголовка свети при неудачном раскладе. Поставка оборудования, которое заведомо не может быть использовано законным образом, т.е. товара заведомо ненадлежащего качества, и даже особо доказывать ничего следаку не надо, ибо уже решение мирового будет с перечислением фактов...

[Олег Плотников]

8 часов назад, hobohobo сказал:

А в отдельно взятых местах уже превратился. С учетом того, что наши отечественные левши по изготовлению устройств, равно как и наши отечественные провайдеры, чихать из попы хотели на ограничения по мощности, по рабочему циклу и т.п. Просто мест таких пока не много. Но есть.

 

Да :-) Для этого уже есть модные названия "picocell" и "femtocell" :-) И уже есть места, где по две стоят :-) И не только в подъездах.



В некоторых местах откровенно парами БС стоят. Надо понимать, потому как в полудуплексе работают :-) Одна в эфир гадит, другая ответы принимает. Судя по тому, что видно в эфире... Да еще и на вражьих неразрешенных частотах.

Уже есть решения, когда две БС по факту ставят в один корпус)

[hobohobo]

1 минуту назад, Олег Плотников сказал:

Уже есть решения, когда две БС по факту ставят в один корпус)

Давно. И даже не две, а 16-ть. Kerlink iBTS (не Compact).

[Связной (С)]

20 минут назад, sdy_moscow сказал:

Это вы расскажите "пионэрам",

Сейчас ЧМ пройдет, РКН вернется в русло своей работы, пойдет по-рейдам... Тема становится насущной, нужно поставить ее на контроль, как в бытность с публичным Вай-Фай.

[hobohobo]

19 минут назад, Олег Плотников сказал:

Думаю, что это случится не скоро. Давайте прикинем. Пусть у нас все плохо и все устройства работают на SF=12. Но с подтверждением.

На БС распространяются ограничения на рабочий цикл. 36 секунд в час на 868.7-869.2 и еще 3.6 сек на 864-865. Прикиньте сами, сколько подтверждений она сможет отправить.

[Связной (С)]

@Олег Плотников , у вас все в рамках ЭИМ = 25 мВт? Какая мощность передатчиков и усиление антенн практикуется?

[hobohobo]

14 минут назад, Связной (С) сказал:

Сейчас ЧМ пройдет, РКН вернется в русло своей работы, пойдет по-рейдам... Тема становится насущной, нужно поставить ее на контроль, как в бытность с публичным Вай-Фай.

Вообще, все эти конструкции, за редким исключением. есть технологические сети, подключенные к сети связи общего пользования. Со всеми вытекающими типа сертификатов и деклараций соответствия, на которые никто пока не заморачивается.

[Олег Плотников]

5 минут назад, hobohobo сказал:

На БС распространяются ограничения на рабочий цикл. 36 секунд в час на 868.7-869.2 и еще 3.6 сек на 864-865. Прикиньте сами, сколько подтверждений она сможет отправить.

Ограничение на рабочий цикл в 868.7-869.2 - это откуда?

 

 

4 минуты назад, Связной (С) сказал:

@Олег Плотников , у вас все в рамках ЭИМ = 25 мВт? Какая мощность передатчиков и усиление антенн практикуется?

Передатчики все на 25 мВт. Антенны - 10 дБи, всенаправленные.

 

2 минуты назад, hobohobo сказал:

Вообще, все эти конструкции, за редким исключением. есть технологические сети, подключенные к сети связи общего пользования. Со всеми вытекающими типа сертификатов и деклараций соответствия, на которые никто пока не заморачивается.

Я думаю, что скоро будут сдвиги в законотворчестве. В какую сторону - вопрос, но без регулирования точно не оставят. Уже были планы расширять спектр под свободную работу IoT. Ну и лицензирование никто не отменял, лишь бы не ограничили получение этих лицензий большой четверкой и РТК.

[hobohobo]

25 минут назад, Олег Плотников сказал:

Ограничение на рабочий цикл в 868.7-869.2 - это откуда?

Из спеки LoRaWAN. Можно, конечно забить :-) Но каналов всего два, да еще и RX2 там же. Но согласен, государство вроде не запрещает, Вы же про это, надо полагать.

 

25 минут назад, Олег Плотников сказал:

 

Передатчики все на 25 мВт. Антенны - 10 дБи, всенаправленные.

 

На БС передатчик 100 или 500. И что там ему network server говорит, это хороший вопрос. И учитывается ли antenna gain.

На модулях как повезет, технически у "Веги" 100, кажется. Что в конкретной прошивке, стоит проверять. Бывали сюрпризы.

А вообще, и 25 мВт с антенной на десять уже за рамками.
 

 

25 минут назад, Олег Плотников сказал:

 

 

Я думаю, что скоро будут сдвиги в законотворчестве. В какую сторону - вопрос, но без регулирования точно не оставят. Уже были планы расширять спектр под свободную работу IoT. Ну и лицензирование никто не отменял, лишь бы не ограничили получение этих лицензий большой четверкой и РТК.

Все уже два года эту мантру повторяют. Но рассмотрение заявки по этому поводу  на прдепоследнем заседании ГКРЧ продлили, а на последнем уже просто не вспоминали.

Edited May 29, 2018 by hobohobo
Доп. информация

[Олег Плотников]

15 минут назад, hobohobo сказал:

Из спеки LoRaWAN. Можно, конечно забить :-) Но каналов всего два, да еще и RX2 там же. Но согласен, государство вроде не запрещает, Вы же про это, надо полагать.

 

На БС передатчик 100 или 500. И что там ему network server говорит, это хороший вопрос. И учитывается ли antenna gain.

На модулях как повезет, технически у "Веги" 100, кажется. Что в конкретной прошивке, стоит проверять. Бывали сюрпризы.

А вообще, и 25 мВт с антенной на десять уже за рамками.
 

 

Все уже два года эту мантру повторяют. Но рассмотрение заявки по этому поводу  на прдепоследнем заседании ГКРЧ продлили, а на последнем уже просто не вспоминали.

 

Не уследил за вашей мыслью) Да, в спецификации есть такая беда. Но ее почти не соблюдают. Если честно, то я не очень понимаю физический смысл этого ограничения.

 

Насчет мощности БС - на сервере прямо поле есть - мощность базовой станции. Можно даже везде разную поставить. Конечно, можно предположить, что сервер нам врет и жарит на полную, но тут уж извините) Хотя, если серьезно, работает это поле, мы проверяли.

 

Что же касается ЭИИМ. Да, у меня 25 мВТ на передатчике и 10 дБи на антенне. Вроде нарушаю. Но у меня... ах( прямо поганейший кабель между антенной и БС. Столько затухания вносит! Сэкономил, у цыганки купил( В общем, учитывая потери в кабели я, сюрприз-сюрприз, как раз прохожу в ограничения. А если кто-то считает, что нет - ну, пусть докажут. На таких мощностях)

Edited May 29, 2018 by Олег Плотников

[Связной (С)]

34 минуты назад, Олег Плотников сказал:

Передатчики все на 25 мВт. Антенны - 10 дБи, всенаправленные.

 

Как мощность 25 мВт? На использование частот идет ограничение по ЭИМ не более 25 мВт... 

 

7 минут назад, Олег Плотников сказал:

Вроде нарушаю. Но у меня... ах

Тогда ясно...

[hobohobo]

1 минуту назад, Олег Плотников сказал:

Не уследил за вашей мыслью) Да, в спецификации есть такая беда. Но ее почти не соблюдают. Если честно, то я не очень понимаю физический смысл этого ограничения.

 

 

Если есть два ограничения - выбираем худшее, вот и вся мысль :-) Не соблюдают, и не только у нас, да. Тем более, что и не понять, в спеке точно ли распространяется это ограничение на БС. Про смысл ограничения можно долго рассуждать. К нему тоже не сразу пришли, можно историю вопроса проследить по старым спекам, еще тех пор, когда это называлось LoRaMAC.

 

Но отсутствие государевых ограничений - это, в общем, плохо. Я возьму дюжину модулей, и на разных SF буду постоянно фигачить преамбулу на двух доступных каналах. И довольно на много километров вокруг не будет никакого LoRaWAN. И я останусь при этом законопослушным гражданином.

 

44 минуты назад, Олег Плотников сказал:

Передатчики все на 25 мВт. Антенны - 10 дБи, всенаправленные.

 

 

5 минут назад, Связной (С) сказал:

Тогда ясно...

Подход ясен. А ситуация - нет. Зависит от софта на БС. Во многих случаях в конфиге можно прописать antenna gain, и это будет учитываться. Впрочем, с таким подходом, думаю, и на сервере не 25 мВт выставлено :-)

[Олег Плотников]

14 минут назад, hobohobo сказал:

Если есть два ограничения - выбираем худшее, вот и вся мысль :-) Не соблюдают, и не только у нас, да. Тем более, что и не понять, в спеке точно ли распространяется это ограничение на БС. Про смысл ограничения можно долго рассуждать. К нему тоже не сразу пришли, можно историю вопроса проследить по старым спекам, еще тех пор, когда это называлось LoRaMAC.

 

Но отсутствие государевых ограничений - это, в общем, плохо. Я возьму дюжину модулей, и на разных SF буду постоянно фигачить преамбулу на двух доступных каналах. И довольно на много километров вокруг не будет никакого LoRaWAN. И я останусь при этом законопослушным гражданином.

 

 

Подход ясен. А ситуация - нет. Зависит от софта на БС. Во многих случаях в конфиге можно прописать antenna gain, и это будет учитываться. Впрочем, с таким подходом, думаю, и на сервере не 25 мВт выставлено :-)

Давайте подумаем, кстати.

Вы генерацией преамбулы хотите  место на БС забить? Чтобы она не могла услышать и ответить реальным устройствам?

[hobohobo]

25 минут назад, Олег Плотников сказал:

Давайте подумаем, кстати.

Вы генерацией преамбулы хотите  место на БС забить? Чтобы она не могла услышать и ответить реальным устройствам?

Ну, какую IQ polarity выставить. Можно заставить конечные устройства ждать до посинения, пока ответ придет. Они ж не отличат мою преамбулу от БС. Через недельку побежите батарейки менять. В наших российских условиях как раз дюжины устройств и хватит. Про творческие варианты я уж и не говорю...

[sdy_moscow]

 

59 минут назад, Олег Плотников сказал:

. А если кто-то считает, что нет - ну, пусть докажут. На таких мощностях)

Цитировать, все последние 10 сообщений не вижу смысла , как я и говорил - это "пионернет" и живет он пока таких "пионеров" 1-2 на квартал - а потом будет "неминуемая мучительная смерть".