ОИВ лекция 12 (ЭУ) (2)
.pdf
ЗАДАЧИ УРОВНЕЙСТЕКА
LORAWAN
Уровень |
Задачи |
Физический (PHY layer) |
Негарантированная передача блоков данных между |
|
конечным устройством и шлюзом LoRa |
Канальный (MAC layer) |
• передача блоков данных между конечным |
|
устройством и сетевым сервером (возможна |
|
передача сообщений с подтверждением и без |
|
подтверждения получения); |
|
• шифрование (на уровне сети) полезной |
|
нагрузки, передаваемой между конечным |
|
устройством и приложением; |
|
• управление выделением окон передачи данных в |
|
линии «вниз»; |
|
• адаптация скорости передачи данных. |
ОКНАПРИЕМАИНФОРМАЦИИ
•Для устройств класса "A" после завершения каждого сеанса передачи данных конечным устройством (по восходящему каналу) открываются два коротких временных окна (RX1 и RX2), в течении которых конечное устройство может принять данные от сети (по нисходящему каналу)
•На протяжении длительности окон приема передача данных конечным оборудованием запрещена.
•Для передачи данных шлюзом LoRa в первом временном окне используются те же параметры передачи (включая номер частотного канала и скорость передачи данных), которые использовались для передачи данных конечным устройством.
Uplink Msg |
RX1 |
RX2 |
|
Receive_Delay1 |
|
12
Receive_Delay2
ОКНАПРИЕМАИНФОРМАЦИИ
•Для передачи данных шлюзом LoRa во втором временном окне (RX2) используются предустановленные параметры передачи (включая номер частотного канала и скорость передачи данных).
•Длительность временного окна предустановлена. Если сети требуется передать конечному устройству больше информации, чем может быть передано в рамках одного окна приёма (receive window), шлюз LoRa запрашивает конечное устройство выделение ему дополнительного окна, путём установки специального бита FPending в заголовка сообщения MAC уровня.
•В этом случае оконечное устройство должен выполнить передачу сообщения по восходящему каналу (в т.ч. пустого, если отсутствуют полезные данные для передачи) по окончании которого будут открыты дополнительные окна для получения данных от сети.
13
ПОДТВЕРЖДЕНИЕПОЛУЧЕНИЯСООБЩЕНИЙ
•В технологии LoRa определяет два типа сообщений – сообщения, требующее подтверждения получения (Confirmed (UL/DL)) и сообщения без подтверждения
(Unconfirmed (UL/DL)).
•Тип сообщения определяется значением поля MType (MessageType) заголовка MAC уровня.
•Если отправителем сообщения, требующего подтверждения, является конечное устройство, то сеть подтверждает получение такого сообщения внутри окон приёма, открытых конечным устройством сразу после сеанса передачи.
•Если отправителем сообщения, требующего подтверждения, является сеть (шлюз), то момент передачи подтверждения определяется конечным устройством. Подтверждение может быть послано немедленно (например, в составе пустого сообщения), что упрощает логику функционирования конечного устройства, либо в составе очередного сообщения, несущего полезную нагрузку, что сокращает загрузку радиоканала.
•Подтверждается всегда только последнее полученное сообщение. Сообщение, являющееся подтверждением, характеризуется установленным битом ACK заголовка MAC уровня.
14
ПОДТВЕРЖДЕНИЕПОЛУЧЕНИЯСООБЩЕНИЙ (ПОВТОРНАЯПЕРЕДАЧА)
•Повторная передача подтверждений по умолчанию не предусмотрена. Необходимость повторной передачи неподтвержденных сообщений (либо их удаление), а также моменты передачи и количество повторов определяется логикой функционирования сетевого сервера и конечного устройства соответственно (т.е., индивидуальными настройками).
•При каждой повторной передаче возможно снижение скорости потока данных, что позволяет повысить помехозащищённость.
•В случае неполучения сетевым сервером предустановленного числа подтверждений от конечного устройства, данное конечное устройство может быть отмечено как недоступное (unreachable) пока от него не поступит первое входящее сообщение.
15
ОСОБЕННОСТИ РАДИОПРОТОКОЛА LORAWAN
•Узкополосная помеха практически не оказывает влияния на успешность декодирования сигнала LoRaWAN (Поскольку частота сигнала LoRaWAN меняется в диапазоне 125 кГц)
•Модуляция и канальное кодирование LoRaWAN позволяют осуществлять прием полезной информации даже при отрицательных значениях отношения сигнал/шум (SNR до –20 дБ)
•В целях экономии заряда батарей абонентских устройств и емкости сети датчики системы LoRaWAN выходят в эфир на одном из восьми частотных каналов [1] без предварительной синхронизации с сетью
16
АДАПТАЦИЯСКОРОСТИВLORAWAN
•В технологии LoRaWAN предусмотрены механизмы адаптации скорости передачи данных конечных устройств (Adaptive Data Rate,ADR) для оптимизации загрузки сети
•ЗадачаADR - создать для каждого оконечного устройства возможность работы на максимальных скоростях и обеспечить наилучшую помехозащищенность в текущих радиоусловиях.
•Адаптацию скорости передачи данных оконечных устройств выполняет сетевой сервер путем обмена соответствующими командами MAC уровня.
•Устройства должны инициировать использование сетью режима адаптации посредством установки ADR бита заголовка MAC уровня.
•Решение о выборе той или иной скорости принимается на основании оценки качества сигнала, принятого от оконечного устройства
•Если конечное устройство использует скорость передачи данных выше предустановленной скорости по умолчанию (в соответствии с командой MAC уровня,
полученной от сетевого сервера), оно должно периодически контролировать факт
получения сетью сообщений (даже при использовании режима передачи без |
|
подтверждения) в соответствии со специальной процедурой. |
|
• В случае отсутствия подтверждения оконечное устройство снижает скорость |
17 |
передачи. |
|
ОСОБЕННОСТИ РАДИОПРОТОКОЛА LORAWAN
Модуляция LoRa базируется на импульсах линейно-частотной модуляции (ЛЧМ) (Chirp Spread Spectrum – СSS) и заключается в обрыве цикла на одной из промежуточных частот и новом его начале, именно это и кодирует передаваемый символ.
ОСОБЕННОСТИ РАДИОПРОТОКОЛА LORAWAN
Стандарт LoRaWAN определяет 6 значений коэффициентов расширения спектра Spreading Factor (SF) от SF7 до SF12. Чем выше SF, тем медленнее меняется частота и передаются данные, но тем выше способность системы распознать их без ошибок. SF абонентским устройствам назначаются сетевым сервером на основании измерений отношения сигнал-шум
19
ПРЕИМУЩЕСТВА ИНЕДОСТАТКИ LORAWAN,
SIGFOX ИТ.Д.
ГЛАВНЫЕ ПРЕИМУЩЕСТВА
•Работа в нелицензированном диапазоне. Доступность, отсутствие необходимости получения разрешения на использование частот.
•Открытые стандарты. В зависимости от уровня проприетарности существует возможность доработки различных уровней решения под нужды разработчика, провайдера или клиента
•Энергопотребление, отвечающее требованиям концепции Интернета Вещей.
ОСНОВНЫЕ НЕДОСТАТКИ
•Сильная зашумленность диапазона из-за огромного количества устройств, которые в нем бесплатно работают.
•Безопасность. Существуют определенные сложности с защитой передаваемой информации.
20
Данные проблемы решаются в технологиях для IoT, предложенных 3GPP