Didelio nuotolio patikimi internetiniai tinklai. Kiek kainuoja?

Dabartinė technologijos padėtis

IoT tinklai, galintys užtikrinti tolimąjį nuotolį, yra žinomi kaip LPWAN: mažos galios plačiajuosčio ryšio tinklai. LPWAN yra žvaigždės topologijos tinklai, sudaryti iš akumuliatorių valdomų prietaisų, dažniausiai naudojamų atšiaurioje aplinkoje, kur akumuliatorių keitimas kainuoja brangiai. Be to, šių prietaisų siunčiamus duomenis sudaro keli paketai per dieną, dažniausiai net nepripažįstantys, kaip būdas taupyti energiją ir įvykdyti 1% darbo ciklo apribojimus, kuriuos ETSI nustato juostose be licencijų.

„LoRa“ technologija, kurią sukūrė „Semtech“, šiuo metu yra viena iš labiausiai paplitusių technologijų pramoninėms internetinėms reikmėms. „LoRa“ tinklai veikia labai mažu duomenų perdavimo greičiu - nuo 0,3 kbps iki 27 kbps, priklausomai nuo naudojamo plitimo koeficiento (SF), tačiau gali perduoti iki 15 km greičiu (jei naudojama mažiausia duomenų perdavimo sparta).

Tendencija yra didžiulis ryšys

Šie pigių energijos ir darbo ciklo ribotų tinklų uždaviniai yra aukštos kokybės paslaugų teikimas, sujungiant daugybę pramonės išteklių.

Padidinus tinklo įrenginių skaičių, padidėja paketinių susidūrimų skaičius. Jei tinklas veikia greičiausia duomenų perdavimo sparta (SF7 „LoRa“), šie susidūrimai sumažina tinklo našumą, tačiau vis tiek tinklas yra gyvas. Kai reikia ilgo nuotolio, tinklas veikia mažiausiu įmanomu duomenų perdavimo greičiu (SF12 - „LoRa“). Šiuo atveju padidėjęs prietaisų skaičius užmuša tinklą: nė vienas išsiųstas paketas negali patekti į šliuzą.

Paketų suskaidymas: galimas sprendimas

LPWAN tinklai yra Aloha tinklai, todėl gali įvykti susidūrimai
bet kuriuo metu perduodant paketą ir kuo didesnis paketas, tuo didesnė susidūrimo tikimybė jį perduodant. Bet koks susidūrimas praranda visą paketą. Padaliję paketą, sumažinsite susidūrusių paketų trukdančias dalis, todėl kai kurie paketo fragmentai nebus paveikti šio susidūrimo. Tai galima pamatyti kitame paveiksle.

Susidūrimai „Aloha“ tinkluose: prarastų duomenų kiekis siunčiant paketą neskaidytą ir suskaidytą į 2 dalis.

Vykdomas tinklo modeliavimas patvirtina našumo padidėjimą naudojant fragmentaciją. Našumas matuojamas tinklo pralaidumu: šliuzo gautų teisingų paketų procentas nuo tinkle siunčiamų paketų skaičiaus. Rezultatai rodo, kad naudojant SF12 tinklo pralaidumas gali padidėti nuo 10% iki daugiau nei 80%, suskaidžius daugiau nei 25 paketus, siunčiamus 5 mazgų tinkle. Kuo tankesnis tinklas, tuo svarbesnis gaunamas pelnas.

Tinklo gerosios galios kitimas, kai fragmentuojamas 250 baitų paketas, atsižvelgiant į atvejį, kai paketų fragmentacija nenaudojama, 1% darbo ciklo ribotuose LPWAN tinkluose, sudarytuose iš 5, 10 ir 20 jutiklių mazgų, veikiančių SF12.

Paketų suskaidymas: įgyvendinimo išlaidos

Kai naudojamas paketų suskaidymas, naudingoji apkrova bus padalinta į reikiamą fragmentų kiekį ir prie kiekvieno fragmento bus pridėtas vienas papildomas antraštės baitas. Ši papildoma kiekvieno fragmento antraštė padidina tinklo energijos sąnaudas ir pabaigos datą duomenų perdavimui (palyginti su tuo atveju, kai nenaudojamas paketų fragmentavimas).

Tai, kas daro didelę įtaką jutiklio mazgų energijos suvartojimui, yra naudojamas paskirstymo koeficientas, nes kuo didesnis paskirstymo koeficientas, tuo didesnė paketo trukmė ir netiesiogiai energijos sunaudojimas jį siunčiant.

Veikiant riboto darbo ciklo tinkluose, tinklas, veikiantis SF7, pabaigos fragmentas padidėja beveik 120%, kai fragmentuojama 50 fragmentų, palyginti su tuo atveju, kai fragmentai nenaudojami. Tinkluose, veikiančiuose naudojant SF12, pabaigos fragmentas, skaičiuojant fragmentų skaičių, padidėja daug daugiau ir pasiekia 260% pridėtinę vertę, nepriklausomai nuo tinklo mazgų skaičiaus. Vėlavimo padidėjimą lemia tik antraštės, dėl kurių reikia papildomo poilsio laiko (nustatomas 1% darbo ciklo apribojimas).

Kalbant apie optimalų naudojamų fragmentų / pakuočių skaičių, yra kompromisas tarp gerų rezultatų, kuriuos galima gauti, ir papildomų išlaidų, susijusių su energijos suvartojimu ir vėlavimu.