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LoRa网关的多址调度算法

LoRa网关的多址调度算法

作者: 小鱼儿他老汉 | 来源:发表于2018-01-15 08:49 被阅读84次

无线基站的调度

如果一个基站(或网关)为众多设备提供联网服务,需要根据实际情况设计合理地多址调度策略和算法。为了充分调配空间频谱资源,任何系统都是在TD/FD/CD/SD四种方式进行组合。

空分多址

观察GSM/CDMA,乃至3G/4G的基站设计中,首先是空间多址方式,即切割成六个面,分别使用不同的频段与终端保持通讯。这也是蜂窝通讯的核心设计之一。

但空分多址需要大量的合理布局以及优化团队。所以在大多数情况下,LoRa或基于FSK的LPWAN是不太可能用得上这种方式的。

码分多址

码分多址从高通的2G CDMA开始普及,在3G WCDMA,TDS-CDMA,4G LTE中都混用了某种码分多址的技术。而LoRa采用的线性调制技术,也可以理解为一种码分多址。但是基于窄带FSK的LPWAN则仅能够使用调频一种方式。

频分多址

这是最传统、最简单的调度策略,LoRa的ISM频段中,使用的各个频段可以人为地切割为多个频段,可以混用这种多址方式。

时分多址

这种调度算法比较复杂,但是LoRaWAN协议中,设备上传使用的是ALOHA竞争型,而网关下发恰恰使用时分多址方式。这也是网关设计难点之一。

LoRa的策略

兼容LoRaWAN的网关,首先使用的是FD的方式,划分成N个工作频段。

其次,在每个工作频段中,可以通过工作距离和其他参数,使用不同的调制系数,由于不同的调至系数是正交的。通过CD方式,可以将设备划分为不同的逻辑分组。

第三,不同的频段和调制系数上,加载LoRaWAN的规范,利用TDD和ALOHA混合策略构造这个逻辑分组内的通讯。

第四,如果有方向性天线和TCP通道支持多个网关,那么使用SD来优化工作区域。

LoRa网关的实现

我曾经在《物联网网关编程模式选择》一文中表达了自己的疑惑。但现在看来,网关的每个收发前端必然只能够针对FD/CD/TD以及SD中的组合选项之一。也就是说每个收发器虽然可以工作于任意一种组合,但某个时点上,只能够选择组合之一:433.9MHz,带宽1MHz,调制度10,使用ALOHA/TDD方式,报文长度也是特定的。而且由于调制方式的特殊性,收发器的Beacon的时间也不一致。

那么也就是说,除非使用IBM建议的Backhaul方式,如果在网关一侧实现复杂的调度算法,采用单线程异步方式和多线程都很难调试,倒是使用多进程比较合理。

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