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解密如何實現LoRa覆蓋規劃及仿真評估,打造高品質物聯網絡

2019-06-05 11:01:54  來源:先驅網

摘要:2018年騰訊在深圳建設了一個超大規模的LoRa網絡,而在這個網絡建設中,騰訊基于SIRADEL的無線網絡設計和智慧城市規劃工具,實現了深圳市重點區域LoRa網絡的仿真和優化。
關鍵詞: 物聯網絡
       2018年騰訊在深圳建設了一個超大規模的LoRa網絡,而在這個網絡建設中,騰訊基于SIRADEL的無線網絡設計和智慧城市規劃工具,實現了深圳市重點區域LoRa網絡的仿真和優化。

1 引言

LoRa網絡一般按業務部署需求進行局部建設,主要集中在智慧城市、智慧樓宇、智慧農業等場景,既有室外也有室內應用場景,例如資產或貨物追蹤、抄表類應用,以及井蓋、停車位、煙霧、會議室等監測。

無線網絡覆蓋規劃和優化是網絡建設重要環節,以有效解決容量、覆蓋、干擾等問題,提高網絡利用效率、提高投資的收益率,目前在LoRa網絡建設之前,真正使用網絡規劃工具進行覆蓋仿真和優化的項目很少,實際業務部署時,仍會存在室外覆蓋盲區、室內深度覆蓋不足的問題。

2LoRa網絡覆蓋規劃方案

在進行LoRa網絡覆蓋規劃和優化之前,首先需要確定業務部署的區域范圍、業務對速率、功耗等性能要求,以及業務部署場景需求,確定室外、室內的網絡規劃指標。

2.1 LoRa網絡覆蓋規劃指標考慮因素

對LoRa而言,擴頻因子可反應網絡的覆蓋水平以及可達到的業務速率。不同擴頻因子支持的速率和功耗有所差異,不同擴頻因子要求的解調門限也不同。因此需了解部署業務的性能需求。

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在網絡規劃中,還需要考慮不同業務部署場景的差別,要求網絡達到的覆蓋程度也有所不同。室外網關能覆蓋室外和一定程度的室內,但并不一定能覆蓋所有的場景,例如地下室及更深的室內覆蓋采用室外網關覆蓋的難度很大,需采用室內網關進行補充。例如室外地上業務路燈控制、環境監測、資產/貨物追蹤,一般無需考慮建筑物的穿透損耗,但是對于室內抄表、智能家居、煙感等終端,則需考慮不同程度的室內穿透損耗,例如淺層穿透損耗10-18dB,深度穿透損耗24-30dB等。

2.2 LoRa網絡覆蓋規劃指標

LoRa覆蓋規劃指標可以從業務性能和信號強度或質量兩個維度來表征,同時還要考慮覆蓋滿足概率,一般考慮95%的覆蓋率。

業務性能,由于不同擴頻因子對應不同的速率、傳輸時長、功耗等性能指標,因此可考慮采用上行擴頻因子或下行擴頻因子,作為其業務性能目標。LoRa以上行業務為主,需滿足上行業務性能需求,同時保證下行可正確解調和接收。在明確了業務性能需求之后,結合實際LoRa設備的天線增益、發射功率、解調門限、干擾水平等因素,可知對信號強度或質量的要求,如果同區域內部署有多種業務,則應以性能要求高的業務確定規劃指標。

例如,考慮覆蓋優先,以擴頻因子12作為業務規劃目標,若綜合考慮終端節電、速率、容量性能,考慮以擴頻因子10作為規劃指標,當然也可以根據實際業務需求確定擴頻因子的規劃指標。

此外,在進行網絡覆蓋規劃時,除了用戶的業務性能之外,還要綜合考慮網關的整網性能,例如上行數據包重復率也是很重要的指標,即單個數據包同時被接收的網關數量。

3LoRa網絡覆蓋仿真評估和優化

仿真評估,是可以結合3D地圖、站址信息評估區域內網絡覆蓋效果的方案,并不斷迭代仿真得出滿足覆蓋規劃指標的站址信息。除了明確覆蓋規劃指標外,仿真評估兩個重要的條件是LoRa網絡規劃仿真工具和地圖。

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仿真評估具體步驟為:

1、明確覆蓋范圍、覆蓋規劃指標和覆蓋場景。

2、確定仿真參數,包括LoRa設備天線輻射類型、天線增益、發射功率、工作頻率、解調門限,以及干擾、損耗等參數,準備3D地圖和現有站址信息(站高、經緯度等)。

3、仿真迭代和優化,評估網絡覆蓋效果,輸出滿足規劃指標要求的站址信息,進而估算覆蓋半徑。

4  基于S_IoT工具的LoRa網絡仿真評估和優化案例

S_IoT工具是SIRADEL的一款仿真軟件,SIRADEL專注于無線網絡設計和未來智慧城市規劃等領域,是Volcano 5G無線傳播模型和物聯網設計與優化專家,在LoRaWAN網絡致密化方面擁有豐富的經驗。SIRADEL生產3D數字孿生城市、數據驅動協作平臺,并利用仿真和大數據功能,為智能化基礎設施網絡和改善城市居民生活提供解決方案。S_IoT工具擁有領先的3D射線追蹤傳播模型Volcano和先進的3D可視化功能,可用于仿真評估當前網絡的室外和室內覆蓋,以及新增或調整網關之后的網絡覆蓋情況。同時,S_IoT工具對大量的物聯網專用指標進行評估,例如網關地理分布的影響,在有移動設備的應用場景,S_IoT還會對定位精度的評估指標進行考量。

騰訊在深圳部署了首個LoRa物聯網網絡,在網絡建設和優化的過程中,騰訊基于SIRADEL的S_IoT工具,對深圳市重點區域的LoRa網絡進行了仿真評估,并根據評估結果,對LoRa網絡的部署和建設進行優化,從而提高網絡覆蓋效果和用戶體驗。

本次仿真評估,采用深圳5米高精度的三維地圖,采用Volcano無線傳播模型對深圳典型密集城區環境進行仿真評估,更接近真實環境下的網絡覆蓋。一方面得到了初期網絡所能達到的室內外不同位置用戶上行接收功率、上行接收質量、擴頻因子、接收網關數量等指標,用于評估網絡覆蓋效果。另一方面,根據覆蓋規劃指標和候選站點的情況,仿真評估得到滿足不同覆蓋程度的站址調整和優化建議。

評估結果顯示,深圳LoRa網絡在核心城區已實現連續覆蓋,部分區域實現了室內深度覆蓋。以深圳南山區為例,室外上行鏈路擴頻因子小于或等于10的占比達到99%以上,這意味著覆蓋范圍的終端能以較低發射功率實現較高速率。目前,已根據仿真評估結果輸出的建議,完成南山區某智慧社區的站址優化,進一步補充室內深度覆蓋,以滿足室內LoRa業務節點的部署需求。

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深圳南山區室外LoRa上行擴頻因子分布

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S_IoT物聯網規劃工具下的某智慧社區的局部接收功率覆蓋圖

5 結語

LoRa廣覆蓋是其重要特征之一,其連續網絡建設和部署值得探索和研究,在實際項目部署和應用中,也可考慮分場景、按需局部部署LoRa網絡。

本文介紹LoRa網絡覆蓋規劃和仿真評估優化方案,并基于S_IoT工具對騰訊深圳LoRa網絡進行仿真評估,以快速獲取網絡覆蓋性能評判結果和滿足不同覆蓋程度的優化方案。在滿足覆蓋性能要求的情況下,明確LoRa網絡規劃指標,按照仿真評估結果進行實際環境下的網絡建設,可以節約建設時間和成本。


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責編:chenjian