📡 Покриття Мережі LoRaWAN IoT

LoRaWAN бюджет лінії: RSSI = P_tx + G_ant − L_path (Окумура-Хата). Коефіцієнт розповсюдження 7-12 обмінює швидкість на дальність. Радіус покриття шлюзу, відсоток успішних пакетів та інтерференція.

IoTІнтерактивна
Клацніть для переміщення шлюзу · Зелений = у зоні · Червоний = поза зоною

Як це працює

Симулятор розміщує шлюз LoRaWAN в центрі карти (клацніть для переміщення). Вузли IoT розкидані випадково. Для кожного вузла розраховуються втрати шляху за моделлю Окумури-Хати, а отриманий рівень сигналу порівнюється з пороговим значенням чутливості для вибраного SF.

RSSI = P_tx + G_ant − L_path L_Hata = 69.55 + 26.16·log(f) − 13.82·log(hb) + (44.9 − 6.55·log(hb))·log(d) Чутливість(SF7) = −123 дБм Чутливість(SF12) = −137 дБм (+2 дБ за кожен крок SF) Покриття: d_max де RSSI > Чутливість

Часті запитання

Що таке LoRaWAN?

LoRaWAN (Long Range Wide Area Network) — це протокол LPWAN, що використовує модуляцію LoRa для підключення пристроїв IoT на довгі відстані (до 15 км у сільській місцевості, 2-5 км у місті) з дуже низьким енергоспоживанням — датчики можуть працювати роками від однієї батареї.

Що таке коефіцієнт розповсюдження в LoRa?

Коефіцієнт розповсюдження (SF7-SF12) визначає кількість чирпів для кодування кожного символу. Вищий SF збільшує дальність і чутливість приймача на ~2,5 дБ за кожен крок, але вдвічі зменшує швидкість і подвоює час ефіру.

Що таке бюджет лінії LoRaWAN?

Бюджет лінії: RSSI = P_tx + G_ant_tx − L_path + G_ant_rx. Для LoRaWAN на 868 МГц чутливість приймача від −123 дБм (SF7) до −137 дБм (SF12), що дає бюджет 154-168 дБ з урахуванням підсилення антени.

Що таке модель втрат шляху Окумури-Хати?

Модель Окумури-Хати прогнозує втрати шляху в міських/приміських середовищах: L = 69,55 + 26,16·log(f) − 13,82·log(hb) + (44,9 − 6,55·log(hb))·log(d). Параметри: f — частота в МГц, hb — висота базової станції, d — відстань в км.

Що таке RSSI в LoRaWAN?

RSSI (індикатор рівня прийнятого сигналу) вимірює рівень потужності сигналу в дБм. Шлюзи LoRa потребують RSSI вище порогу чутливості для вибраного SF, щоб успішно декодувати пакети. Нижче порогу — пакет втрачається.

Які швидкості передачі даних підтримує LoRaWAN?

Швидкості LoRaWAN від 0,3 кбіт/с (SF12, BW125) до 50 кбіт/с (SF7, BW500). Стандартний план ЄС використовує BW125, даючи 0,3-5,5 кбіт/с. Нижчий SF дає вищу пропускну здатність, але вимагає сильнішого сигналу.

Скільки пристроїв може обслуговувати шлюз LoRaWAN?

Один шлюз LoRaWAN може обслуговувати тисячі пристроїв, оскільки кожна передача коротка (0,1-2 секунди). Шлюзи використовують 8-канальні концентратори для одночасного прослуховування кількох частотних каналів.

Що таке обмеження робочого циклу LoRaWAN?

У Європі (868 МГц) пристрої LoRa повинні дотримуватися 1% робочого циклу на піддіапазон — не більше 36 секунд передачі на годину. Це обмеження визначає максимальну частоту відправки даних датчиком.

Що таке ADR у LoRaWAN?

ADR (Adaptive Data Rate) дозволяє мережевому серверу оптимізувати SF та потужність передачі кожного пристрою. Близькі пристрої використовують SF7 для максимальної пропускної здатності; далекі — SF12 для максимальної дальності.

Де типово розгортають LoRaWAN?

LoRaWAN використовується для інтелектуального обліку, моніторингу в сільському господарстві, паркування в розумних містах, відстеження активів, екологічного моніторингу та промислового IoT. Сільські розгортання досягають 10-15 км; міські — зазвичай 1-3 км на шлюз.

Про цю симуляцію

Ця симуляція розміщує шлюз LoRaWAN на карті 20×10 км і обчислює реальні втрати на трасі за моделлю Окумура-Хата для кожного розкиданого IoT-вузла, порівнюючи отриманий RSSI з порогом чутливості, що залежить від spreading factor (від −123 дБм для SF7 до −137 дБм для SF12), фарбуючи кожен вузол зеленим (у зоні покриття) або червоним (поза зоною). Двійковий пошук знаходить точний радіус покриття для поточних значень потужності передачі, частоти й типу середовища наживо.

🔬 Що показано

Карту покриття з центром у шлюзі, де підключення вузла вирішує справжній розрахунок лінійного бюджету — а не фіксоване коло — тож радіус покриття дійсно зменшується чи зростає при зміні spreading factor, потужності передачі, частоти чи типу середовища.

🎮 Як користуватись

Налаштуйте Spreading Factor, потужність передачі, частоту, середовище і кількість вузлів, клацніть, щоб перемістити шлюз у будь-яке місце карти, і натисніть ⟳ Scatter Nodes, щоб перемалювати випадкові позиції пристроїв. Дивіться, як панель лінійного бюджету оновлює чутливість, максимальні втрати, радіус покриття та швидкість передачі даних у реальному часі.

💡 Чи знали ви?

Підвищення з SF7 до SF12 приблизно подвоює радіус покриття, але знижує швидкість передачі даних з ~5470 біт/с до 250 біт/с — уся система spreading factor у LoRaWAN існує саме для того, щоб кожен пристрій міняв пропускну здатність на дальність, і ця симуляція дозволяє побачити цей компроміс наживо.

Часті запитання

Чому підвищення Spreading Factor перетворює більше червоних вузлів на зелені?

SF_SENSITIVITY зіставляє кожен SF з нижчим (більш негативним) порогом чутливості — −137 дБм для SF12 на 14 дБ чутливіше за −123 дБм для SF7 — і computeCoverageRadius() двійковим пошуком знаходить відстань, де втрати на трасі за Хата вперше перевищують новий, більший дозволений maxPL, безпосередньо розширюючи радіус покриття.

Чому перемикання середовища з сільського на міське звужує коло покриття?

pathLossHata() застосовує різні поправкові члени для кожного середовища — сільський член віднімає великий частотно-залежний фактор від базових втрат Хата, фактично даючи сільській місцевості набагато нижчі втрати на кілометр, ніж місту, тож той самий бюджет maxPL вичерпується на коротшій відстані в містах.

Чому підвищення повзунка частоти зменшує покриття навіть без зміни іншого?

Формула Хата містить 26.16·log10(f), тож втрати на трасі зростають прямо з логарифмом частоти — вищі частоти згасають швидше на тій самій відстані, тому діапазони LoRaWAN нижче ГГц (433-868 МГц) обрані спеціально для далекодіючого IoT, а не вищі ISM-діапазони.

Чому підвищення потужності передачі збільшує дальність менше, ніж могло б здаватись при подвоєнні?

maxPL = txPow + G_ant − sensitivity + G_ant входить у радіус покриття через логарифмічну модель втрат на трасі, тож кожен доданий дБ потужності передачі дає дедалі меншу додаткову відстань — це та сама фізика спадної віддачі, що лежить в основі всіх радіобюджетів, а не особливість цієї симуляції.

Чому лише деякі вузли стають червоними, коли я збільшую кількість вузлів без інших змін?

randomNodes() розкидає позиції рівномірно по всій карті незалежно від радіуса покриття шлюзу, тож зі зростанням кількості вузлів більше з них просто випадково опиняються поза тим самим фіксованим колом покриття — розподіл червоний/зелений відображає справжню фізичну дальність, а не саму кількість вузлів.