對于需要購買 LoRaWAN?網關的人來說，最重要的問題是：一個網關到底能容納多少個節(jié)點？我有 N個節(jié)點，需要配備多少個網關才夠用？這沒有一個固定和簡單的答案，計算方法十分復雜。本文我們就一起看看應該如何計算？

一、LoRaWAN?網關單網關能容納的節(jié)點數量

1、理論值

假設單個網關每天最多可以接收 a個數據包，每個節(jié)點的應用發(fā)包頻率是每小時 b個數據包，那么，單個網關最多可以容納的節(jié)點數目理論值計算公式如下：

S=a/(24*b)

假設：單個 LoRaWAN?網關搭載一個 SX1301 芯片，那么每天最多可以接收 150 萬個數據包，如果應用發(fā)包頻率是每小時 1 包，理論上 LoRaWAN?網關可以接入節(jié)點的數目就是

S = 1,500,000/(24*1) = 62,500個

2、實際值

上面我們提及的是理論值，實際上單個網關可以容納節(jié)點的數目實際值比理論值的計算要更復雜。對于確定的某個網關來說，每天最多可以接收的數據包是確定的，難就難在，每個節(jié)點到底每天發(fā)多少個包。

在同一個應用場景下，我們每天需要該節(jié)點發(fā)送的總數據長度是確定的，但是，確定長度的數據到底要以怎樣的封包長度、發(fā)送速率來發(fā)送，就不確定了。封包長度如果不同，勢必需要發(fā)送包的數量也就不同。

比如，在不同信號強度下，所用到的擴頻因子 SF不同，那么，能發(fā)送數據的長度也就不同，每次能發(fā)送數據的長度不同，就會導致需要分成包數量不相同，從而導致即使使用同樣的網關、同樣的節(jié)點，但在節(jié)點的不同業(yè)務模式下，也會出現(xiàn)單個網關容納節(jié)點的最大數目并不相同的情況。

對于有 8 個信道的網關來說，在沒有 LBT（Listen Before Talk，發(fā)送前監(jiān)聽）的前提下，具體的計算公式為：

信道容量（即節(jié)點數量）S=8T/2et0

其中，8 代表 8 個信道，T 代表發(fā)送間隔，跟封包長度、速率有關系，1/2e 是基本 Aloha 算法最大吞吐量，e 是常數等于 2.718，t0 代表單包的 ToA（Time on Air，空中飛行時間）。在 10 字節(jié)負載的前提下，速率與單包的 ToA 的對應關系如下表所示：

舉一個例子，假如使用 SX1301 芯片，在沒有 LBT，且平均每個包空中飛行時間 t0=100ms（因此t0=0.1s），平均每個包一分鐘發(fā)一次（因此 T=60s），那么可以容納多少這樣的平均節(jié)點呢？S=8*60/(2*2.718*0.1)=883 ，因此，可以容納 883 個節(jié)點。

采用不同算法，也會導致最大吞吐量的變化，從而引起理論容量的變化。比如，如果前提條件修改成每個節(jié)點都帶有 LBT 功能，采用時隙 Aloha 算法而不是之前的基本 Aloha 算法來評估。由于算法不同，最大吞吐量也會不同，此時最大吞吐量是 1/e，因此信道容量（即節(jié)點數量）S=8T/et0，理論容量則會增加一倍，即 883*2=1,766 個節(jié)點。

3、大致估算

如果不想計算，我們還可以通過簡單的參考示例做大致估算。

在理想情況下，若發(fā)送 10 字節(jié)、頻次為 10 分鐘，那么一個 8 通道的網關差不多可以對應 14,200+個節(jié)點。如果是 20 個字節(jié)、頻次為 10 分鐘，則可以對應 9,900+ 個節(jié)點。

頻次跟容量是線性關系，如果把實際需要頻次改成發(fā)送是 10 個字節(jié)、頻次為 60 分鐘。那么，可以推出該 8 通道的網關差不多可以接入 85,200+ 個節(jié)點。

在 ADR（Adaptive Data Rate，自適應速率）開啟、90% 的終端速率大于 DR3（SF9）的場景下，字節(jié)跟容量也差不多是線性關系，因此，也可以根據實際場景的字節(jié)簡單代入上述例子得到一個估計值。

4、計算中的注意事項

（1）網關數量

通常來說，1 個節(jié)點能夠保證 2~3 個網關接收數據是最好的狀態(tài)。因此，假如根據上述方式計算得到總共需要 N 個網關來對應所有節(jié)點，那么，應用到實際中時，建議最好是使用 2N~3N 個網關，而不是 N 個網關，來對應所有的節(jié)點，這樣可以確保數據都能接收到。

（2）發(fā)送間隔

對于發(fā)送間隔，我們建議除了很特殊的應用，盡量不要把發(fā)送間隔設置低于 5s，發(fā)送間隔在分鐘級別以上比較好。標準的 LoRaWAN?協(xié)議，發(fā)送一個包至少要保證 2s 的間隔。

SF 發(fā)送 64 字節(jié)的，空口時間就已經接近 3s 了。由于網關只負責透傳，有時有人會不遵守 LoRaWAN?關于空口時間的要求，因此，即使不遵守LoRaWAN?協(xié)議，物理層也還是可以接收數據的，但是這時候用戶就需要自己去驗證、測試丟包率了。

二、LoRaWAN?網關多網關能容納的節(jié)點數量

在實際應用場景下，單網關很多時候并不能滿足覆蓋和容量的要求。在滿足一定信號配比的情況下，網關可以同時接收 SF7~SF12 的信號數據。單網關解調和覆蓋能力有限制，理論上雖然可以達到這個容量，但是實際上很難。而多網關部署就可以最大化網絡容量。因此，實踐中多網關的應用很多。

1、固定速率

當速率固定時，如果具備 N 個網關，多網關容量 = 單網關容量 * N。其中，單網關的容量可按照第一部分的方法計算或估算。

2、開啟 ADR

當開啟 ADR 時，多網關的容量就不是線性變化了。根據 Smetech 公布的實際測量結果可知，當采用 ADR 的時候，多網關容量 > 單網關容量 * N.^2。

注意：除了增加網關容量之外，開啟 ADR 還有助于降低功耗，因為 ADR 技術可以根據 LoRa?信號質量自動調整數據的發(fā)送功率。瑞科慧聯(lián)（RAK）的RAK7289 和 RAK7268 系列產品均支持 ADR 功能，它們配合 RAK 的節(jié)點，可以有效降低 LoRa?終端的發(fā)射電流。

3、發(fā)送數據階段

（1）開啟 ADR

開啟 ADR 有一個好處，就是可以在同樣數量網關的前提下盡可能多擴充已有網關的總體容量。

（2）選擇同頻部署

同頻部署可以使節(jié)點連接最近的網關最大化網絡 ADR 效果，ADR 效果提升則可以讓節(jié)點速率最佳化。速率提升就代表 TOA 降低、容量增加、功耗降低。因此，采用多網關時，建議采用同頻部署，因為同頻比異頻部署能容納更多的節(jié)點。如果實在無法滿足同頻部署，再考慮增加異頻網關。

（3）部署的范圍滿足 1 個節(jié)點被 2~3 個網關接收

為確保數據都能接收到，建議 1 個節(jié)點發(fā)送的數據能夠保證被 2~3個網關接收到。

三、總結

總的來說，在擁有同樣數量 LoRaWAN?網關的情況下，如果希望容納更多數量的節(jié)點，可以從以下幾個方面著手進行改進：選擇合適的發(fā)送數據長度、選擇帶有 LBT 功能的網關、使用更優(yōu)的算法、開啟 ADR、選擇同頻部署。

以上就是計算 LoRaWAN?網關容量的計算方法，涉及到單網關和多網關能容納節(jié)點的數量計算。