Undvik paketförluster i LoRaWAN – praktiska råd från fältet

1. Strömförsörjning och nätanslutning (backhaul)

En gateway som tappar kontakt, startar om eller varierar i kapcitet kan vara något så enkelt som dålig strömförsörjning eller ha problem i uplink. Det kan vara allt från en PoE-injektor som strular till backhaul som inte är rätt dimensionerat.

2. Antenn, kablage och kontakter

I 868 MHz-bandet är dämpningen något större än på lägre band så kabel-/kontaktproblem ger effekter. Här kan skadad koaxialkabel, fuktinträngning i kabelskarvar, dåliga kontakter eller dåligt tätade kontakter ge problem. Även “billig” antennkabel kan skapa problem (varje 3 dB är ungefär en halvering av signalstyrkan) och om kabeln åldrats på ett ovärdigt sätt så kan det vara ett fel du inte ser och som smyger sig på sakta. Det kan vara så fundamentala problem som en icke UV-klassad kabel.

3. Placering högt och utsatt

Att sätta en gateway högt innebär att den också hör allt som händer över en ganska stor yta. LoRaWAN i EU kör på ett olicensierat band som delas med flera andra radiosystem, andra LoRaWANsystem, och till och med hem- och billarm: det fria bandet 868 MHz. Störningar och “höjt brusgolv” kan ge paketförluster även om signalstyrkan ser okej ut. Om du upplever fel efter att du installerat produkten så kan andra sändare som stör ha tillkommit i området som gatewayen hör och störs av.

Generella problem kan visa sig som att paketförlust ökar vid vissa tider och här gäller det att identifiera tid på dygnet, veckodagar, specifika geografiska zoner, men att sen vidta åtgärder kan vara litet mer problematiskt. Frekvensen är fri, så du kan inte ”ringa någon” och klaga, utan behöver gå till botten själv. Här behöver man gå utanför det man normalt har i verktygslådan och logga vad som händer på frekvensen över tid. Det finns spektrumanalysatorer som kan logga störningar på bandet, när de uppträder och på det sättet kan du eventuellt få reda på i vilken riktning de är situerade för att kunna vidta rätt åtgärder.

4. Antennhöjd och strålningsmönster – “för högt” kan bli fel

Höga placeringar är ofta bra för räckvidd, men kan ge oväntade problem. Sensorer placerade nära gatewayen gör att sensorerna hamnar i antennens vertikala “döda zon”. Antenner med hög förstärkning (till exempel 8–12 dBi) som är rundstrålande kan ge en smal vertikal lob och kan “skjuta över” närliggande noder vilket kan göra att man kör på fel spreading factor i onödan. I gengäld kan en korrekt riktad riktantenn skärma ut störningar i vissa riktningar och skjuta signalen ”mer på målet” och med effekten att spreading factor är lägre. Tänk också på att för hög placering kan ge för stor cell vilket kan ge numerikst högre spreading factor.

Radiomässigt så kan reflektioner, refraktioner och speglingar från tak, fasader och metallstrukturer göra att signalen påverkas. Här finns massor av saker att se över, som inte alltid är så lätta att avgöra.

5. Trafikanalys

Så väl man tittat på ovanstående så behöver man analysera belastning per kanal/spreading factor, spreading factor-fördelning och liknande. Kapaciteten påverkas av spreading factor (SF), datapaketens storlek och sändintervall – till exempel tar en sändning med numeriskt hög spreading factor betydligt längre tid i etern och upptar mottagningsresurser längre, alltså en ren nätbyggnadsfråga och planeringsfråga.

6. Airtime, duty cycle och ADR

Utöver spreading factor och paketstorlek påverkas kapaciteten av hur länge varje sändning upptar etern. Inom EU-bandet 868 MHz gäller duty cycle-begränsningar (1 % av tiden), vilket innebär att en enhet endast får sända under en mycket liten del av tiden. Ju längre sändningstid varje paket har, desto snabbare nås denna gräns. Höga spreading factors ger längre räckvidd men ökar sändningstid kraftigt. Begränsningen gäller även gatewayens nedlänkar. Dett gör att många typer av meddelanden konkurrerar om en mycket begränsad sändtid från gatewayen.

ADR (Adaptive Data Rate) spelar därför en central roll. Om ADR saknas eller är felaktigt konfigurerat kan noder fortsätta sända med onödigt hög spreading factor. Det ökar airtime, belastar nätet och minskar kapaciteten för alla enheter.

7. Gateways RF- och filtrering

Alla gateways är inte lika tåliga i “stökig RF-miljö”. I närheten av starka radiosignaler kan enklare RF-front-end bli överstyrd och tappa mottagning även vid god signalstyrka från noderna. En gateways förmåga att filtrera ut störningar är därför viktig.

En LoRaWAN-gateway kan ta emot flera signaler samtidigt, men den har ett begränsat antal parallella demodulatorer (vanligen åtta i moderna gateways baserade på Semtech SX130x-kretsar). Det innebär att ett antal datapaket kan tas emot parallellt, särskilt när de använder olika frekvenser och spreading factors.

Gateways utnyttjar multi-channel- och multi-SF-mottagning, vilket gör att fler paket kan tas emot samtidigt än vad som ofta antas. Samtidigt kan paket gå förlorade om många sändningar sker exakt samtidigt på samma frekvens och spreading factor. Kollisionsrisken påverkas därför inte enbart av signalstyrka utan även av timing, frekvensanvändning och nätets totala belastning.

I miljöer nära mobilbasstationer eller annan kraftig radiosändning kan intermodulationsstörningar uppstå i mottagaren. Signaler från LTE- och 5G-band kan dessutom ge upphov till harmoniska frekvenser som faller inom LoRaWAN-bandet och höjer brusgolvet. Detta kan försämra mottagningen även när signalstyrkan från noderna är god.