在LoRaWAN网络的覆盖范围内，可以通过添加更多网关来扩展网络容量。密集的LoRaWAN部署和优化的ADR（自适应数据速率）双管齐下，可在大幅提升网络容量的同时，将功耗和运营商TCO（总投入成本）降低约10倍。LoRaWAN已成为解决低功耗广域网(LPWAN)部署挑战的关键无线电技术之一，包括电源效率、远程部署、可扩展部署和成本效益等问题。LoRa联盟已经拥有500多家成员，近期谷歌、阿里巴巴、腾讯等重量级成员也纷纷加入联盟。第一波LoRaWAN网络部署主要集中在以KPN、Orange、Swisscom等运营商为首的全国范围内大规模部署。地平线上的下一波部署应由大型私人参与者领导，并实现公共和私人网络之间的互连，特别是对于涉及LPWAN地理定位的用例。在物联网用例中，运营商和最终客户更喜欢使用LoRaWAN进行连接。随着物联网部署密度的增加，网络规划不可避免地成为确保运营商和最终客户的长期成功和盈利能力的最重要因素之一。一个典型的例子是VeoliaBirdz和Orange最近签订的300万台水表合同。这种规模的项目需要全面和仔细的网络规划，以实现用例所需的服务密度和质量，同时优化成本。进一步研究LoRaWAN致密化技术LoRaWAN网络利用现有网络频谱，网络架构为星型拓扑结构，这使得网络部署和持续致密化变得简单：当基础设施中添加更多网关时，无需频率模式规划或重组。与Mesh技术相比，到网络基础设施的单跳最大限度地减少了功耗，因为节点不需要中继来自其他节点的通信。另一个优点是，与Mesh相比，以低节点密度的稀疏模式部署初始网络是可行的，Mesh需要最小的节点密度才能运行。更重要的是，LoRaWAN不受多跳RF网络技术在不断增加的干扰中遭受的指数数据包丢失的影响。LoRaWAN网络的另一个独特之处在于，上行链路中的消息可以被任何网关接收。网络服务器的作用是对上行链路中的元素进行去重，并根据上行RSSI估计值选择最佳网关进行下行传输。这允许将地理定位等功能轻松构建到LoRaWAN部署中。它还实现了上行链路宏分集，显着提高了网络容量和服务质量(QoS)。LoRaWAN还支持自适应数据速率(Adr)等功能，它允许网络服务器通过下行链路MAC命令动态更改终端设备的传输功率、频率和信号扩频因子等参数。优化这些设置是增加终端设备容量和降低功耗的关键。LoRaWAN参数的优化和网络的致密化将导致网络容量的大幅增加。事实上，网络的LoRaWAN容量几乎总是可以随着密度的增加而扩展。图片来源：Actility在未来，尤其是在城市环境中，由于流量的增加，LoRaWAN网络的流量有望变得更多，其未来将向LPWAN发展。致密化如何降低企业部署的总投资成本？随着部署更多的LoRaWAN网关，网络更加致密，自适应数据速率（ADR）和功率控制算法也在网络中智能应用，从而大大降低了终端设备的功耗，降低了总拥有成本（TCO）的终端设备。下图清楚地表明，致密化最多可节省10倍的功耗，并可全面降低企业部署的10年TCO。更换电池所需的劳动力是大规模企业部署的10年TCO的主要成本。图片来源：ActivityDensification可显着降低终端设备的功耗，从而降低总体TCO。图片来源：ActivityDensification可显着降低终端设备的功耗，从而降低总体TCO。LoRaWAN通常部署在未经许可的频谱中，允许任何人推出基于LoRaWAN的物联网网络。以下是三种网络部署模式：1.公共运营商网络在这种传统模式中，运营商投资区域或全国网络并向其客户销售连接服务。2.私人/公司网络在这种模式下，公司客户通常在私人地点（如机场）设置LORAWAN网关。他们要么有一个由运营商管理的网关，要么使用他们自己的LoRaWAN网络平台。第二种部署模型是密集设备用例的游戏规则改变者，因为网络容量和增强的QoS会略微增加成本。这是可能的，因为LoRaWAN在未经许可的频谱中运行，并且网关非常便宜且易于部署。3.混合模型这是LoRaWAN部署的最有趣的模型，因为它具有开放的架构。与其他LPWAN技术或蜂窝网络竞争是不可能（或相当困难）的。这是因为在特定频谱和公共网络之间没有漫游模型。有一些解决方案，例如3GPP的CBRS和MulteFire，但它们仍处于研发过程中，远未达到大规模物联网部署的成熟度，特别是对于需要10-15年电池寿命的用例.在混合模式中，运营商在全国范围内提供轻微的室外覆盖，但不同的利益相关者，如私人公司或个人，可以根据其所在地点的需要加强网络，进一步提高网络密度。该模型支持双赢的私人或公共合作伙伴关系，这些合作伙伴共享网络的成本和收入，并为大多数应用程序和设备提供密集的网络。这种模型是可能的，因为多个网关可以接收LoRaWAN消息，并且Web服务器可以删除重复项。针对不同运营商或企业运营网络的情况，LoRa联盟在《LorwanBackendInterface1.0Specification》中认可了漫游架构，以实现网络协同。这种模式显着减少了运营商的投资，并提供了一种颠覆性的商业模式，可以在最需要的地方构建物联网。图片来源：ActilityLoRaWAN允许公私部署，允许基于成本和利益共享的伙伴关系模型，并根据其需求在IOT应用程序最需要的地方加密网络。LoRaWAN致密化：降低运营商TCO的关键驱动因素在设计和部署LoRaWAN网络时，系统运营商必须平衡密集网络及其所服务传感器的成本与稀疏网络及其所服务传感器的成本。1.传统和机会主义的网络设计在传统的网络部署模型中，运营商将LORAWAN网关部署在电信塔上。这需要从塔主那里租用空间，购买一个防水的室外网关，爬上塔来悬挂网关，也许还要支付额外的电费、分区、许可证和回程费用。运营商需要进行详细的RF传播研究并挂起足够多的网关，以便为需要服务的传感器位置提供足够的覆盖。另一种选择是在运营商已经部署的设备中机会主义地部署“母”网关。网关是无状态的，因此不会给主机设备增加太多复杂性。使用USB或I2C将8通道LoRaWAN参考设计与主机设备配对。运营商可以将简单的8通道网关嵌入到正在进行的WiFi热点、电源、放大器、电缆调制解调器、恒温器、虚拟助手或任何已经量产的产品中。计算特定区域中机会主义网关的数量有些困难。网关的高度对网关的覆盖范围有很大的影响。部署在20层的网关比部署在单户住宅地下室的同一网关具有更好的覆盖范围。部署在电线杆上的WiFi热点上的网关与部署在电线杆上的网关具有不同的覆盖区域。因此，每个场景实际部署的网关数量差异很大。当每种网络类型的详细设计完成后，通常会发现机会主义部署模型允许运营商部署大约100倍数量的网关来覆盖给定区域，而成本约为传统的十分之一（与传统相比）。三方租赁铁塔模式）。2.水表：典型用例对于此分析的其余部分，我们将假设运营商需要部署LoRaWAN网络来为10万个水表提供服务。水表是一种困难的RF传播模型。安装在地上或地下，它们必须有20年的使用寿命，而郊区的仪表往往被草和泥土覆盖。让我们假设一个北美部署模型，我们可以选择使用高功率(27dBm)或低功率(17dBm)仪表。一种可能的设计是基于塔的方法。在基于塔的方法中，运营商通常会部署高功率电表以减少昂贵的塔租赁数量。为了以高功率运行，北美法规要求传感器在50多个通道上传输，促使运营商部署64通道网关。假设水表与塔基网关之间的平均距离为3公里，则传感器需要每天发送一次读数。因此，许多仪表在27dBm的SF10下运行。SensorDesigner包括一个高功率RF放大器，计算传感器整个生命周期的能量需求，并适当地确定电池的大小。另一种可能的设计是机会主义地向该地区部署数千个“母”网关。问题归结为：“我需要多少个‘母’网关才能覆盖所需区域？”在许多城市环境中，给定操作员与用户之间的平均距离为30米。如果运营商能够在大多数站点进行机会性部署，网关之间的距离将小至30米。为了进行分析，我们假设传感器与最近网关之间的平均距离从3000米减少到100米。当传感器距离网关100米时，它通常可以在SF7的17dBm（或更低）下运行。显然，网络设计人员必须考虑给定传感器与其最近网关之间的距离分布，但总体而言，节能效果显着。将基于塔的LoRaWAN网络的总容量与机会性LoRaWAN网络的总容量进行比较也很有启发意义。100个8通道机会网关的成本大约是单个64通道网关的1/10，机会网络容量是基于塔的网络容量的13倍。随着传感器密度的增加，我们可以部署额外的机会性网关，以与基于塔的网络相同的成本获得传统网络容量的大约130倍。当我们比较使用20年的27dBmSF10传感器与使用20年的17dBmSF7传感器的成本时，我们发现通过部署更密集的网络，每个传感器至少可以节省10美元。当考虑其他用例时，密集的LoRaWAN网络模型可为每组额外的传感器节省传感器费用。大多数传感器没有20年的要求，节省的成本也各不相同，但电池是任何传感器成本的主要驱动因素之一。结论大规模的网络部署可能需要在一定数量的传统网关上进行“伞式”覆盖，然后通过投机取巧的方式进行加固。通过密集化网络，传感器的整体功率预算大大降低。我们还可以设想一个部署模型，其中部署了一个带有一组服务的机会网关。运营商将在现有服务中添加基于物联网的服务（例如语音/视频/数据、恒温器控制或个人助理），传感器将与网关共存。LoRaWAN的未来是什么？当在网络中智能使用ADR算法时，LoRaWAN具有显着的容量增益和大幅降低功耗和TCO的优势。欧盟已经拥有16个频谱，但监管框架最近进行了修改，以放宽频谱要求并增加发射功率、占空比和信道数量。此外，Semtech还发布了最新版本的Lora芯片组，具有以下主要特性：接收模式功率降低50%小区覆盖范围扩大20%22dBm发射功率尺寸降低45%至4mmx4mm全球连续频率覆盖范围：150~960MHz带命令显示的简化用户界面用于密集网络的新SF5比例因子与现有部署的LoRaWAN网络兼容的协议LoRaWAN的容量取决于用例的面积和形状参数。上述LoRaWAN功能和欧盟法规即将发生的变化将在未来几年显着扩展未经许可的LoRaWAN网络，以满足物联网应用和用例的需求。如前所述，如果精心部署网络并采用先进的算法（如ADR），网络容量将大幅增加，TCO将大大降低。随着未来物联网应用的需求和广度，这将成为决定LoRaWAN部署成功与否的主要因素之一。LoRaWAN提供创新的公共或私有部署模型，运营商可以在其中通过私有或企业网关逐步增加容量和补充额外容量。通常，对于蜂窝网络，5-10%的物联网设备在网络边缘出现故障。对于较深的室内节点尤其如此（例如，智能电表的穿透损耗增加30dB）。此类节点只能通过蜂窝网络的致密化来覆盖，但仅对5-10%的物联网设备进行加密对于用例来说是远远不够的。解决这个问题的一种方法是在小区边缘部署私有LoRaWAN，并使用结合了LoRaWAN和蜂窝物联网的多技术物联网平台。另一方面，LoRaWAN提供了一种经济高效的方式来增加网络容量。LoRaWAN网关具有很高的成本效益，与3GPP小型基站相比，可以使用以太网/3G/4G回程部署，投资最少。这使得以具有成本效益的方式构建物联网成为可能。运营商可以根据应用需求逐步扩展这些网络。LoRa联盟拥有标准化的漫游功能，可以让多个LoRaWAN网络协同服务物联网设备。LoRa联盟对漫游功能进行了标准化，使多个LoRaWAN网关能够协同工作，为物联网设备提供服务。跨部署使用的宏多样性使运营商/企业能够共同强化他们的网络，以更低的成本提供更好的覆盖，例如，工业用例。如下图所示，LoRaWAN的未来将通过私有/企业网络部署和与公共网络漫游的颠覆性商业模式。图片来源：ActilityLoRaWAN提供水平连接解决方??案，以满足LPWAN部署的广泛物联网应用要求。然而，这些优势只有网络解决方案提供商专有的智能网络服务器算法才有可能实现。
