लंबी दूरी के विश्वसनीय IoT नेटवर्क। भुगतान करने की लागत क्या है?

तकनीक की वर्तमान स्थिति

लंबी दूरी प्रदान करने में सक्षम IoT नेटवर्क को LPWANs: लो पावर वाइड एरिया नेटवर्क के रूप में जाना जाता है। LPWANs स्टार-टोपोलॉजी नेटवर्क हैं जो बैटरी संचालित उपकरणों से बने होते हैं, जिन्हें ज्यादातर कठोर वातावरण में तैनात किया जाता है, जहां बैटरी बदलना महंगा होता है। इसके अलावा, इन उपकरणों द्वारा भेजे गए डेटा में कुछ पैकेट / दिन होते हैं, अधिकांश समय बिना स्वीकार किए बिना, ऊर्जा बचाने के लिए और लाइसेंस मुक्त बैंडों में ईटीएसआई द्वारा लगाए गए 1% शुल्क-चक्र प्रतिबंधों को संतुष्ट करने के लिए होता है।

LoRa तकनीक जिसे सेमटेक द्वारा विकसित किया गया है, यह वर्तमान में औद्योगिक IoT अनुप्रयोगों के लिए सबसे अधिक अपनाई गई तकनीकों में से एक है। लोरा नेटवर्क बहुत कम डेटा दरों पर काम करते हैं, उपयोग में फैले फैक्टर (एसएफ) के आधार पर 0.3 केबीपीएस से लेकर 27 केबीपीएस तक होते हैं, लेकिन 15 किमी (यदि सबसे छोटी डेटा दर का उपयोग करके) तक संचारित करने में सक्षम हैं।

प्रवृत्ति बड़े पैमाने पर कनेक्टिविटी की ओर है

इन कम लागत वाली ऊर्जा और शुल्क-चक्र प्रतिबंधित नेटवर्क को बड़ी संख्या में औद्योगिक संपत्तियों को जोड़ने के दौरान सेवा की उच्च गुणवत्ता की पेशकश करने के लिए चुनौती दी जा रही है।

नेटवर्क में उपकरणों की संख्या में वृद्धि करते समय, पैकेट टकराव की संख्या बढ़ जाती है। यदि नेटवर्क सबसे तेज़ डेटा दर (लोरा के लिए SF7) पर काम कर रहा है, तो ये टकराव नेटवर्क के प्रदर्शन को कम करते हैं, लेकिन फिर भी, नेटवर्क जीवित है। जब एक लंबी श्रृंखला की आवश्यकता होती है, तो नेटवर्क सबसे कम डेटा दर (लोरा के लिए SF12) पर काम करता है। इस स्थिति के लिए, बढ़ी हुई संख्या में नेटवर्क को मारता है: भेजे गए पैकेटों में से कोई भी गेटवे पर नहीं आ सकता है।

पैकेट विखंडन: एक संभव समाधान

एलपीडब्ल्यूएन नेटवर्क अलोहा-आधारित नेटवर्क हैं, ताकि टकराव हो सकता है
पैकेट ट्रांसमिशन के दौरान कभी भी, पैकेट जितना बड़ा होगा, उसके प्रसारण के दौरान टकराव की संभावना उतनी ही अधिक होगी। किसी भी टक्कर से पूरे पैकेट का नुकसान होता है। पैकेट को टुकड़े-टुकड़े करने से यह नुकसान टकराते पैकेट के हस्तक्षेप वाले वर्गों में कम हो जाएगा, जिससे पैकेट के कुछ टुकड़े इस टक्कर से अप्रभावित रह जाएंगे। इसे निम्न आकृति में देखा जा सकता है।

Aloha नेटवर्क में टकराव: एक पैकेट को खोते समय खोए हुए डेटा की मात्रा, क्रमशः 2 और अनगढ़, एक पैकेट भेजना।

विखंडन का उपयोग करते समय रनिंग नेटवर्क सिमुलेशन प्रदर्शन में लाभ की पुष्टि करता है। प्रदर्शन को नेटवर्क गुडपुट द्वारा मापा जाता है: नेटवर्क में भेजे गए पैकेटों की संख्या के सापेक्ष गेटवे द्वारा प्राप्त सही पैकेट का प्रतिशत। परिणाम बताते हैं कि SF12 पर नेटवर्क गुडपुट 5-नोड्स नेटवर्क में भेजे गए प्रत्येक 25 से अधिक पैकेट में टुकड़े करके 10% से 80% से अधिक तक बढ़ा सकता है। नेटवर्क को सघन, अधिक महत्वपूर्ण लाभ प्राप्त किया।

जब पैकेट विखंडन का उपयोग नहीं किया जाता है, तो मामले में सम्मान के साथ 250 बाइट्स के पैकेट को टुकड़े करते समय नेटवर्क गुडपुट भिन्नता, SF12 पर चलने वाले 5, 10 और 20 सेंसर नोड्स से बना 1% कर्तव्य-चक्र प्रतिबंधित LPWAN नेटवर्क के लिए।

पैकेट विखंडन: कार्यान्वयन की लागत

जब पैकेट विखंडन का उपयोग किया जाता है, तो पेलोड को आवश्यक टुकड़ों की मात्रा में विभाजित किया जाएगा और प्रत्येक टुकड़े में हेडर का एक अतिरिक्त बाइट जोड़ा जाएगा। प्रत्येक टुकड़े के लिए यह अतिरिक्त हेडर नेटवर्क ऊर्जा की खपत में वृद्धि और अंत में डेटा भेजने में देरी के कारण होता है (मामले की तुलना में जब कोई पैकेट विखंडन का उपयोग नहीं किया जाता है)।

सेंसर नोड्स की ऊर्जा खपत पर उच्च प्रभाव क्या होता है, इसका उपयोग फैलाने वाले कारक के रूप में किया जाता है, प्रसार कारक जितना अधिक होता है, पैकेट की अवधि जितनी अधिक होती है और निहित रूप से, इसे भेजने के लिए ऊर्जा की खपत होती है।

जब एसएफ 7 पर काम कर रहे नेटवर्क के लिए, ड्यूटी-साइकिल प्रतिबंधित नेटवर्क में परिचालन करते हैं, तो देरी का अंत लगभग 50% तक बढ़ जाता है, जब कोई विखंडन का उपयोग नहीं किया जाता है, तो इस मामले की तुलना में 50 टुकड़ों में टुकड़े हो जाते हैं। SF12 पर काम करने वाले नेटवर्क के लिए, टुकड़ों की संख्या के साथ देरी में वृद्धि का अंत बहुत अधिक है, जो 260% के ओवरहेड तक पहुंच रहा है, नेटवर्क में नोड्स की संख्या से स्वतंत्र है। विलंब वृद्धि विशेष रूप से हेडर के कारण होती है जो अतिरिक्त समय की आवश्यकता को रोकती है (1% शुल्क चक्र प्रतिबंध द्वारा लगाया गया)।

किस चिंता में अधिकतम संख्या में टुकड़े / पैकेट का उपयोग किया जाना है, गुडपिट प्रदर्शन के बीच एक व्यापार बंद है जिसे प्राप्त किया जा सकता है और ऊर्जा की खपत और विलंबता के संदर्भ में अतिरिक्त लागत।