LoRa网关的多址调度算法

无线基站的调度

如果一个基站（或网关）为众多设备提供联网服务，需要根据实际情况设计合理地多址调度策略和算法。为了充分调配空间频谱资源，任何系统都是在TD/FD/CD/SD四种方式进行组合。

空分多址

观察GSM/CDMA，乃至3G/4G的基站设计中，首先是空间多址方式，即切割成六个面，分别使用不同的频段与终端保持通讯。这也是蜂窝通讯的核心设计之一。

但空分多址需要大量的合理布局以及优化团队。所以在大多数情况下，LoRa或基于FSK的LPWAN是不太可能用得上这种方式的。

码分多址

码分多址从高通的2G CDMA开始普及，在3G WCDMA，TDS-CDMA，4G LTE中都混用了某种码分多址的技术。而LoRa采用的线性调制技术，也可以理解为一种码分多址。但是基于窄带FSK的LPWAN则仅能够使用调频一种方式。

频分多址

这是最传统、最简单的调度策略，LoRa的ISM频段中，使用的各个频段可以人为地切割为多个频段，可以混用这种多址方式。

时分多址

这种调度算法比较复杂，但是LoRaWAN协议中，设备上传使用的是ALOHA竞争型，而网关下发恰恰使用时分多址方式。这也是网关设计难点之一。

LoRa的策略

兼容LoRaWAN的网关，首先使用的是FD的方式，划分成N个工作频段。

其次，在每个工作频段中，可以通过工作距离和其他参数，使用不同的调制系数，由于不同的调至系数是正交的。通过CD方式，可以将设备划分为不同的逻辑分组。

第三，不同的频段和调制系数上，加载LoRaWAN的规范，利用TDD和ALOHA混合策略构造这个逻辑分组内的通讯。

第四，如果有方向性天线和TCP通道支持多个网关，那么使用SD来优化工作区域。

LoRa网关的实现

我曾经在《物联网网关编程模式选择》一文中表达了自己的疑惑。但现在看来，网关的每个收发前端必然只能够针对FD/CD/TD以及SD中的组合选项之一。也就是说每个收发器虽然可以工作于任意一种组合，但某个时点上，只能够选择组合之一：433.9MHz，带宽1MHz，调制度10，使用ALOHA/TDD方式，报文长度也是特定的。而且由于调制方式的特殊性，收发器的Beacon的时间也不一致。

那么也就是说，除非使用IBM建议的Backhaul方式，如果在网关一侧实现复杂的调度算法，采用单线程异步方式和多线程都很难调试，倒是使用多进程比较合理。