Nhật Ký Triển Khai LoRaWAN Trong Nhà Xưởng Công Nghiệp Tại Đồng Tháp
Nhật ký kỹ thuật hiện trường – Đồng Tháp, 03/11/2024
02:17 sáng. Nhà xưởng chế biến nông sản cao 12 m, nền bê tông, mái tôn và hệ thống khung thép mạ kẽm. Nhiệt độ đo được 31,4 °C, độ ẩm tương đối 84 %. Module RF đặt ở độ cao 8 m nhận được RSSI trung bình −104 dBm tại khoảng cách 180 m, với biến thiên ±11 dB trong vòng 4 phút do chuyển động của cần cẩu và luồng không khí từ quạt thông gió. Phổ đo bằng USRP B210 cho thấy mức nhiễu nền −92 dBm tại 922,3 MHz, chủ yếu từ inverter 75 kW và motor băng tải 3 pha hoạt động liên tục. Tín hiệu LoRaWAN SF9 bị mất gói 7,2 % trong 120 phút quan sát, chủ yếu do fading đa đường với độ trễ lan truyền chênh lệch 180–240 ns.
Lớp vật lý không dây – chọn băng tần và antenna trong môi trường kim loại
Băng tần được cấp phép thử nghiệm là 920–925 MHz, công suất phát tối đa 23 dBm, duty cycle giới hạn 1 %. Antenna patch 5 dBi gắn trực tiếp trên module 82 × 50 mm cho gain thực tế chỉ 2,1 dBi sau khi lắp đặt sát dầm thép. Đo VSWR tại 922,5 MHz đạt 2,3 : 1, tăng lên 3,8 : 1 khi nhiệt độ module vượt 47 °C.
Môi trường kho cao 12 m tạo ra hiện tượng waveguide mode giữa mái tôn và sàn, làm tăng xác suất thu hai đường tín hiệu lệch pha 120–180°. Kết quả là PER tăng vọt khi node di chuyển ngang dưới dầm cầu trục.
Thiết kế mô-đun phần cứng với chuẩn Open Compute Module 3.0
Module tuân thủ kích thước Open Compute Module 3.0 (82 × 50 mm) sử dụng STM32WL55CCU6 kết hợp SX1262. Giao tiếp SPI 8 MHz giữa MCU và transceiver bị gián đoạn 3 lần trong 45 phút khi nhiệt độ vượt 52 °C do trễ clock skew 18 ns. I2C bus 400 kHz dùng để đọc cảm biến BME280 và INA219 gặp lỗi ACK 4 lần liên tiếp khi motor 75 kW khởi động.
Giao thức truyền dữ liệu: so sánh overhead của LoRaWAN so với NB-IoT
Bảng 1. Overhead gói tin (payload 32 byte, không tính PHY header)
| Tham số | LoRaWAN (SF9, 922,5 MHz) | NB-IoT (15 kHz, 5G NSA) |
|---|---|---|
| Thời gian on-air / Tx | 164 ms | 8 ms |
| Overhead lớp MAC + crypto | 21 byte | 38 byte |
| Duty cycle / PSM | 1 % giới hạn | PSM 2,56 s |
| Độ trễ E2E trung bình | 1,8 s | 28 ms (URLLC slice) |
Quản lý nguồn và nhiệt trong module có thể thay nóng
Module được thiết kế hot-swap qua connector 60-pin. Đo nhiệt độ điểm nóng tại PA SX1262 đạt 61 °C sau 38 phút phát liên tục 23 dBm, duty cycle 1 %. Điện áp pin LiFePO4 3,2 V giảm 180 mV khi module chuyển từ sleep sang TX.
Rủi ro khi mở rộng cụm node mà không vi phạm giấy phép tần số tại Việt Nam
Băng 920–925 MHz nằm ngoài ISM 920–923 MHz được miễn giấy phép theo QCVN 47:2018. Mỗi cụm 120 node với duty cycle 1 % vẫn vượt ngưỡng mật độ công suất trung bình cho phép khi hoạt động đồng thời > 40 node. Sau 90 ngày vận hành cần đo lại PER, RSSI, SNR và tổng thời gian phát tích lũy để kiểm tra tuân thủ duty cycle.
