LoRaWAN®通信良好的关键 —“LBT 对话前监听”

很多朋友对LoRaWAN®通信良好的关键，—“LBT，对话前监听”不是很了解，每日小编刚好整理了这方面的知识，今天就来带大家一探究竟。

如今，洛拉万不再是一个不常见的新名词。是专门为物联网设计的低功耗广域网。通过开源技术，LoRaWAN信号可以在未经授权的频段传输。LoRaWAN技术比Wi-Fi和蓝牙的传输距离更远，已经成为很多新型物联网解决方案的首选。另外，LoRaWAN在室内也能很好的运行，对于蜂窝网络覆盖较差的偏远地区意义重大。

LoRaWAN实际上是一个定义网络通信和架构的上层协议栈。更具体地说，它是一种具有网络层组件的媒体访问控制(MAC)协议，主要指网络以及数据如何通过网络传输。那么这个协议中设备之间的通信是如何发生的呢？

LoRaWAN协议内部设备之间如何通信？虽然在LoRaWAN设备之间有许多通信模式，但最流行和最广泛使用的是“纯基于ALOHA”的数据传输模式。那是什么？ALOHA是一种多址协议，一般用于通过共享网络信道传输数据，运行在开放系统互连(OSI)模型的MAC子层。这其实是一个非常简单的协议，来自多个节点的多个数据流通过组播通道传输。

简单是ALOHA受欢迎的主要原因，但如果应用于大规模部署，并不是数据传输的最佳选择。在纯ALOHA中，传输时间是连续的，每当一个节点有数据要发送，就立即发送。但是如果数据包有冲突，就比较麻烦了。如果另一个节点同时在传输，帧就会被破坏，发送方等待重传的时间量是随机的，不确定的。这可能会导致关键数据丢失和传输延迟。

虽然LoRaWAN可以免费使用，但还是有一些限制。为了保证每个人都能安全地获取和使用，很多国家和地区的政府都在国家层面做了一定的限制。例如，韩国频率法规为LoRaWAN的每个子频带中的设备规定了特定的占空比。LoRaWAN使用的大部分通道占空比低至2%，日本也有具体要求。

在这些国家和地区，如果您要访问未经许可的频道的设备，LBT(通话前监听)是强制性的。在这些国家和地区，在传输之前需要执行一个或多个纯信道评估(CCA)。

什么是LBT，它是如何工作的？题目中的LBT(对话前先听)不是文字游戏，也不是噱头。LBT可以解决许多创新物联网项目的两个主要问题：由于严格的准入规定而无法进入该国市场，以及由于网络中的数据包冲突而导致的数据丢失。

如前所述，为了在韩国和日本销售和使用该设备，有必要集成LBT功能。没有它，这种设备就无法在这些国家和地区获得合法运营所需的认证。这个问题相对容易解决，更大的问题其实是数据丢失。

这个问题的解决方案其实是LBT本身的性质。LoRaWAN协议允许多个用户共享同一个信道。启用LBT后，设备将持续监控信道，并使其仅在信道未被使用时进行传输。因为在使用信道之前需要应用CCA(纯信道评估)检查。也就是说，设备必须首先传输其数据(发出呼叫)，但前提是它需要确保信道空闲(侦听)。

根据不同国家和地区的具体法律法规，CCA可以通过两种方式进行。Jorge Ortn、Matteo Cesana和Alessandro Redondi在他们的论文《用 LBT 增强LoRaWAN的表现》中解释了LBT的两种不同实现：基于能量检测的物理层LBT和基于第2层帧解码的MAC层LBT。他们还提出了一个马尔可夫框架来评估在这种设置下LoRaWAN的数据提取率以及传输上行链路消息所经历的平均延迟的性能。

这篇论文很有趣。本文讨论了在Lorawan中使用LBT方法来增强网络性能的可能性，因为在采用纯基于ALOHA的MAC方案之前，Lorawan已经被证明存在性能瓶颈。而且随着网络规模的扩大，最大信道利用率只有18.4%。

是否使用LBT实际上是由设备本身决定的。MAC层定义了三种类型的终端设备。A类设备通过使用根据标准的基于简单随机ALOHA的接入协议在上行链路中传输，并且在上行链路传输之后只能在下行链路中接收业务；B类设备可以定期醒来以接收预定的下行链路数据流量；C类设备持续监听，通常由市电供电。

在撰写本文时，A类设备是市场上最受欢迎的设备。为了限制ISM频段内的干扰，如果运行ALOHA接入协议或者采用对占空比没有限制的预对话监听方式，A类设备在欧洲必须以低于1%的占空比运行。所以“监听”是在物理层或者MAC层做的，各有利弊。“对话”部分呢？

在文章《无数据丢失的 LoRaWAN中：研究不同通道访问方法的性能》中，Frank Loh、Noah Mehling和Tobias hofeld解释了减少数据丢失的不同数据传输方法的研究结果。在那里，他们解释了LBT通常使用的原则——后退策略。在设备使用LBT发送消息之前，它将监听信道是否被占用。如果它是空闲的，传输将开始，否则，消息将根据预定义的退避策略被延迟，并且不需要额外的同步。

当信道被占用时，LBT的退避策略决定了尝试传输失败后消息延迟的持续时间(对于ALOHA，延迟总是传输时间)。在那篇文章中，他们演示了如何确定消息的最佳延迟的方法。一方面，目标是在新的传输尝试之前不要延迟太多；但是，另一方面，由于通道仍在使用中，因此存在尝试再次失败的风险。

最佳回退延迟是通过考虑实际部署的物理环境(位置和距离)(试图预测是否会有隐藏节点问题)和部署的密度来确定的。

瑞科汇联产品生态系统中的“LBT”和瑞科汇联(RAK)的WisGate Edge系列网关可以支持LBT。该系列网关为其最新操作系统WisGateOS 2引入的LBT功能提供了所需的物理支持。事实上，并非所有地方都需要LBT。锐科汇联通过“插件”将其添加到“扩展选项”中，用户可以根据自己的需求进行安装或卸载。但我们认为，随着洛拉万的发展，LBT是必不可少的。

洛拉万的航道规划是一项复杂的任务。挑战因素很多，包括：信道接入方式不同，A类设备和网关的占空比限制导致同步可能性有限，终端设备对节省电池的要求严格等。此外，免费使用LoRaWAN频段可能会导致潜在的交叉业务。LBT只是为劳拉旺提供了一个解决方案和更清晰的通信路径，使其不会丢失数据。

无论是希望将业务扩展到韩日的解决方案提供商，还是考虑使用LoRaWAN的公司，或者只是希望确保数据通过网络安全传输，LBT都能满足这些要求。

以上知识分享希望能够帮助到大家！