解决RAK网关与ChirpStack频段覆盖的问题

前言

背景

上个月，客户想要在他们的地区使用我司的感应器，依照客户所在地 ARIB（Association of Radio Industries and Businesses 日本无线通信工业协会）关于数字广播的技术标准文件ARIB STD-T108的要求，除规定在日本运行的AS923终端设备应执行通话前监听（LBT）外，还需满足在日本使用无线电波应遵循的频段范围。
https://www.arib.or.jp/english/std_tr/telecommunications/std-t108.html

ARIB是一个日本的行业组织，致力于推动无线通信技术和产业的发展。它制定了一系列与通信相关的标准和规范，以促进设备和服务的互操作性和兼容性。ARIB的工作涵盖了广泛的领域，包括移动通信、卫星通信、数字广播等。
ARIB STD-T108标准包括了数字音频广播系统的规范，旨在确保数字广播设备和服务的互操作性和兼容性。标准涵盖了诸如调制方式、信道编码、纠错等方面的技术规定，以促进数字广播技术的发展和应用。

LBT

LBT是一种无线通信协议或机制，通常用于规定在发送数据之前，设备必须先监听无线频谱，以确保频率上没有其他设备正在传输。在无线通信中，特别是在共享频谱的环境中（如Wi-Fi、蓝牙、LoRa等），多个设备可能需要竞争同一频率的使用权。如果两个或多个设备同时开始传输，可能会发生碰撞，导致数据丢失。LBT通过让设备在发送数据之前先监听频谱，可以检测是否有其他设备正在使用相同的频率，从而避免碰撞。

Radio channel

客户要求使用LoRaWAN AS923-1的自定义频段，根据查阅ARIB STD-T108 1.5-E1 2023.03.03文件的指示如下：

翻译成中文可参考下图：

https://qiita.com/ammo0613/items/d952154f1195b64dc29f

问题点

由于需要满足客户地区AS923-1的频段范围920.6~923.4 MHz，而标准的AS923-1频段范围为923.2~924.6 MHz。因此需要在网关上自定义AS923-1频段。最好是能覆盖上述Radio channel的所有频点。

1. 如何让网关和Chirpstack都覆盖这些频段？
2. 由于网关是8通道的，如采取使用两个8-channel网关来覆盖上述频段，Chirpstack都配置了这些频段，是否两个网关都能正常接收数据？是否数据能正常上传至Chirpstack？
3. 如果关闭了其中一个网关，那另外一个网关覆盖的频段的数据会不会丢失？会不会导致整体数据有丢失？
   

研究过程

• 使用的网关型号：RAK7268V2
• 网关固件版本：WisGateOS_2.1.8_RAK
• Chirpstack版本：V3

对于就是实操验证，经过对问题动手实践检验，得到的现象如下：

1. 使用两个8通道网关，分别覆盖JP-AS923-1低频段和高频段，发现923.2MHz、923.4MHz是必选的。Chirpstack在chirpstack-network-server.toml文件里指定对应额外通道（[[network_server.network_settings.extra_channels]]）即可。
2. 开启上面配置的两个网关，都可以接收到数据，并且在Chirpstack也能看到对应的数据。
3. 如果关闭了其中一个网关，那么在Chirpstack就只能接收到未关闭的网关所覆盖的频段的数据，而且奇怪的是根据fCnt可以发现这些数据存在类似丢包的现象，如心跳为10秒的设备，现在上传一条数据，本来10秒后就应该接收到下一条数据，但等了许久才收到，而且收到的数据的fCnt已经不连续了，证明发生了断层/丢包。

带着第3点的问题直接上官网，看有没有相关文档/帖子
找到了一篇帖子有相关借鉴回答的：
https://forum.chirpstack.io/t/gateway-profile-enabled-channels-lora-server-extra-channels/1123

翻译：



总的来说就是设备入网时，Chirpstack会为设备分配CFList，即告诉设备可以使用哪些频点来上行数据，这些频点则就是chirpstack-network-server.toml所配置的channel。再回过去看第3点的问题，我们关闭掉了其中一个网关，但由于该网关的频段已配置在Chirpstack，于是它告诉设备，你可以使用这些频段来上传数据，但由于这些频段的网关已经关闭了，所以当设备使用这些频段来发送数据时，由于没有网关来接收，就会导致数据丢失，使用另一个频段由于对应的网关还开着，所以能接收到这些频段的数据，所以这就解释了为什么会出现发生“丢包”的现象了。
正如下面一个提问者所说的，会导致其上行链路一半的数据的丢失。

所以一个Chirpstack只能对应一个范围的频段配置，如果我想要在一个Chirpstack上同时放多个客户的设备，这些设备有的要求自定义低频段有的要其他频段，那就不行了，这并不能统一起来。如果Chirpstack告诉你这些频段都能用，这会导致部分客户因为只使用部分频段而丢失数据。

解决方案

在保证一个Chirpstack面向的客户群体固定使用某个频段范围的条件下
使用两种方式来支持上述合法的频段：

稀疏性网络

当使用稀疏型网络，即感应器节点数量不多，大多数上行链路只需少数网关就可以覆盖。这种情况下就将所有设备设置使用为8通道传输，网关也使用支持8通道并覆盖同一频段的即可。
这里使用两个8通道网关均覆盖922.0~923.4 MHz。

LoRaWan网络服务器Chirpstack也配置指定主频段和额外通道：

[network_server.band]
name="AS_923"[network_server.network_settings][[network_server.network_settings.extra_channels]]frequency=922000000min_dr=0max_dr=5[[network_server.network_settings.extra_channels]]frequency=922200000min_dr=0max_dr=5[[network_server.network_settings.extra_channels]]frequency=922400000min_dr=0max_dr=5[[network_server.network_settings.extra_channels]]frequency=922600000min_dr=0max_dr=5[[network_server.network_settings.extra_channels]]frequency=922800000min_dr=0max_dr=5[[network_server.network_settings.extra_channels]]frequency=923000000min_dr=0max_dr=5

当不指定enabled_uplink_channels的时候，默认开启所有预定通道，例如AS923的预定通道只有两个，即923.2 923.4（enabled_uplink_channels=[0, 1]）。因此extra_channels可以不指定923200000和923400000了

同时在网关配置Frequency Plan：

让设备入网，等待久许，可以看到两个网关的922.0~923.4 MHz通道均被使用了：

密集型网络

当拥有密集型网络时
1) 可以使用16通道网关来覆盖上述所有频点，这个比较简单，直接在网关上配置16个频点即可；
2) 使用一对8通道网关的组合，前后覆盖所有频点，但应注意的是需要把这对组合的网关放在一起使用，即在同一覆盖范围内，不应分开在不同地方使用；

这里采取使用两个8通道网关组合的方式来尽量覆盖所需频点。主频点923.2 MHz、 923.4 MHz是必须的，一个网关覆盖921.6~922.4 MHz和922.8 MHz、923.2 MHz、923.4 MHz，另一个网关覆盖920.6~921.4 MHz、923 MHz、923.2 MHz、923.4 MHz。除去主频段点，每个网关只能覆盖额外6个通道，至此这里只有922.6 MHz没有覆盖到。

相应的在LoRaWan网络服务器Chirpstack也配置指定主频段和额外通道：

[network_server.band]name="AS_923"[network_server.network_settings][[network_server.network_settings.extra_channels]]frequency=920600000min_dr=0max_dr=5[[network_server.network_settings.extra_channels]]frequency=920800000min_dr=0max_dr=5[[network_server.network_settings.extra_channels]]frequency=921000000min_dr=0max_dr=5[[network_server.network_settings.extra_channels]]frequency=921200000min_dr=0max_dr=5[[network_server.network_settings.extra_channels]]frequency=921400000min_dr=0max_dr=5[[network_server.network_settings.extra_channels]]frequency=921600000min_dr=0max_dr=5[[network_server.network_settings.extra_channels]]frequency=921800000min_dr=0max_dr=5[[network_server.network_settings.extra_channels]]frequency=922000000min_dr=0max_dr=5[[network_server.network_settings.extra_channels]]frequency=922200000min_dr=0max_dr=5[[network_server.network_settings.extra_channels]]frequency=922400000min_dr=0max_dr=5[[network_server.network_settings.extra_channels]]frequency=922800000min_dr=0max_dr=5[[network_server.network_settings.extra_channels]]frequency=923000000min_dr=0max_dr=5

同时分别在两个覆盖网关配置Frequency Plan：
参照稀疏性网络Frequency Plan的配置方式。

让设备入网，等待久许，可以看到两个网关分别侦听到了各自负责的频段：