【技术】LoRa Class A B C三个模式的区别

时间： 2021-09-30 来源：信驰达

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信驰达在本文将对LoRa Class A B C三个模式的区别进行详细的讲解。在了解LoRa Class A B C三个模式之前，先来了解一下LoRa和LoRaWAN。LoRaWAN是为LoRa远距离通信网络设计的一套通讯协议和系统架构。

一、LoRa协议架构图

LoRaWAN是为LoRa远距离通信网络设计的一套通讯协议和系统架构。

图1

二、LoRaWAN 网络架构

图2

可以看到一个LoRaWAN网络架构中包含了终端、基站、NS(网络服务器)、应用服务器这四个部分。基站和终端之间采用星型网络拓扑，由于LoRa的长距离特性，它们之间得以使用单跳传输。在终端部分官方列了6个典型应用，有个细节，你会发现终端节点可以同时发给多个基站。基站则对NS和终端之间的LoRaWAN协议数据做转发处理，将LoRaWAN数据分别承载在了LoRa射频传输和Tcp/IP上。

LoRa的架构和手机差不多：终端+基站的模式。LoRa都是星形网络，没有mesh网络。LoRa设备要通过网关的4G、Wifi、网线等接入公网。其中“LoRa模块+网关+数据中转传输”部分，已经有大量成熟解决方案。 MCU连接LoRa网络，跟连接2G和NB-IoT网络的方式是类似的，重新照着模块AT指令写一遍就好了。如果上FreeRTOS之类的小系统，大部分网关厂家有参考代码可以直接搬过来用。

三、LoRa实际应用的几个参数：

市区普通场景用NB-IoT足够了，山里的牧场、科考队之类的用LoRa比较好，范围足够大。功耗上看多久上报一次数据，1000mAh的电池支撑LoRa定位器工作几个月肯定没问题。都用上LoRa了，相信数据发送频率和数据量都不会有多大的，所以容量、速度这些参考一下即可。

● 传输距离：市区2～5公里，郊区15公里。

● 工作电流：仅射频收发器，睡眠时0.2μA，接收时10mA，发送时120mA@+20dBm，20mA@+7dBm，发送时的工作电流与发射功率有关。

● 节点容量：上万（tens of thousands），与节点的数据发送频率有关。

● 速率：中国，250bits/s ~ 11kbits/s（LoRa调制），50kbits/s（FSK调制），LoRa调制最大速率相当于串口9600波特率，FSK调制最大速率相当于串口57600波特率。

● 频谱：中国，779MHz ~ 787MHz。

四、Class ABC三个模式，高效利用LoRa

Class A上下行的时序图，目前接收窗口RX1一般是在上行后1秒开始，接收窗口RX2是在上行后2秒开始。终端有数据了，就上报，顺便收一下服务器下发的指令。终端没数据的时候，服务器下发不了指令。适合用在智能井盖、智能垃圾桶、传感器等场景，你可以几天才发一个数据上去，非常省电。

图3

Class C和A基本是相同的，只是在Class A休眠的期间，它都打开了接收窗口RX2。几乎随时都可以接收数据。只干活不睡觉，功耗自然就高了。考虑到10mA级别的接收电流，不是长供电的设备最好别用这个模式。）

图4

Class B的时隙则复杂一些，它有一个同步时隙beacon，还有一个固定周期的接收窗口ping时隙。如这个示例中，beacon周期为128秒，ping周期为32秒。（实际上就跟NB-IoT的eDRX模式差不多，隔几十秒收一个数据。其他时候都在休眠。功耗低、服务器下发数据延时也不大。适合定位器、开关等场景。既不用接电，也能够“还算及时”的控制设备。

图5

五、Class B用的最多，也最复杂，技术细节：

终端和基站约定一个时间下发数据，终端和基站依靠beacon信号校对时间，确保约定的时间不会错位。下文的节点是终端设备、NS是数据服务器、网关就是LoRa基站）

ClassB的目的是使得节点具有在预定时间打开接收窗口（称之为ping slot）的能力。一个支持ClassB的网络，所有的网关都必须同步发送beacon。

NS选择哪个网关来发起下行，基于节点的最后一次上行的RSSI，因此，节点在移动并检测到收到的beacon（节点可以识别出收到的beacon来自于哪个网关）发生变化时，节点必须发起一次上行（通常发一个空的上行帧）强迫NS更新NS下行路由（NS->某网关->节点）。

节点工作在Class B之前，下面信息必须告诉NS：节点ping-slot默认周期、DR（数据速率）、频道。

同一网络，所有网关发送beacon是同时的，这来源于GPS时间的唯一性。节点是有可能“收到”多个网关的beacon。

所有节点都以Class A入网。节点的应用软件可决定切换到Class B。

1.节点应用层请求LoRaWAN层切换到Class B。节点的LoRaWAN层搜索beacon并返回结果（BEACON_LOCKED或者BEACON_NOT_FOUND）。LoRaWAN层可使用DeviceTimeReq MAC指令加快beacon搜索过程。

2.一旦进入Class B模式，节点所有上行帧的FCTRL_ClassB（FCTRL域中位Class B）都置1，从而告知NS本节点已进入Class B模式。节点MAC层将自动在每个beacon和ping时间窗打开接收。节点成功收到beacon后，LoRaWAN层会把beacon内容和RSSI传给应用层；节点在ping slot成功收到下行后，处理方法同Class A下行。LoRaWAN层在组织beacon和ping时会考虑最大可能时钟偏差。

3.移动节点必须周期通知NS更新下行路由，通常是发送一个空的上行帧。比周期发送更高效的办法是，应用层检测到beacon内容变化时主动发起上行。当然，节点需要在beacon接收和此上行之间增加一个0-120s的随机延迟（以防止多个移动节点同时发上行引起系统性冲突）。

4.任意时刻，NS可通过PingSlotChannelReq MAC指令修改节点的ping 频率和速率。

5.任意时刻，节点可修改ping周期：首先必须临时结束Class B操作（上行FCTRL_ClassB清0）并发送PingSlotInfoReq指令到NS，NS对此命令回复ACK之后，节点可使用新的ping周期重新开始进入Class B操作。

6.一段时间节点未收到beacon之后，节点MAC层必须通知应用层当前MAC已切换到Class A。同时，LoRaWAN层也不再设置上行FCTRL_ClassB。应用层可以周期性尝试切回Class B（重新从上述第1步即搜索beacon开始）。

六、收不到Beacon怎么办？多收一会

LoRa终端和LoRa基站之间的时间同步，是LoRa比NB更省电的核心要素。NB不需要同步，是因为NB终端会定期向服务器发心跳。LoRa一旦约定好了时间，基站就默认设备一定会在那个时间点接收，所以需要严格的时间同步。Beacon则是时间同步的最关键的地方。

节点由ClassA切换到ClassB之前必须收到beacon，进入ClassB之后还需要周期搜索/接收beacon，从而同步时钟。Class B节点可能临时收不到beacon，此时节点要逐渐加宽beacon和ping的接收窗。如果收到beacon后2小时收不到新的beacon，节点需使用内部时钟保持同步。使用温度传感器可以进一步降低节点内部时钟晶振的误差。

图6

七、Beacon周期内部的时序

两个连续beacon起点之间时间差称之为beacon周期。

图7

Beacon周期128s，减去5.12s，剩余122.88s为ping可用时间。122.88s=4096*30ms

Guard time是给上一次ping用的，保证ping完成后才能进行beacon发送。

beacon reserved是给beacon用的，保证beacon完成后才能进行ping发送。

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Standex-Meder（斯丹麦德）干簧开关&传感器选型指南（中文）

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型号- MK05 -1A66C-500W,ORD213,MK07- 1 X 00 0 - 0000 W,MK04 -1A66C-500W,ORD211,MK11/M8 -1A66E-500W,ORD219,MK18- X - 0000 W,MK03 -1A66C-500W,M02,ORD2221,KSK-1A33,M04,M03,KSK-1A31,MK03 -1A66D-500W,MK21/X- 1 X 00 0 - 0000 W,M05,MK04 -1A66D-500W,KSK-1A35,MK11/M8- 1 X 00 0 - 0000 W,MK31-B - 3,MH21- 00 X - 000 W,ORD324,MK10-C - 270,GR100,MK25 - 1 X 00 - 0000 W,MK05 -1A66D-500W,GP560,M11(B),M21/P(1,2),KSK-1C90F,M13,MK11/M8 -1A66D-500W,MK23-80,MK23-85,MK23-87,M11(S),ORD311,ORD312,MK11/M8 -1A66B-500W,KSK-1A55,KSK-1C10,KSK-1A53,ORT551-1,KSK-1A54,M27,MK23-90,ORT551,KSK-1A52,MK16-B - 0,MH32- 00 X - 000 W,KSK-1C90U,GP501,MK22-B - 0,MK13 -1A66B-500W,MK13 -1A66E-500W,ORD2211,ORD2210,KSK-1A35/1,KSK-1A46,MK17-B - 0,MK27 - 1 A 00 0 - 000 W,PR126,MK23-35,MK11- 1 X 00 0 - 0000 W,MK26 - 1 X 00 0 - 0000 W,MK11/B00- 1 X 00 0 - 0000 W,MK04 - 1 X 00 0 - 0000 W,ORD228VL,KSK-1A66/3,MK14 - 1 X 00 0 - 0000 W,MK03 - 1 X 00 0 - 0000 W,MK20/1- X - 000 W,M11(P),MK23-46,GP400,MK23-501-B - 0,ORD2210V,KSK-1A66,KSK-1B85,KSK-1E66,MK01-X,MK15-B - 0,MH04- 00 X - 000 W,KSK-1A69,MK28- 1 X - 000 X,ORD324H,MK06-00-X,MK09- 1 A 00 - 0,MK23-000 - 0 - 0,MK13 -1A66C-500W,MK13 -1A66D-500W,MK23-52,NL126,ORD2211H,MK12 - 1 X 00 0 - 0000 W,PR560,MK08 - 1 X 00 - 0000 W,ORD221,MK24-B - 0 - OE,MK11/M8 -1A66C-500W,MK05 - 1 X 00 0 - 0000 W,ORD229,ORD9215,KSK-1E85,KSK-1A87,KSK-1A04,KSK-1A80,MK03 -1A66E-500W,MK04 -1A66B-500W,MK02/0 - 1 X 00 - 0000 X,MK20/2- X - 000 W,MK03 -1A66B-500W,MK04 -1A66E-500W,MK05 -1A66B-500W,MK05 -1A66E-500W,KSK-1A85,MK23-66,KSK-1A82,KSK-1A83,KSK-1B90U

选型指南 - STANDEX-MEDER - V4 - 2023/1/29 PDF 中文下载

信驰达提供多款主流大功率无线蓝牙透传模块，满足更大范围的无线通信需求

信驰达提供多款主流的大功率蓝牙模块，这些蓝牙模块不仅具备大发射功率的特点，还集成了先进的无线连接技术，如ZigBee、Matter、Thread多协议等，提供板载 PCB 天线、外置 IPEX 天线和邮票半孔引出3种可选天线，为智能家居、工业自动化等各种应用提供了强大的无线通信解决方案。

应用方案发布时间 : 2024-07-08

信驰达（RF-STAR），是一家专注于射频核心器件、无线射频整体解决方案的高新技术企业，主营业务涵盖蓝牙、WiFi、LoRa、ZigBee、Sub-1GHz等射频通信模块，其BLE蓝牙模组国内出货量第一。世强是信驰达官方授权生态合作伙伴，代理信驰达旗下低功耗蓝牙模组等产品，库存丰富，正品保证。

蓝牙模块

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信驰达（RF-star）物联网射频模组选型指南

描述- 信驰达（RF-star）是一家专注于低功耗无线射频应用的高新技术企业，致力于为客户提供基于BLE、Wi-Fi、UWB、Matter、Zigbee、Thread、Sub-1G、Wi-SUN等核心技术的软硬件设计与制造、APP交互及物联网云后台开发、大数据分析、以及OEM与ODM服务，其产品及服务广泛分布于新能源汽车、消费电子、医疗电子、工业物联网、智慧能源等领域。

型号- CC2642R,CC2662R2F-Q1,CC2642R2F-Q1,NRF52,NRF52833,NRF52832,RSBRS02AI,RF-WM-20DNB1,RF-WM-3235A1S,A020F1024IM48-B,NRF52840系列,A010F1024IM48-B,RF-SM-1277B2,RF-BM-ND04I,RSBRS02AA,RF-SM-1277B1,CC1312系列,RF-BM-ND04C,EFR32FG25,RF-BM-2652P2I,RF-WM-3200B3,NRF52系列,RF-WM-3200B1,CC2530系列,CC2640R2FRGZ,EFR32XG24系列,RF-BM-4044B5,C224系列,RF-WM-20CMB1,2E0RKPR,CC1312,RF-BM-ND05I,CC1310,RF-BM-4044B2,CC2640,C2640R2F,RF-BM-4044B4,RF-SM-1077B2,RF-BM-4044B3,RF-SM-1077B1,CC264X系列,CC2652R,CC2540,RTL8720DN,RTL8720DN系列,RF-BM-2642B2,RF-DG-40A,C224F512GM32-C,NRF52811,NRF52810,RF-BM-BG22B1,RF-ZM-2530P1I,RF-BM-BG22A3,RF-WM-3235B1S,EFR32BG22系列,RF-B-SR1,BG24,RTL8711AF,CC2530,CC2652,RF-BM-4077B1,RF-BM-4077B2,CC2652P,CC3220SF,CC2340系列,RF-BM-MG24B2,C112F352GM32-C,RF-BM-MG24B1,RF-BM-2652P7,CC131X系列,NRF52805,RF-BM-BG22C3,CC3235S,CC131X,CC1352P7,CC264X,RF-BM-2652P2,RF-BM-2652P3,RF-BM-2652P4,CC3235SF,CC2652P7,RF-ZM-2530B1,EFR32XG24,CC32XX系列,A410F1536IM48-B,CC1352,RF-BM-ND09A,C112系列,A420F1536IM48-B,RF-WM-11AFB1,RF-DG-22A,RF-BM-ND04CI,CC2651R3系列,RF-WM-RTL8720DNB1,EFR32BG22C112,CC265X,EFR32BG22,RF-BM-2340C2,ATM2202,EFR32BG24,BG24 系列,RF-DG-52PAS,RTL8720CM,CC2340R5,RF-B-AR4,RF-B-AR1,RF-BM-2652B1,RF-ZM-2530P1,RF-BM-BG22A1,RF-BM-2652B2,RF-TI1352B1,CC2640R2FRSM,RF-ZM-2530B1I,CC2652R7,RF-BM-2340A2I,EFR32BG22C224,RF-BM-BG22A1I,RF-BM-2340B1,CC1352P7系列,CC2340,RTL87XX系列,RF-WM-3235B1,RS02A1-B,RS02A1-A,RSBRS02ABR,RF-BM-ND10,C224,RF-BM-BG24B1,RF-DG-32B,RF-BM-ND04,RF-BM-ND05,RF-BM-ND06,RTL87XX,RF-BM-ND08,RF-BM-2340B1I,RF-BM-2340A2,2E0RGER,NRF52840,CC2592,RF-TI1352P1,EFR32MG24,RF-WM-3235A1,CC32XX,RF-BM-ND08C,RF-BM-2652P4I,CC3200,CC2640R2L,RF-BM-ND08A,RF-WM-3220B1,RF-BM-2651B1,CC3235SF系列,CC2640R2F,CC1312R,C1312R7,CC2640R2F-Q1,C112,RF-BM-BG24B2,CC1352P,CC3235S系列,CC1352R,CC2651R3,RF-WM-RTL8720CMB1,RF-BM-BG22A3I,RSBRS02ABRI

选型指南 - 信驰达 - 2023/8/4 PDF 中文下载