在了解LoRa Class A B C三個模式之前，我們先來了解一下LoRa和LoRaWAN。LoRaWAN是為LoRa遠距離通信網絡設計的一套通訊協議和系統架構。

LoRa協議架構圖

LoRaWAN是為LoRa遠距離通信網絡設計的一套通訊協議和系統架構。

LoRaWAN 網絡架構

可以看到一個LoRaWAN網絡架構中包含了終端、基站、NS(網絡服務器)、應用服務器這四個部分。基站和終端之間采用星型網絡拓撲，由于LoRa的長距離特性，它們之間得以使用單跳傳輸。在終端部分官方列了6個典型應用，有個細節，你會發現終端節點可以同時發給多個基站。基站則對NS和終端之間的LoRaWAN協議數據做轉發處理，將LoRaWAN數據分別承載在了LoRa射頻傳輸和Tcp/IP上。

LoRa的架構和手機差不多：終端+基站的模式。LoRa都是星形網絡，沒有mesh網絡。LoRa設備要通過網關的4G、Wifi、網線等接入公網。其中“LoRa模塊+網關+數據中轉傳輸”部分，已經有大量成熟解決方案。 MCU連接LoRa網絡，跟連接2G和NB-IoT網絡的方式是類似的，重新照著模塊AT指令寫一遍就好了。如果上FreeRTOS之類的小系統，大部分網關廠家有參考代碼可以直接搬過來用。

LoRa實際應用的幾個參數：

市區普通場景用NB-IoT足夠了，山里的牧場、科考隊之類的用LoRa比較好，范圍足夠大。功耗上看多久上報一次數據，1000mAh的電池支撐LoRa定位器工作幾個月肯定沒問題。都用上LoRa了，相信數據發送頻率和數據量都不會有多大的，所以容量、速度這些參考一下即可。

傳輸距離：市區2～5公里，郊區15公里。

工作電流：僅射頻收發器，睡眠時0.2uA，接收時10mA，發送時120mA@+20dBm，20mA@+7dBm，發送時的工作電流與發射功率有關。

節點容量：上萬（tens of thousands），與節點的數據發送頻率有關。

速率：中國，250bits/s ~ 11kbits/s（LoRa調制），50kbits/s（FSK調制），LoRa調制最大速率相當于串口9600波特率，FSK調制最大速率相當于串口57600波特率。

頻譜：中國，779MHz ~ 787MHz。

Class ABC三個模式，高效利用LoRa

Class A 上下行的時序圖，目前接收窗口RX1一般是在上行后1秒開始，接收窗口RX2是在上行后2秒開始。終端有數據了，就上報，順便收一下服務器下發的指令。終端沒數據的時候，服務器下發不了指令。適合用在智能井蓋、智能垃圾桶、傳感器等場景，你可以幾天才發一個數據上去，非常省電。

Class C 和 A 基本是相同的，只是在 Class A 休眠的期間，它都打開了接收窗口RX2。幾乎隨時都可以接收數據。只干活不睡覺，功耗自然就高了?？紤]到10mA級別的接收電流，不是長供電的設備最好別用這個模式。）

Class B 的時隙則復雜一些，它有一個同步時隙beacon，還有一個固定周期的接收窗口ping時隙。如這個示例中，beacon周期為128秒，ping周期為32秒。（實際上就跟NB-IoT的eDRX模式差不多，隔幾十秒收一個數據。其他時候都在休眠。功耗低、服務器下發數據延時也不大。適合定位器、開關等場景。既不用接電，也能夠“還算及時”的控制設備。

Class B用的最多，也最復雜，技術細節：

終端和基站約定一個時間下發數據，終端和基站依靠beacon信號校對時間，確保約定的時間不會錯位。下文的節點是終端設備、NS是數據服務器、網關就是LoRa基站）

ClassB的目的是使得節點具有在預定時間打開接收窗口（稱之為ping slot）的能力。一個支持ClassB的網絡，所有的網關都必須同步發送beacon。

NS選擇哪個網關來發起下行，基于節點的最后一次上行的RSSI，因此，節點在移動并檢測到收到的beacon（節點可以識別出收到的beacon來自于哪個網關）發生變化時，節點必須發起一次上行（通常發一個空的上行幀）強迫NS更新NS下行路由（NS->某網關->節點）。

節點工作在Class B之前，下面信息必須告訴NS：節點ping-slot默認周期、DR（數據速率）、頻道。

同一網絡，所有網關發送beacon是同時的，這來源于GPS時間的唯一性。節點是有可能“收到”多個網關的beacon。

所有節點都以Class A入網。節點的應用軟件可決定切換到Class B。

1.節點應用層請求LoRaWAN層切換到Class B。節點的LoRaWAN層搜索beacon并返回結果（BEACON_LOCKED或者BEACON_NOT_FOUND）。LoRaWAN層可使用DeviceTimeReq MAC指令加快beacon搜索過程。

2.一旦進入Class B模式，節點所有上行幀的FCTRL_ClassB（FCTRL域中位Class B）都置1，從而告知NS本節點已進入Class B模式。節點MAC層將自動在每個beacon和ping時間窗打開接收。節點成功收到beacon后，LoRaWAN層會把beacon內容和RSSI傳給應用層；節點在ping slot成功收到下行后，處理方法同Class A下行。LoRaWAN層在組織beacon和ping時會考慮最大可能時鐘偏差。

3.移動節點必須周期通知NS更新下行路由，通常是發送一個空的上行幀。比周期發送更高效的辦法是，應用層檢測到beacon內容變化時主動發起上行。當然，節點需要在beacon接收和此上行之間增加一個0-120s的隨機延遲（以防止多個移動節點同時發上行引起系統性沖突）。

4.任意時刻，NS可通過PingSlotChannelReq MAC指令修改節點的ping 頻率和速率。

5.任意時刻，節點可修改ping周期：首先必須臨時結束Class B操作（上行FCTRL_ClassB清0）并發送PingSlotInfoReq指令到NS，NS對此命令回復ACK之后，節點可使用新的ping周期重新開始進入Class B操作。

6.一段時間節點未收到beacon之后，節點MAC層必須通知應用層當前MAC已切換到Class A。同時，LoRaWAN層也不再設置上行FCTRL_ClassB。應用層可以周期性嘗試切回Class B（重新從上述第1步即搜索beacon開始）。

收不到Beacon怎么辦？多收一會

LoRa終端和LoRa基站之間的時間同步，是LoRa比NB更省電的核心要素。NB不需要同步，是因為NB終端會定期向服務器發心跳。LoRa一旦約定好了時間，基站就默認設備一定會在那個時間點接收，所以需要嚴格的時間同步。Beacon則是時間同步的最關鍵的地方。

節點由ClassA切換到ClassB之前必須收到beacon，進入ClassB之后還需要周期搜索/接收beacon，從而同步時鐘。Class B節點可能臨時收不到beacon，此時節點要逐漸加寬beacon和ping的接收窗。如果收到beacon后2小時收不到新的beacon，節點需使用內部時鐘保持同步。使用溫度傳感器可以進一步降低節點內部時鐘晶振的誤差。

Beacon周期內部的時序

兩個連續beacon起點之間時間差稱之為beacon周期。

Beacon周期128s，減去5.12s，剩余122.88s為ping可用時間。122.88s=4096*30ms

Guard time是給上一次ping用的，保證ping完成后才能進行beacon發送。

beacon reserved是給beacon用的，保證beacon完成后才能進行ping發送。