LoRaWAN 是一种低功耗广域网 (LPWAN) 技术,适用于物联网 (IoT) 应用。LoRaWAN 协议支持三种设备类别:Class A、Class B 和 Class C。这些类别在能耗和实时性方面有不同的特点:
LoRaWAN低功耗模式
LoRaWAN Class A 设备(低功耗、非实时): Class A 设备是 LoRaWAN 的基本类型,主要关注低功耗和双向通信。这些设备仅在发送上行数据后的两个预定义时隙内接收下行数据。由于其在大部分时间处于休眠状态,Class A 设备具有较低的功耗。这使得它们适用于电池供电和对能耗要求严格的场景。
LoRaWAN Class B 设备(中功耗、中实时): Class B 设备在保持相对较低能耗的同时,提供了更高的下行数据接收能力。除了 Class A 中规定的两个预定义接收窗口外,Class B 设备还具有额外的预定时下行通信窗口(称为 “ping slot”)。这些附加窗口使得 Class B 设备比 Class A 设备更能及时响应下行数据。Class B 设备适用于需要中等实时性的场景。
LoRaWAN Class C 设备(高功耗、高实时): Class C 设备提供最高实时性的双向通信。它们几乎始终处于接收模式(除了在发送数据时),可以随时接收下行数据。由于这些设备需要持续监听无线信号,它们的能耗相对较高,但在需要实时响应和控制的场景中具有优势。
LoRaWAN Class A 设备主要关注低能耗,Class B 设备在实时性和能耗之间找到折衷点,而 Class C 设备则以最高实时性为目标
LoRaWAN Class B的使用限制
可以看到,LoRaWAN协议中class B设计初衷就是在低功耗的场景下提高系统的实时性,不过在实际应用中有一定的限制:
功耗比较高:因为Class B原理是模组定时打开接收窗口来,所以模组的MCU和射频芯片都需要定时唤醒起来工作,整体功耗会比其他空中唤醒技术高很多(MCU被唤醒功耗会在mA级别)
部署复杂度高:网关必须保证在正确的时间点与节点进行通信,需要时间同步技术。网关同步源是GPS的秒脉冲。即使所有网关都具备GPS功能,在室内也无法接收GPS信号(除非拉出GPS天线),为了精确的时间同步会加大系统的部署难度。
预定时通信窗口限制:尽管 Class B 设备具有预定时的下行通信窗口,但如果在 “ping 插槽” 之外仍需要接收下行数据,实际效果将受到限制。因此,根据应用场景的具体需求,Class B 模式可能无法完全满足实时性要求。
TPUNB低功耗模式
TPUNB Type A设备(超低功耗、非实时):Type A设备只有在上行数据后的8个帧周期内接收下行数据,大部分时间处于休眠状态。模组休眠功耗在2uA左右,满足很多对功耗要求及其严格的场景。
TPUNB Type C设备(低功耗、高实时):Type C设备支持空中唤醒功能,设备和网关不需要进行精确的时间同步(系统部署简单),而且模组MCU并不需要周期性唤醒打开接收窗口,可以大幅度降低设备平均功耗。网关下发数据前先下发唤醒帧(1-5秒,可配置),设备被唤醒后就可以下发数据,能满足大部分有实时性要求的场景。
TPUNB Type D设备(高功耗、高实时):Type D设备提供最高实时性的双向通信,按帧周期下行数据节奏打开接收窗口(比loRaWAN Class C功耗会低),随时接收到网关的下行数据。满足高实时性要求的场景。
TPUNB Type C模式相对于LoRaWAN Class B模式,设备低功耗和数据实时性兼得,而且部署简单,高易用性,可以很好满足物联网的复杂场景中。