LoRaWAN协议支持三种主要类型的设备(即终端类别)，分别是 Class A、Class B 和 Class C。每种类别适用于不同的应用场景，主要区别在于它们与网关之间的通信方式和接收下行数据的能力。
一、 LoRaWAN协议支持的三种主要类型
1. Class A(双向通信)
- 工作方式：Class A设备在完成一次上行通信(即发送数据到网关)后，会开启两个短暂的接收窗口。这种方式确保了设备能够接收来自服务器的响应，但接收窗口仅在发送数据后短暂开放。
- 特点：这种模式的功耗最低，非常适合依赖电池供电的终端。
- 适用场景：适合低功耗、间歇性通信的场景，比如环境监测、远程抄表等。
2. Class B(定期接收)
- 工作方式：Class B设备在基础的Class A模式上增加了定期打开接收窗口的功能。设备通过从网关接收同步信号(信标)来打开这些接收窗口，这样服务器可以在预定时间内发送数据到设备。
- 特点：Class B设备的功耗稍高于Class A，但具有更高的接收灵活性。
- 适用场景：适用于对时延要求较高、需要定期接收控制信息的应用场景，例如智能照明、设备控制等。
3. Class C(最大化接收)
- 工作方式：Class C设备的接收窗口几乎一直处于开启状态，只有在设备进行上行发送时才会短暂关闭接收窗口。
- 特点：这种模式功耗最高，因为接收窗口几乎始终保持打开，但它提供了最小的延迟，服务器可以随时下发命令。
- 适用场景：适合不受功耗限制且对实时性要求高的应用，例如工业自动化、实时控制等。
4. 总结
- Class A：低功耗，偶尔接收，适合电池供电、间歇性通信。
- Class B：定期接收，适合对时延有一定要求的应用。
- Class C：实时接收，适合实时性要求高的设备，但功耗较大。
在LoRaWAN网络中，不同类型的设备可以共存，因此可以根据不同的应用需求，选择适合的设备类型。
二、 LoRaWAN协议中Class A、Class B和Class C设备的具体功耗对比是怎样的?
在LoRaWAN协议中，Class A、Class B和Class C设备的功耗对比如下：
- Class A设备：这是功耗最低的模式。Class A设备在上行传输后有两个短的下行接收窗口，因此它们通常处于低功耗状态，只在需要发送数据时才唤醒。
- Class B设备：Class B设备比Class A设备功耗稍高。它们除了具有Class A的随机接收窗口外，还可以根据网络定义的计划定期唤醒并打开额外的接收窗口以监听下行链路。这种设计使得Class B设备能够更频繁地接收数据，但其功耗仍然相对较低。
- Class C设备：这是功耗最高的模式。Class C设备具有几乎连续的接收窗口，只在传输数据时关闭接收窗口。这意味着它们几乎一直在接收下行链路消息，从而导致更高的功耗。然而，这种模式提供了最低的延迟，适用于需要实时通信的应用场景。
三、 LoRaWAN协议支持的设备类型在实际物联网应用中的案例
LoRaWAN协议支持的设备类型在实际物联网应用中有多种案例，涵盖了不同的应用场景和需求。
- 智慧农业：通过LoRaWAN节点模块与LoRa DTU网关，实现一套基于LoRaWAN技术的智慧农业解决方案。该方案可以实时监测田地里的土壤情况和气候环境，帮助农民更好地管理农场。
- 智能公园：在非洲的几个国家或地区公园中，LoRaWAN物联网智能公园解决方案被用于追踪犀牛的位置。通过将小型传感器直接植入犀牛的角中，智能公园跟踪器每小时更新犀牛的位置几次，为公园的安全人员提供更好的可操作情报。
- 办公楼管理：在办公楼中，可以同时部署多个基于LoRaWAN的IoT解决方案，例如用于控制空调、供暖系统、照明、安全等IoT应用程序。这些解决方案能够实现多节点数据互通，适用于智能设备管理。
- 工业物联网：Digi LoRaWAN开发套件提供了一整套设备、网关和云平台，用于加速物联网解决方案的开发。该套件包括多传感器设备、多通道网关和X-ON™云物联网免费试用，适用于大规模LoRaWAN解决方案。每个网关每天可支持150万条消息发送至X-ON云，适用于智慧城市、智能公用事业、工业物联网和智能农业等多种应用。
四、 如何根据不同的应用场景选择LoRaWAN协议中的设备类型?
在选择LoRaWAN协议中的设备类型时，需要根据不同的应用场景来决定使用哪种设备类别。LoRaWAN定义了三种终端设备类别：A类、B类和C类，每种类别都有其特定的通信模式和适用场景。
- A类设备：这是最低功耗的类别，适用于大多数物联网应用。A类设备在每次上行链路传输后有两个短的下行链路接收窗口，这使得它们非常适合需要低功耗和长电池寿命的应用场景。例如，在智能农业中，传感器可以定期发送数据，而不需要频繁接收下行消息。
- B类设备：B类设备具有额外的定期接收窗口，可以在预定时间打开以接收下行消息。这种设备适合那些需要减少通信延迟的应用场景，例如需要实时或接近实时响应的工业自动化或智能建筑中的环境监测。
- C类设备：C类设备始终保持接收窗口打开，因此延迟最低但能耗最高。这种设备适用于对实时性要求极高的应用，如紧急响应系统或需要持续监控的医疗设备。
不同的应用场景对设备的要求不同，因此选择合适的设备类别是关键。例如，在智能城市中，可能需要大量部署A类设备来监测环境质量或交通流量，因为这些设备可以长时间处于睡眠状态，仅在需要时唤醒发送数据。而在需要快速响应的工业应用中，则可能更倾向于使用B类或C类设备以确保及时的数据传输和处理。
五、 LoRaWAN协议中Class B设备的预定接收时隙
在LoRaWAN协议中，Class B设备的预定接收时隙(ping slot)工作方式如下：
- 信标同步：所有支持Class B终端设备的网关会同步广播一个信标，为终端设备提供计时参考。这个信标周期性地传输，为终端设备安排接收窗口。
- Ping槽安排：终端设备使用接收到的信标来安排其ping槽的时间。每个ping槽是终端设备在特定时间打开的接收窗口，用于接收来自网络的下行链路。这些ping槽由信标保留时间间隔结束到下一个信标保护间隔开始的时间段内分配。
- 下行链路传输：当所选ping槽开始时间到达时，网关传输下行链路。同时，设备打开接收器并尝试接收下行链路。如果没有要发送的下行链路(大约99%的时间)，网络不会传输任何内容，但设备仍需保持接收器开启以接收可能的下行链路。
- 信标和ping槽的保护时间：每个信标都有一个保护时间间隔，在此期间不能放置任何ping槽。这个保护时间间隔的长度对应于最长允许帧的时间，以确保在ping槽结束前完成Class B下行链路，不会与信标传输冲突。
- 网络服务器的角色：网络服务器根据设备接收到的上行链路信息和当前网关的传输计划，计算出最佳网关，并将下行链路排入所选网关。如果终端设备移动并检测到收到的信标中广告身份发生变化，它必须向网络服务器发送一个上行链路，以便服务器可以更新下行路由路径数据库。
- Class B模式的启用和切换：终端设备应用程序可以通过请求LoRaWAN层切换到Class B模式来启用Class B操作。一旦进入Class B模式，MAC层将FCtrl字段中的Class B位设置为1.这会向服务器信号设备已切换到Class B。MAC层将自主安排每个信标和ping槽的接收时隙。
六、 LoRaWAN协议对于Class C设备的实时通信能力限制
LoRaWAN协议中的Class C设备虽然提供了最低的延迟和最高的实时通信能力，但其在功耗方面存在显著的挑战。Class C设备几乎始终保持接收模式，这意味着它们需要持续消耗电力来维持接收器的激活状态。这种设计使得Class C设备特别适用于供电充足的场景，例如智能插头等电网供电设备，因为电池供电的设备无法长时间保持这种高功耗状态。
此外，Class C设备在多播下行链路方面也受到一些限制。例如，多播下行帧不能携带MAC命令，因为多播帧没有单播帧那样的认证鲁棒性;ACK和ADRACKReq位必须为零;MType字段必须携带“未确认数据下行”的值;FPending位表示还有更多多播数据要发送，但由于Class C设备大部分时间都会保持接收器激活状态，因此FPending位不会触发任何特定行为。
尽管Class C设备能够提供高实时性通信，但其高功耗特性限制了其在电池供电设备中的应用范围。通常情况下，Class C设备更适合于需要实时控制且对延迟要求较高的场景，如电器、灯光、电机和阀门等。
