智慧城市－Wi-SUN 網(wǎng)絡(luò )添加 LFN 節點(diǎn)的解決方案和優(yōu)勢

Wi-SUN 是一種無(wú)線(xiàn)通信標準，可為智慧城市應用提供可互操作、安全且可擴展的網(wǎng)絡(luò )。它支持各種服務(wù)，如智能電表、智能照明、智能停車(chē)、智能廢棄物管理等。Wi-SUN 網(wǎng)絡(luò )由具備不同角色和功能的各類(lèi)節點(diǎn)組成。在這篇博客中，我們將重點(diǎn)介紹一種特定類(lèi)型的節點(diǎn)：有限功能節點(diǎn) (Limited Function Node, LFN)。

當前市場(chǎng)有何挑戰？

網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商正在尋找方法為其網(wǎng)絡(luò )增加額外的功能，旨在擴展使用場(chǎng)景，并提高部署這些網(wǎng)絡(luò )的投資回報。對于 Wi-SUN 部署，最簡(jiǎn)單的方法是向網(wǎng)絡(luò )添加額外的節點(diǎn)和功能，從而將使用場(chǎng)景擴展至線(xiàn)路供電設備以外。燃氣表、水表、停車(chē)收費碼表、傳感器等設備通常由電池供電，從而對使用路燈和電表創(chuàng )建的網(wǎng)絡(luò )形成了邏輯擴展。這些電池供電設備為公用事業(yè)公司、市政當局或其他網(wǎng)絡(luò )所有者創(chuàng )造了協(xié)同增效效應，然而最初推出 Wi-SUN FAN 時(shí)，并沒(méi)有任何機制來(lái)支持這些類(lèi)型的設備。

什么是低能量的節點(diǎn)？

相比全功能節點(diǎn)（FFN），低能量的節點(diǎn)或稱(chēng)LFN是功能和資源有限的設備。FFN 可以在 Wi-SUN 網(wǎng)絡(luò )中充當路由器、繼電器或協(xié)調器。然而，LFN 是一種只能在Wi-SUN網(wǎng)絡(luò )中充當終端設備或leaf node的設備。LFN 無(wú)法為其他節點(diǎn)路由或中繼數據包，只能與其parent node通信，通常是 FFN。

為什么使用LFN？

LFN 設備設計采用低成本、低功耗和持久耐用的設計，非常適合要求在長(cháng)距離和惡劣環(huán)境中進(jìn)行簡(jiǎn)單和安全可靠數據傳輸的應用。LFN 設備的一些示例包括：

■ 智能電表：智能儀表測量和報告燃氣、水或其他公用事業(yè)的消耗情況，但與電表不同，這些設備通常采用電池供電，預計可持續使用 10-20 年而無(wú)需更換電池。

■ 智能傳感器：這些設備監測和報告各種環(huán)境參數，如溫度、濕度、空氣質(zhì)量、噪聲級等。這些傳感器通常安裝在難以觸及的位置，所以需要盡量減少維護或交互，并且能可靠地運行。

■ 智能執行器：這些設備控制和運行各種設備，如閥門(mén)、開(kāi)關(guān)、電機等。灌溉系統、太陽(yáng)能電池板陣列等設施可以利用已經(jīng)部署的網(wǎng)絡(luò )來(lái)加強控制和監測，無(wú)需額外增加任何基礎設施成本。

Wi-SUN FAN 1.1 和LFN節點(diǎn)的特性

Wi-SUN FAN 1.1 為 Wi-SUN 標準帶來(lái)了許多變化，旨在提高性能和可靠性，同時(shí)增加對 LE 節點(diǎn)的支持。一些主要變化包括：

■ OFDM 調制：在 Wi-SUN 網(wǎng)絡(luò )中添加 OFDM 支持功能可提高數據速率，以支持無(wú)線(xiàn)更新等功能，同時(shí)提高整體網(wǎng)絡(luò )性能并緩解網(wǎng)絡(luò )擁塞。

■ 多播支持：這種功能支持網(wǎng)絡(luò )上的設備同時(shí)與多個(gè)節點(diǎn)互相收發(fā)消息。該功能通過(guò)提供單線(xiàn)傳輸而非多線(xiàn)傳輸，進(jìn)一步緩解了網(wǎng)絡(luò )擁塞并降低了總體延遲。

■ 向后兼容性：新部署的 FAN 1.1 設備能夠在已經(jīng)建立的 FAN 1.0 網(wǎng)絡(luò )上通信和運行。這就確保了較舊的設備可以留在現場(chǎng)并正常運行，同時(shí)也能將較新的設備添加到基礎設施中。

LFN 設備具有多種特性，使其能夠在Wi-SUN 網(wǎng)絡(luò )中高效可靠地工作。這些特性包括：

■ 低功耗：LFN 設備使用電池或能量收集技術(shù)為自己供電。這些設備還使用能耗低于傳統設備的低功耗無(wú)線(xiàn)電模塊。

■ 電池壽命長(cháng)：LFN 設備可以持續使用數年，而無(wú)需更換電池或充電。這些設備通過(guò)使用抽樣監聽(tīng)技術(shù)來(lái)減少無(wú)線(xiàn)電活動(dòng)和功耗，保持長(cháng)久的電池壽命。

■ 抽樣監聽(tīng)：LFN 設備會(huì )間歇性而非持續性監聽(tīng)信道。此類(lèi)設備使用信標幀將監聽(tīng)間隔與父節點(diǎn)同步。這樣就可以節省能量并避免與其他節點(diǎn)發(fā)生沖突。

■ RUL（RPL Unaware Leaf ）模式：LFN 設備可以在 RUL 模式下運行，這意味著(zhù)它們并未感知到 Wi-SUN 網(wǎng)絡(luò )使用的路由協(xié)議。RUL 模式簡(jiǎn)化了 LFN 設備的實(shí)施和配置，并且降低了網(wǎng)絡(luò )的開(kāi)銷(xiāo)和復雜程度。

使用LFN有什么好處？

LFN 設備為終端用戶(hù)、網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商和設備制造商提供了諸多好處。這些好處包括：

■ 對于終端用戶(hù)：LFN 設備為各種智慧城市服務(wù)提供可靠安全的數據傳輸。它們還通過(guò)延長(cháng)電池壽命和減少人為干預需求來(lái)降低這些服務(wù)的運維成本。

■ 對于網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商：LFN 設備通過(guò)添加更多節點(diǎn)來(lái)提高 Wi-SUN 網(wǎng)絡(luò )的可擴展性和穩健性，而不會(huì )影響服務(wù)的性能或質(zhì)量。它們還通過(guò)使用 OFDM 調制和多播支持來(lái)提高網(wǎng)絡(luò )效率和覆蓋率。

■ 對于設備制造商：LFN 設備通過(guò)使用標準化和可互操作的組件和協(xié)議來(lái)降低生產(chǎn)和開(kāi)發(fā)成本。此類(lèi)設備還能提供兼容而靈活的產(chǎn)品，從而提高市場(chǎng)潛力和客戶(hù)滿(mǎn)意度。

LFN開(kāi)發(fā)有何挑戰？應如何應對？

LFN 設備面臨一些挑戰，我們可以通過(guò) Wi-SUN FAN 1.1 規范加以應對。這些挑戰包括：

■ 可擴展性：LFN 設備需在不影響網(wǎng)絡(luò )穩定性或性能的情況下動(dòng)態(tài)地加入或離開(kāi)網(wǎng)絡(luò )。這些設備還需處理來(lái)自多個(gè)來(lái)源或目的地的大量數據。

■ 互操作性：LFN 設備需與屬于不同供應商或制造商的各類(lèi)節點(diǎn)通信。這些設備還需支持具有不同要求和偏好的各種應用和服務(wù)。

■ 向后兼容性：LFN 設備需與使用舊版Wi-SUN標準或協(xié)議的現有或老舊節點(diǎn)配合使用。這些設備還要在不中斷其功能或連接的情況下升級或更新固件或軟件。

芯科科技的Wi-SUN 產(chǎn)品組合

十多年來(lái)，芯科科技一直致力于開(kāi)發(fā)適用于工業(yè)和商業(yè)應用場(chǎng)景的解決方案，在引領(lǐng) Wi-SUN 標準的開(kāi)發(fā)方面有著(zhù)豐富的經(jīng)驗。我們提供一系列支持 FSK 和 OFDM 調制的 Wi-SUN 認證 IC，以及充足全面的參考設計和開(kāi)發(fā)工具。

其中一款產(chǎn)品是 EFR32FG25 Sub-GHz無(wú)線(xiàn) SoC。這是一種集成了高性能無(wú)線(xiàn)電、ARM Cortex-M33 內核和 1920 KB 閃存的SoC。它支持適用于LFN設備的 Wi-SUN FAN 1.1 規范和RUL模式。借助對 OFDM、FSK 和 O-QPSK PHY 的支持，FG25 實(shí)現了針對路由和線(xiàn)路供電節點(diǎn)的優(yōu)化。

另外是新款的EFR32FG28 Sub-GHz無(wú)線(xiàn) + 2.4 GHz低功耗藍牙SoC。這是一種結合了 2.4 GHz收發(fā)器、ARM Cortex-M33 內核和 1024 KB 閃存的SoC。它也支持適用于LFN 設備的Wi-SUN FAN 1.1規范和 RUL 模式。FG28的有功電流和睡眠電流較低并且RF 性能優(yōu)秀，所以非常適合用于低功耗 LFN 應用。

芯科科技Wi-SUN 產(chǎn)品組合支持與 FG25 和 FG28 設備混合實(shí)施網(wǎng)絡(luò )，因為它們彼此之間、與其他 Wi-SUN 認證節點(diǎn)，均可互相兼容和互操作。這使得網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商能夠部署靈活穩健的網(wǎng)絡(luò )，以支持各種智慧城市服務(wù)，如智能電表、智能照明、智能停車(chē)、智能廢物管理等。

智慧城市生活實(shí)驗室：實(shí)景實(shí)施 Wi-SUN 網(wǎng)絡(luò )

芯科科技是海得拉巴國際信息技術(shù)研究所－智慧城市生活實(shí)驗室（Smart City Living Lab）的第一家企業(yè)創(chuàng )始合作伙伴，該實(shí)驗室為下一代技術(shù)提供研發(fā)生態(tài)系統，旨在提高致密化城市的安全性、可持續性、能源效率和整體生活質(zhì)量。生活實(shí)驗室是一個(gè)旨在展示 Wi-SUN 技術(shù)在實(shí)景環(huán)境中的好處的項目。年底之前，會(huì )在測試網(wǎng)絡(luò )中部署 LFN 節點(diǎn)。屆時(shí)，芯科科技在智慧城市生活實(shí)驗室發(fā)揮的積極作用將見(jiàn)證下一代技術(shù)提高致密化城市的安全性、可持續性、能源效率和整體生活質(zhì)量。

Wi-SUN LFN 節點(diǎn)具有多種特性（例如低功耗、電池壽命長(cháng)、抽樣監聽(tīng)和 RUL模式），使其能夠在 Wi-SUN 網(wǎng)絡(luò )中高效可靠地工作。它們還為終端用戶(hù)、網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商和設備制造商提供了許多好處，例如可靠安全的數據傳輸、降低運維成本、提高可擴展性和穩健性、提高網(wǎng)絡(luò )效率和覆蓋率、降低生產(chǎn)和開(kāi)發(fā)成本、提高市場(chǎng)潛力和客戶(hù)滿(mǎn)意度。

最新的 Wi-SUN FAN 1.1 標準將通過(guò)實(shí)現多播、OFDM 和 FAN 1.0 向后兼容性來(lái)改進(jìn) LFN 節點(diǎn)。

芯科科技的 FG25 和 FG28 設備支持最新的 Wi-SUN FAN 1.1 規范，可以為開(kāi)發(fā)人員提供成熟的參考設計、經(jīng)過(guò)認證的協(xié)議棧和 PHY 以及靈活的無(wú)線(xiàn) MCU 產(chǎn)品組合，以滿(mǎn)足各種 Wi-SUN 設備需求的一站式平臺。