Wi-SUN無(wú)線通信模塊的最新技術(shù)動(dòng)態(tài)

　　ROHM(羅姆)

　　摘?要：作為支撐IoT發(fā)展的無(wú)線通信技術(shù)，LPWA（Low Power Wide Area/低功耗廣域網(wǎng)，顧名思義，功耗低且覆蓋范圍廣）備受矚目。雖然統(tǒng)稱為“LPWA”，但方式有很多種，它們的優(yōu)缺點(diǎn)也各不相同。本文將介紹其中ROHM重點(diǎn)開(kāi)發(fā)的“Wi-SUN”的最新動(dòng)態(tài)。

　　關(guān)鍵詞：Wi-SUN；模塊；電池驅(qū)動(dòng)

　　1 什么是Wi-SUN

　　Wi-SUN是Wireless Smart Utility Network的縮寫，是近年來(lái)制定的新無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn)。2012年Wi-SUN聯(lián)盟成立，基于IEEE802.15.4g標(biāo)準(zhǔn)，致力于全球推廣工作。

　　圖1表示W(wǎng)i-SUN在各種IoT無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)中的定位。

圖1 適用于IoT領(lǐng)域的無(wú)線通信技術(shù)

　　從圖1可以看出，Wi-SUN具有通信距離比Wi-Fi更長(zhǎng)，且數(shù)據(jù)傳輸速度比LoRa WAN和Sigfox更快的特點(diǎn)。由于它速率和傳輸距離適中，而且不依賴于基站，是一種恰到好處的無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn)，可以說(shuō)是在IoT市場(chǎng)中應(yīng)用范圍最廣的無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)。因此，它可以與未來(lái)有望普及的5G并存，并可以作為5G的補(bǔ)充來(lái)使用。

　　2 Wi-SUN標(biāo)準(zhǔn)的種類

　　Wi-SUN聯(lián)盟中有一個(gè)制定關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)的工作小組（以下簡(jiǎn)稱“WG”）。其中，根據(jù)HAN WG、JUTAWG、FAN WG工作組制定的三種標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)開(kāi)始了認(rèn)證工作，并已開(kāi)展市場(chǎng)實(shí)際運(yùn)用的推廣。ROHM已經(jīng)在開(kāi)發(fā)支持這三種標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品（圖2）。

圖2 Wi-SUN聯(lián)盟制定的規(guī)范種類和ROHM的產(chǎn)品

　　3 Wi-SUN HAN

　　3.1 關(guān)于Wi-SUN HAN /Wi-SUN Enhanced HAN

　　Wi-SUN HAN是“Home Area Network”（家庭局域網(wǎng)）的縮寫，是一對(duì)多（網(wǎng)關(guān)終端設(shè)備）星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，支持智能儀表、HEMS（Home Energy ManagementSystem）及家電產(chǎn)品等的相互連接。

　　Wi-SUN Enhanced HAN是面向最新HAN的無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn)，在Wi-SUN HAN基礎(chǔ)上，增加了兩種新功能。一個(gè)是中繼通信功能，允許使用一個(gè)中繼設(shè)備。由于可實(shí)現(xiàn)一對(duì)多（網(wǎng)關(guān)／中繼器／終端設(shè)備）樹(shù)型連接，因此即使通信距離較長(zhǎng)也可布建更穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。第二個(gè)是休眠通信功能。該功能可以實(shí)現(xiàn)更節(jié)能的雙向通信方式，因此非常適用于用戶用電池驅(qū)動(dòng)的設(shè)備的通信。

　　由于可以用比以往更少的電力進(jìn)行更大范圍的通信，因此支持Wi-SUN的設(shè)備不僅局限于前述的家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，還有望在工廠和商業(yè)設(shè)施內(nèi)的更多場(chǎng)所發(fā)揮積極作用。

　　ROHM從2019年開(kāi)始量產(chǎn)支持Wi-SUN EnhancedHAN的無(wú)線通信模塊“BP35C0-J11”?！癇P35C0-J11”不僅符合Wi-SUN Enhanced HAN標(biāo)準(zhǔn)，還具有以下功能。

　　①支持各種模式

　　BP35C0-J11支持Wi-SUN Enhanced HAN中指定的所有模式（圖3），且不需要繁瑣的硬件更換和固件切換，因此可以滿足應(yīng)用多樣化的需求。

圖3 BP35C0-J11支持的模式

　?、诰哂小癋OTA（Firmware update Over The Air）”功能

　　BP35C0-J11采用了藍(lán)碧石半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的具有Wi-SUN的高速通信（100 kbps）和足夠的ROM容量（512 kB）兩大特點(diǎn)的無(wú)線通信LSI，實(shí)現(xiàn)了非常適合實(shí)際應(yīng)用的FOTA功能。

　　另外，通過(guò)搭載FOTA功能，一旦有什么問(wèn)題時(shí)可以迅速響應(yīng)，并且能夠以低成本應(yīng)對(duì)部分標(biāo)準(zhǔn)的更新。

　?、墼u(píng)估板

　　ROHM已經(jīng)開(kāi)始網(wǎng)售安裝有BP35C0-J11的評(píng)估板“BP35C0-J11-T01”、帶天線的小型評(píng)估板“BP35C1-J11-T01”、USB加密狗型“BP35C2-J11-T01”評(píng)估套件，這些產(chǎn)品有助于縮短客戶的評(píng)估時(shí)間（圖4）。

圖4 BP35C0-J11評(píng)估套件

　　此外，用戶還可以從ROHM官網(wǎng)的支持頁(yè)面下載開(kāi)發(fā)所需的各種文檔，例如無(wú)線模塊入門指南、硬件規(guī)格書和外置天線列表等。

　　3.2 Wi-SUN HAN 的應(yīng)用

　　NextDrive公司的超小級(jí)別IoE (Internet of Energy)網(wǎng)關(guān)“Cube”中（如圖5）采用了支持Wi-SUN HAN標(biāo)準(zhǔn)的ROHM無(wú)線通信模塊“BP35C0”。

　　該產(chǎn)品支持Wi-SUN HAN標(biāo)準(zhǔn)，可以控制智能電表、蓄電池、住宅用太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備、熱泵熱水器（EcoCute）等家電設(shè)備。另外，它還具有功耗量和發(fā)電量可視化功能、以及蓄電池和熱泵熱水器的時(shí)間表功能，非常適用于HEMS和智能家居服務(wù)。

　　未來(lái)，NextDrive公司計(jì)劃發(fā)布一款能夠提供更快速的VPP(Virtual Power Plant)服務(wù)的云平臺(tái)。其中，為了支持更多應(yīng)用場(chǎng)景并擴(kuò)大能夠控制的設(shè)備范圍，還計(jì)劃推出支持Wi-SUN Enhanced HAN的Cube。

圖5 NextDrive公司的IoE網(wǎng)關(guān)“Cube”

  　4 Wi-SUN JUTA

　　4.1 關(guān)于Wi-SUN JUTA 

　　Wi-SUN JUTA是面向靠電池驅(qū)動(dòng)的智能儀表領(lǐng)域的新國(guó)際無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn)，具有長(zhǎng)時(shí)間驅(qū)動(dòng)和高可靠性通信兩大特點(diǎn)。在長(zhǎng)時(shí)間驅(qū)動(dòng)方面，利用獨(dú)特的間歇工作（除了以一定間隔發(fā)送／接收外，其余時(shí)間全部休眠）功能，大大縮短接收時(shí)間，從而使依靠電池驅(qū)動(dòng)的智能燃?xì)獗砗椭悄芩淼仍O(shè)備能夠工作長(zhǎng)達(dá)10年以上。在高可靠性通信方面，接收期間直到捕獲到信標(biāo)才會(huì)執(zhí)行發(fā)送，因此即使通信次數(shù)增加，電波占用時(shí)間也不容易增加，可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定通信。

　　從標(biāo)準(zhǔn)制定階段開(kāi)始，ROHM就已致力于開(kāi)發(fā)支持Wi-SUN JUTA的產(chǎn)品。以下為支持Wi-SUN JUTA的ROHM無(wú)線通信模塊的特點(diǎn)。

　?、倏梢圆冀ǜ叨瓤煽康木W(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)

　　可以布建能夠經(jīng)由多個(gè)中繼器（最多3臺(tái)）的、支持多跳通信和重新布建路徑的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。

　　②內(nèi)置安全功能

　　內(nèi)置安全功能，在無(wú)線通信模塊端支持通信加密和安全秘鑰更新，因此無(wú)需在主機(jī)端進(jìn)行復(fù)雜的處理，即可輕松安全地進(jìn)行通信。

　　4.2 Wi-SUN JUTA 的應(yīng)用案例

　　東京燃?xì)夤镜摹吧钍刈o(hù)服務(wù)”采用了支持Wi-SUN JUTA的ROHM無(wú)線通信模塊，用于各種傳感器和家庭網(wǎng)關(guān)之間的通信。

　　“生活守護(hù)服務(wù)”是一種智能家居服務(wù)，不在家時(shí)可通過(guò)智能手機(jī)等確認(rèn)門窗是否上鎖，家人是否回家，因此可以用來(lái)守護(hù)兒童和老人（圖6）。通過(guò)采用ROHM的無(wú)線通信模塊，能夠使用符合Wi-SUN JUTA標(biāo)準(zhǔn)的F-RIT方式，實(shí)現(xiàn)小型低功耗，以及守護(hù)服務(wù)所要求的優(yōu)異的通信可靠性。

圖6 東京燃?xì)夤镜?/span>“生活守護(hù)服務(wù)”

　　5 Wi-SUN FAN

　　5.1 關(guān)于Wi-SUN FAN

　　Wi-SUN FAN (Field Area Network)是一種可以相互通信的低功耗無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)基于IEEE802.15.4g的低功耗無(wú)線傳輸技術(shù)和支持IPv6協(xié)議的多級(jí)中繼技術(shù)。

　　該標(biāo)準(zhǔn)具有以下3個(gè)特點(diǎn)：

　?、倏刹冀軌蚋采w區(qū)域空間的多跳網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。對(duì)于安裝后的空間變化和突發(fā)性無(wú)線電干擾，可通過(guò)選擇其他路徑來(lái)使系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。例如，在樓宇內(nèi)部構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)時(shí)，柱子等會(huì)成為障礙物，但Wi-SUN FAN可以繞過(guò)它們，因此非常適用于智能儀表和智慧城市。

　?、诳梢酝ㄟ^(guò)高級(jí)身份認(rèn)證來(lái)保護(hù)通信安全。Wi-SUN FAN采用RADIUS/AAA服務(wù)器進(jìn)行身份認(rèn)證，并采用EAP-TLS方式進(jìn)行認(rèn)證。為連接的設(shè)備設(shè)置客戶端證書，并由邊界路由器端集中管理被許可的設(shè)備，因此，即使路徑發(fā)生改變，也不需要逐個(gè)設(shè)置設(shè)備。此外，加密采用非常強(qiáng)大的AES加密模式，可實(shí)現(xiàn)安全通信。

　?、壑С痔l，可在切換頻率時(shí)進(jìn)行通信。在日本國(guó)內(nèi)，設(shè)備在50 kbps通信時(shí)在922.40 MHz（33 ch）到928.00 MHz（61 ch）的28個(gè)通道范圍內(nèi)、150 kbps通信時(shí)在922.50 MHz（33,34 ch）到927.7 MHz（59,60 ch）的14個(gè)通道范圍內(nèi)切換通道并工作。利用跳頻功能，可以構(gòu)建抗無(wú)線電干擾和噪聲干擾的穩(wěn)定系統(tǒng)，并可以實(shí)現(xiàn)保密性高的通信。

　　2019年，京都大學(xué)研究生院信息學(xué)研究科的原田博司教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組、日新系統(tǒng)（NISSINSYSTEMS）公司與ROHM聯(lián)合開(kāi)發(fā)的無(wú)線設(shè)備，搭載了Wi-SUN FAN技術(shù)并成功通過(guò)了認(rèn)證試驗(yàn)，取得了認(rèn)證。2020年，ROHM計(jì)劃量產(chǎn)并開(kāi)始銷售支持Wi-SUNFAN的無(wú)線通信模塊，日新系統(tǒng)公司計(jì)劃銷售搭載Wi-SUN FAN的USB電路板。

　　5.2 Wi-SAN FAN的應(yīng)用示意圖

　　隨著物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的普及，Wi-SUN FAN未來(lái)有望應(yīng)用在大規(guī)模高可靠性的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中。例如，在新一代智能儀表、智能路燈、電動(dòng)汽車（EV）聯(lián)動(dòng)的智慧城市和基礎(chǔ)設(shè)施中的應(yīng)用，在工廠內(nèi)部的產(chǎn)品管理、在樓宇內(nèi)部需要定期檢查的設(shè)備的自動(dòng)維護(hù)、在商業(yè)設(shè)施內(nèi)的商品溫度監(jiān)控等物流管理中的應(yīng)用（圖7）。

圖7 Wi-SUN FAN的應(yīng)用示意圖?。怯睿┰O(shè)備維護(hù) 

　　6 未來(lái)展望

　　ROHM今后將繼續(xù)致力于促進(jìn)各種Wi-SUN標(biāo)準(zhǔn)的普及，并開(kāi)發(fā)和量產(chǎn)支持Wi-SUN FAN的無(wú)線通信模塊。

　　除了在IoT市場(chǎng)（已經(jīng)在智能家居和智慧城市中被廣泛應(yīng)用）繼續(xù)推廣Wi-SUN之外，ROHM還將努力在LPWA市場(chǎng)（在物流和資產(chǎn)管理、安全／智能樓宇等領(lǐng)域備受矚目）普及應(yīng)用范圍最廣的Wi-SUN，使其與未來(lái)有望普及的5G共同為創(chuàng)建更美好的社會(huì)貢獻(xiàn)力量。

　?。ㄗⅲ罕疚膩?lái)源于科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2020年第06期第21頁(yè)，歡迎您寫論文時(shí)引用，并注明出處。）