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

Wi-SUN 是一種無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn)，可為智慧城市應(yīng)用提供可互操作、安全且可擴(kuò)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、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節(jié)點(diǎn)組成。在這篇博客中，我們將重點(diǎn)介紹一種特定類型的節(jié)點(diǎn)：有限功能節(jié)點(diǎn) (Limited Function Node, LFN)。

當(dāng)前市場(chǎng)有何挑戰(zhàn)？

網(wǎng)絡(luò)運(yùn)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(kuò)展使用場(chǎng)景，并提高部署這些網(wǎng)絡(luò)的投資回報(bào)。對(duì)于 Wi-SUN 部署，最簡(jiǎn)單的方法是向網(wǎng)絡(luò)添加額外的節(jié)點(diǎn)和功能，從而將使用場(chǎng)景擴(kuò)展至線路供電設(shè)備以外。燃?xì)獗?、水表、停車收費(fèi)碼表、傳感器等設(shè)備通常由電池供電，從而對(duì)使用路燈和電表創(chuàng)建的網(wǎng)絡(luò)形成了邏輯擴(kuò)展。這些電池供電設(shè)備為公用事業(yè)公司、市政當(dāng)局或其他網(wǎng)絡(luò)所有者創(chuàng)造了協(xié)同增效效應(yīng)，然而最初推出 Wi-SUN FAN 時(shí)，并沒有任何機(jī)制來支持這些類型的設(shè)備。

什么是低能量的節(jié)點(diǎn)？

相比全功能節(jié)點(diǎn)（FFN），低能量的節(jié)點(diǎn)或稱LFN是功能和資源有限的設(shè)備。FFN 可以在 Wi-SUN 網(wǎng)絡(luò)中充當(dāng)路由器、繼電器或協(xié)調(diào)器。然而，LFN 是一種只能在Wi-SUN網(wǎng)絡(luò)中充當(dāng)終端設(shè)備或leaf node的設(shè)備。LFN 無(wú)法為其他節(jié)點(diǎn)路由或中繼數(shù)據(jù)包，只能與其parent node通信，通常是 FFN。

為什么使用LFN？

LFN 設(shè)備設(shè)計(jì)采用低成本、低功耗和持久耐用的設(shè)計(jì)，非常適合要求在長(zhǎng)距離和惡劣環(huán)境中進(jìn)行簡(jiǎn)單和安全可靠數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用。LFN 設(shè)備的一些示例包括：

■ 智能電表：智能儀表測(cè)量和報(bào)告燃?xì)?、水或其他公用事業(yè)的消耗情況，但與電表不同，這些設(shè)備通常采用電池供電，預(yù)計(jì)可持續(xù)使用 10-20 年而無(wú)需更換電池。

■ 智能傳感器：這些設(shè)備監(jiān)測(cè)和報(bào)告各種環(huán)境參數(shù)，如溫度、濕度、空氣質(zhì)量、噪聲級(jí)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(hù)或交互，并且能可靠地運(yùn)行。

■ 智能執(zhí)行器：這些設(shè)備控制和運(yùn)行各種設(shè)備，如閥門、開關(guān)、電機(jī)等。灌溉系統(tǒng)、太陽(yáng)能電池板陣列等設(shè)施可以利用已經(jīng)部署的網(wǎng)絡(luò)來加強(qiáng)控制和監(jiān)測(cè)，無(wú)需額外增加任何基礎(chǔ)設(shè)施成本。

Wi-SUN FAN 1.1 和LFN節(jié)點(diǎn)的特性

Wi-SUN FAN 1.1 為 Wi-SUN 標(biāo)準(zhǔn)帶來了許多變化，旨在提高性能和可靠性，同時(shí)增加對(duì) LE 節(jié)點(diǎn)的支持。一些主要變化包括：

■ OFDM 調(diào)制：在 Wi-SUN 網(wǎng)絡(luò)中添加 OFDM 支持功能可提高數(shù)據(jù)速率，以支持無(wú)線更新等功能，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(shè)備同時(shí)與多個(gè)節(jié)點(diǎn)互相收發(fā)消息。該功能通過提供單線傳輸而非多線傳輸，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(shè)備能夠在已經(jīng)建立的 FAN 1.0 網(wǎng)絡(luò)上通信和運(yùn)行。這就確保了較舊的設(shè)備可以留在現(xiàn)場(chǎng)并正常運(yùn)行，同時(shí)也能將較新的設(shè)備添加到基礎(chǔ)設(shè)施中。

LFN 設(shè)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(shè)備使用電池或能量收集技術(shù)為自己供電。這些設(shè)備還使用能耗低于傳統(tǒng)設(shè)備的低功耗無(wú)線電模塊。

■ 電池壽命長(zhǎng)：LFN 設(shè)備可以持續(xù)使用數(shù)年，而無(wú)需更換電池或充電。這些設(shè)備通過使用抽樣監(jiān)聽技術(shù)來減少無(wú)線電活動(dòng)和功耗，保持長(zhǎng)久的電池壽命。

■ 抽樣監(jiān)聽：LFN 設(shè)備會(huì)間歇性而非持續(xù)性監(jiān)聽信道。此類設(shè)備使用信標(biāo)幀將監(jiān)聽間隔與父節(jié)點(diǎn)同步。這樣就可以節(jié)省能量并避免與其他節(jié)點(diǎn)發(fā)生沖突。

■ RUL（RPL Unaware Leaf ）模式：LFN 設(shè)備可以在 RUL 模式下運(yùn)行，這意味著它們并未感知到 Wi-SUN 網(wǎng)絡(luò)使用的路由協(xié)議。RUL 模式簡(jiǎn)化了 LFN 設(shè)備的實(shí)施和配置，并且降低了網(wǎng)絡(luò)的開銷和復(fù)雜程度。

使用LFN有什么好處？

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

■ 對(duì)于終端用戶：LFN 設(shè)備為各種智慧城市服務(wù)提供可靠安全的數(shù)據(jù)傳輸。它們還通過延長(zhǎng)電池壽命和減少人為干預(yù)需求來降低這些服務(wù)的運(yùn)維成本。

■ 對(duì)于網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商：LFN 設(shè)備通過添加更多節(jié)點(diǎn)來提高 Wi-SUN 網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性和穩(wěn)健性，而不會(huì)影響服務(wù)的性能或質(zhì)量。它們還通過使用 OFDM 調(diào)制和多播支持來提高網(wǎng)絡(luò)效率和覆蓋率。

■ 對(duì)于設(shè)備制造商：LFN 設(shè)備通過使用標(biāo)準(zhǔn)化和可互操作的組件和協(xié)議來降低生產(chǎn)和開發(fā)成本。此類設(shè)備還能提供兼容而靈活的產(chǎn)品，從而提高市場(chǎng)潛力和客戶滿意度。

LFN開發(fā)有何挑戰(zhàn)？應(yīng)如何應(yīng)對(duì)？

LFN 設(shè)備面臨一些挑戰(zhàn)，我們可以通過 Wi-SUN FAN 1.1 規(guī)范加以應(yīng)對(duì)。這些挑戰(zhàn)包括：

■ 可擴(kuò)展性：LFN 設(shè)備需在不影響網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性或性能的情況下動(dòng)態(tài)地加入或離開網(wǎng)絡(luò)。這些設(shè)備還需處理來自多個(gè)來源或目的地的大量數(shù)據(jù)。

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

■ 向后兼容性：LFN 設(shè)備需與使用舊版Wi-SUN標(biāo)準(zhǔn)或協(xié)議的現(xiàn)有或老舊節(jié)點(diǎn)配合使用。這些設(shè)備還要在不中斷其功能或連接的情況下升級(jí)或更新固件或軟件。

芯科科技的Wi-SUN 產(chǎn)品組合

十多年來，芯科科技一直致力于開發(fā)適用于工業(yè)和商業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景的解決方案，在引領(lǐng) Wi-SUN 標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)方面有著豐富的經(jīng)驗(yàn)。我們提供一系列支持 FSK 和 OFDM 調(diào)制的 Wi-SUN 認(rèn)證 IC，以及充足全面的參考設(shè)計(jì)和開發(fā)工具。

其中一款產(chǎn)品是 EFR32FG25 Sub-GHz無(wú)線 SoC。這是一種集成了高性能無(wú)線電、ARM Cortex-M33 內(nèi)核和 1920 KB 閃存的SoC。它支持適用于LFN設(shè)備的 Wi-SUN FAN 1.1 規(guī)范和RUL模式。借助對(duì) OFDM、FSK 和 O-QPSK PHY 的支持，F(xiàn)G25 實(shí)現(xiàn)了針對(duì)路由和線路供電節(jié)點(diǎn)的優(yōu)化。

另外是新款的EFR32FG28 Sub-GHz無(wú)線 + 2.4 GHz低功耗藍(lán)牙SoC。這是一種結(jié)合了 2.4 GHz收發(fā)器、ARM Cortex-M33 內(nèi)核和 1024 KB 閃存的SoC。它也支持適用于LFN 設(shè)備的Wi-SUN FAN 1.1規(guī)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(yīng)用。

芯科科技Wi-SUN 產(chǎn)品組合支持與 FG25 和 FG28 設(shè)備混合實(shí)施網(wǎng)絡(luò)，因?yàn)樗鼈儽舜酥g、與其他 Wi-SUN 認(rèn)證節(jié)點(diǎn)，均可互相兼容和互操作。這使得網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商能夠部署靈活穩(wěn)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、智能廢物管理等。

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

芯科科技是海得拉巴國(guó)際信息技術(shù)研究所－智慧城市生活實(shí)驗(yàn)室（Smart City Living Lab）的第一家企業(yè)創(chuàng)始合作伙伴，該實(shí)驗(yàn)室為下一代技術(shù)提供研發(fā)生態(tài)系統(tǒng)，旨在提高致密化城市的安全性、可持續(xù)性、能源效率和整體生活質(zhì)量。生活實(shí)驗(yàn)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(xiàng)目。年底之前，會(huì)在測(cè)試網(wǎng)絡(luò)中部署 LFN 節(jié)點(diǎn)。屆時(shí)，芯科科技在智慧城市生活實(shí)驗(yàn)室發(fā)揮的積極作用將見證下一代技術(shù)提高致密化城市的安全性、可持續(xù)性、能源效率和整體生活質(zhì)量。

Wi-SUN LFN 節(jié)點(diǎn)具有多種特性（例如低功耗、電池壽命長(zhǎng)、抽樣監(jiān)聽和 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、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商和設(shè)備制造商提供了許多好處，例如可靠安全的數(shù)據(jù)傳輸、降低運(yùn)維成本、提高可擴(kuò)展性和穩(wěn)健性、提高網(wǎng)絡(luò)效率和覆蓋率、降低生產(chǎn)和開發(fā)成本、提高市場(chǎng)潛力和客戶滿意度。

最新的 Wi-SUN FAN 1.1 標(biāo)準(zhǔn)將通過實(shí)現(xiàn)多播、OFDM 和 FAN 1.0 向后兼容性來改進(jìn) LFN 節(jié)點(diǎn)。

芯科科技的 FG25 和 FG28 設(shè)備支持最新的 Wi-SUN FAN 1.1 規(guī)范，可以為開發(fā)人員提供成熟的參考設(shè)計(jì)、經(jīng)過認(rèn)證的協(xié)議棧和 PHY 以及靈活的無(wú)線 MCU 產(chǎn)品組合，以滿足各種 Wi-SUN 設(shè)備需求的一站式平臺(tái)。