廣域大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng) – Wi-SUN無線傳輸技術(shù)簡介

Wi-SUN聯(lián)盟成立于2012年，是一個由業(yè)界公司組成的全球非營利性組織，全球會員240家以上，包括Cisco思科、ARM安謀、TI德州儀器 、Itron（全球最大自動讀表廠商），以及濎通芯等。Wi-SUN聯(lián)盟的使命是利用開放式全球標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.15.4g，致力推動智慧電網(wǎng)以及智慧城市應(yīng)用的發(fā)展性。

Wi-SUN聯(lián)盟的發(fā)展愿景乃是基于網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)協(xié)議IEEE 802.15.4g技術(shù)規(guī)范，通過測試和認(rèn)證計劃提供強(qiáng)大的產(chǎn)品連接性，發(fā)展Wi-SUN生態(tài)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)智能城市和智慧公用通信網(wǎng)路的互操作性。

圖1 Wi-SUN是一種802.15.4g網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

圖片來源：Wi-SUN Alliance

Wi-SUN傳輸技術(shù)的特性在于具備遠(yuǎn)程傳輸、安全性、可擴(kuò)展性高、可互通、容易布建、Mesh網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，加上耗電量低的特性（Wi-SUN模塊的電池壽命有機(jī)會可以使用十年之久），被廣泛應(yīng)用在智能電表及家庭智能能源管理（HEMS）控制器等通訊裝置，亦有利于打造廣域大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)。

Wi-SUN無線通信技術(shù)具備以下三大特性：

互操作性（Interoperability）

Wi-SUN是一家致力于制定關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)和開發(fā)測試程序的組織，旨在驗(yàn)證公司的產(chǎn)品設(shè)備不僅符合IEEE 802.15.4g（智慧公用網(wǎng)絡(luò)的無線標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范），而且可以與其他供貨商的設(shè)備進(jìn)行交互操作，以用于相同的應(yīng)用。

廣泛性與可擴(kuò)展性（Ubiquitous & Scalable）

數(shù)以千萬計可靠連接的端點(diǎn)證明基于Wi-SUN的物聯(lián)網(wǎng)Mesh網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崿F(xiàn)許多物聯(lián)網(wǎng)客戶需求的廣泛性和可擴(kuò)展性。

安全性（Security）

Wi-SUN聯(lián)盟成員公司在全球部署數(shù)以千萬計的兼容物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，因此證書頒發(fā)機(jī)構(gòu)必須能夠在這種規(guī)模上運(yùn)行，Wi-SUN技術(shù)支持基于IP的設(shè)備身份驗(yàn)證與加密通信的安全技術(shù)。

Wi-SUN技術(shù)分別應(yīng)用在兩個領(lǐng)域：家庭局域網(wǎng)絡(luò)（Home Area Network， HAN）和戶外局域網(wǎng)絡(luò)（Field Area Network， FAN）：

家庭局域網(wǎng)絡(luò)（Home Area Network， HAN）

HAN透過家庭智慧能源管理（HEMS）控制器，可將智慧家電與智慧電表串聯(lián)，除能實(shí)時監(jiān)控智慧家電用電量外，也可通過智慧電表互通到FAN的智能城市等應(yīng)用，完善智能家庭布建環(huán)境。

戶外局域網(wǎng)絡(luò)（Field Area Network， FAN）

FAN的應(yīng)用主要面向于大型場域中的設(shè)施，如智慧電網(wǎng)、智慧路燈等，讓公共設(shè)施聯(lián)機(jī)到相同場域網(wǎng)絡(luò)并實(shí)現(xiàn)互操作性。

圖2 Wi-SUN技術(shù)分別應(yīng)用在兩個領(lǐng)域：家庭局域網(wǎng)絡(luò)（Home Area Network， HAN）和戶外局域網(wǎng)絡(luò)（Field Area Network， FAN）

圖片來源：Wi-SUN Alliance

Wi-SUN聯(lián)盟致力于廣域大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)的自組網(wǎng)、自修復(fù)與互聯(lián)互通，從「智能公用事業(yè)網(wǎng)絡(luò)（Smart Utility Network）」逐漸走向「智能泛在網(wǎng)絡(luò)（Smart Ubiquitous Network）」。2018年10月，Wi-SUN聯(lián)盟宣布推出FAN認(rèn)證計劃，認(rèn)證通信產(chǎn)品的互操作性，計劃所認(rèn)證的設(shè)備可被用于智能城市、智能公用事業(yè)和其他物聯(lián)網(wǎng)項目的廣域大規(guī)模戶外網(wǎng)絡(luò)。

FAN認(rèn)證計劃由Wi-SUN聯(lián)盟主導(dǎo)，F(xiàn)AN解決方案為智能城市和智能電網(wǎng)應(yīng)用提供基于開放標(biāo)準(zhǔn)的長距離、安全卓越網(wǎng)絡(luò)解決方案，為大規(guī)模的戶外網(wǎng)絡(luò)提供通信基礎(chǔ)設(shè)施。此外，Wi-SUN認(rèn)證的FAN解決方案采用全球無線通信標(biāo)準(zhǔn) IEEE 802.15.4g?、IETF IPv6 協(xié)議，可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、高性能且低功耗的長距離網(wǎng)絡(luò)。

Wi-SUN聯(lián)盟協(xié)助會員產(chǎn)品通過兼容性測試，所有通過 Wi-SUN FAN 認(rèn)證的產(chǎn)品均經(jīng)過認(rèn)證的獨(dú)立第三方測試實(shí)驗(yàn)室的嚴(yán)格測試，以確保設(shè)備可以毫不費(fèi)力并安全地協(xié)同工作。測試實(shí)驗(yàn)室與Wi-SUN聯(lián)盟合作，協(xié)助聯(lián)盟成員產(chǎn)品通過兼容性測試，使產(chǎn)品通過認(rèn)證、獲得「Wi-SUN Certified FAN」標(biāo)章，向用戶證明產(chǎn)品符合規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。

圖3 Wi-SUN FAN認(rèn)證產(chǎn)品的互操作性

圖片來源：Wi-SUN Alliance

Wi-SUN如何使城市更智能？

在要求打造便利及高效能的智慧家庭與智慧城市時代，除了需萬物連網(wǎng)外，如何使用對環(huán)境友善的「智能能源」也是一大課題。Wi-SUN技術(shù)基于IEEE 802.15.4g標(biāo)準(zhǔn)，涵蓋遠(yuǎn)距離通訊、低功耗、符合成本效益等特性，成為高效能源管理解決方案。舉例來說，當(dāng)智能電表應(yīng)用Wi-SUN通訊技術(shù)，消費(fèi)者可透過家庭智能能源管理（Home Energy Management System， HEMS）控制器搭配專屬APP查看家中產(chǎn)品用電信息及電費(fèi)預(yù)算設(shè)定；另一方面，對于電力公司則可以精準(zhǔn)分析用電量并主動優(yōu)化能源管控，二者皆達(dá)到節(jié)能效果。智慧城市可以利用先進(jìn)的計量基礎(chǔ)設(shè)施（AMI）或街道照明網(wǎng)絡(luò)提供的現(xiàn)有無線通信基礎(chǔ)設(shè)施，以實(shí)現(xiàn)其他應(yīng)用，如智能交通信號、公共交通標(biāo)志、智能停車場、電動汽車充電站等。

因應(yīng)電力自由化趨勢，日本于2013年采納Wi-SUN標(biāo)準(zhǔn)的IEEE 802.15.4g為B Route（智能電表與家庭能源管理系統(tǒng)（HEMS）之界接路徑）無線通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。***也已于2017年跟進(jìn)選定Wi-SUN做為智慧電表B Route無線傳輸技術(shù)。 Wi-SUN通訊協(xié)議在日本政府的推廣之下，逐漸導(dǎo)入至智能電表應(yīng)用之中，近期更將應(yīng)用拓展至智能家庭領(lǐng)域之中。由于該聯(lián)機(jī)技術(shù)傳輸距離遠(yuǎn)、省電等特性，有望在智慧家庭領(lǐng)域大顯身手。隨著Wi-SUN技術(shù)在日本區(qū)域市場的滲透率逐漸提升，該模塊單價競爭力也將逐漸提升，有望在2022年前與藍(lán)牙（Bluetooth）、Wi-Fi抗衡，成為重要的通用通訊協(xié)議。

物聯(lián)網(wǎng)之有線、無線通信 IC 設(shè)計公司濎通芯，致力擴(kuò)展其Wi-SUN FAN 網(wǎng)絡(luò)規(guī)模、可靠性和可擴(kuò)展性，以滿足智能電網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)市場的需求。濎通芯在海興杭州辦公區(qū)域部署1000個Wi-SUN節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，并成功展示了非常短的組網(wǎng)時間、自適應(yīng)能力、穩(wěn)健的數(shù)據(jù)收集和可靠的遠(yuǎn)程韌體升級，協(xié)助客戶以Wi-SUN通信方案來開發(fā)智慧電網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)產(chǎn)品。

濎通芯研發(fā)團(tuán)隊經(jīng)過多年的研發(fā)積累與迭代，完全掌握Wi-SUN技術(shù)特點(diǎn)，提供高性能、低功耗的無線收發(fā)器及MCU，產(chǎn)品具有最佳靈敏度、選擇性、相鄰?fù)ǖ酪种?，抗阻斷，符?02.15.4g標(biāo)準(zhǔn)，且產(chǎn)品已通過Wi-SUN聯(lián)盟認(rèn)證。

濎通芯的Wi-SUN產(chǎn)品線VC7300系列主要技術(shù)突破在于可長距離傳輸，同時具備嚴(yán)密的信息安全防護(hù)機(jī)制，訊息絕不外泄。此外，VC7300系列消耗功率低，睡眠模式下功率消耗小于 2.5uA，并入在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計中，電池壽命可長達(dá) 10 年。

濎通芯產(chǎn)品已獲得FAN認(rèn)證，證明濎通芯的無線解決方案能夠支持 Wi-SUN FAN 1.0規(guī)范，并能與其他Wi-SUN FAN認(rèn)證設(shè)備實(shí)現(xiàn)連接和交互操作，應(yīng)用領(lǐng)域包括計量表、路燈、智能城市、公用事業(yè)和物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中的傳感器等。

濎通芯VC7300系列的主要特性和優(yōu)點(diǎn)：

• ? 遠(yuǎn)程和長距離 - 單跳端到端視線傳輸距離大于10km （數(shù)據(jù)速率50kbps）; 多跳網(wǎng)絡(luò)傳輸距離大于數(shù)十km （最高數(shù)據(jù)速率可達(dá)300kbps）。
• ? 可擴(kuò)展性 - IPv6/ 6LowPAN 增強(qiáng)了傳感器網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性和移動性。
• ? 強(qiáng)大的安全性 - 從云端到終端的 5 級軍事級安全機(jī)制
• ? 遠(yuǎn)程韌體升級 - 雙向通信
• ? 自組網(wǎng)/自修復(fù)網(wǎng)絡(luò) - 網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)超過 1000 個節(jié)點(diǎn)并具有自適應(yīng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
• ? 干擾容差 - 通道跳頻，出色的選擇性，對抗敏感干擾具有高度抗性。
• ? 載波偏移容差 - 在大載波頻率漂移時性能非常穩(wěn)定。
• ? 認(rèn)證和互操作性 - Wi-SUN FAN
• ? 低延遲/快速響應(yīng) - Sub-GHz RF 的延遲小于 20ms
• ? 省電模式 - 睡眠模式下功耗小于 2.5uA （VC7300A），在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計中電池壽命長達(dá) 10 年。