利用低功耗節點搭建可托管且可擴展的長距離網絡
發布時間：2016-8-24 10:22
發布者：eechina
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TI公司供稿 目前，借助于多種不同的無線技術，將低功耗節點連接至互聯網已經成為可能。 在所有的無線技術中，利用Sub-1 GHz波段進行通信能夠在系統總成本和復雜度更低的情況下實現最遠的范圍。同時，Sub-1 GHz更加適合用于例如辦公室、樓宇和家庭等室內環境，并且擁有最低的功耗。 但是，如果要釋放物聯網（IoT）的全部潛能，僅僅創建一條連接節點和互聯網的鏈路是遠遠不夠的。 用于診斷和自動化的云端管理系統需要僅僅有條的控制大量傳感器。而工廠、樓宇和零售業的中央服務器必須實現大規模的程序管理和自動化，以減少維護費用。 在家中的消費者需要一個類似于安防系統告警面板的中央樞紐，以保證各種低功耗傳感器和節點的數據通信流保持協調一致，同時隨時可以連接至互聯網。 無線連接作為IoT的一種解決方案，能夠滿足系統部署對于大量（從數十個到數百個）“鮮活”節點的需求。這也意味著定義技術的目的在于識別不同場景中節點所傳輸的數據類型。 那么，我們如何才能充分利用Sub-1 GHz作為無線通信鏈路時帶來的巨大優勢，并實現這一潛能，同時將其改造成一個連通性“系統”解決方案呢？ • 我們需要提供一個網絡基礎設施，以確保能夠輕松搭建和維護大量節點，并保證通信安全。所有的節點必須搜索可連接的網絡，并且利用此網絡進行通信。它們的角色和服務必須隨著時間的遷移而擴展，同時保持鏈路的維護。 • 我們必須保證節點在傳輸和接收數據時的可靠通性，并且充分利用傳輸空間，以避免數據通信阻塞和網絡失效，造成不好的用戶體驗或影響節點自身的電池使用壽命。 • 在各種各樣的場景下，我們需要能夠服務不同類型的流量規格。例如在像診斷系統等普通傳感器網絡中，數據會被報告給一個中央樞紐。而另一方面，在諸如零售網絡中，大部分數據將會被發送至外設，比如零售服務器向終端發送更新后的定價信息。 • 在滿足以上條件的同時還必須保持低功耗運行，當節點不處于數據通信狀態時進入睡眠模式。不過，尋求最佳功耗還意味著盡可能降低傳輸和接收的“啟動”時間，并且在激活的模式下使用最少的電量。 • 最后，我們必須能夠通過IP與互聯網連接實現Sub-1 GHz網絡內的本地數據通信。 現在，設計人員在試圖滿足所有上述要求時所面臨的設計挑戰均可以由全新的TI 15.4 Stack軟件解決方案解決。TI所開發的這款軟件為IoT提供了真正的應用型Sub-1 GHz連接解決方案。 
圖1：全新TI 15.4 Stack是一款標準的Sub-1 GHz無線網絡解決方案 TI 15.4 Stack是一款在SimpleLink Sub-1 GHz CC1310無線微控制器（MCU）上運行的軟件開發套件（SDK）�；诰媒涷炞C的IEEE 802.15.4標準，其能夠執行Sub-1 GHz波段在北美和歐洲運行技術規格的‘g’修訂版（分別由FCC和ETSI制定）。 IEEE 802.15.4標準被用作目前市面上很多常見網絡互連標準的數據鏈路層，例如6LoWPAN、Wi-SUN、ZigBee、Thread和WHART等。由于諸如空中調停（通過CSMA-CA實現）、接受、重傳以及內置AES安全性等特性，其保障了無線基礎的穩定。 為了提升鏈路的魯棒性和可靠性，TI開發出一個針對U.S. FCC波段的跳頻機制。這個機制依賴于Wi-Sun FAN標準，而TI對其進行了低功耗運行的優化。由于鏈路的魯棒性能夠提供更低的數據延遲和低功耗節能（避免了重傳），應用可以直接從中受益。 TI 15.4 Stack軟件可被配置為異步或同步運行模式，一方面用于電池供電類傳感器的運行，另一方面還能支持具有低功耗節點的接收協同下行鏈路流量運行，從而滿足了不同應用類型的需求。 此外， TI 15.4 Stack軟件基于TI-RTOS的基礎，并配備了整套針對傳感器和采集器設備的應用示例。這兩個應用都擁有一個基于802.15.4標準運行的邏輯鏈路控制器模塊，包含網絡和器件管理程序。 這為使用軟件的用戶提供了一個完整的參考解決方案，能夠解決構建可托管低功耗網絡時所遇到的設計挑戰。TI 15.4 Stack軟件能夠基于選定的配置，支持從10s至100s的器件部署。 TI 15.4 Stack軟件還包括一個基于Linux的網關軟件，能夠執行本地網絡控制器和采集器應用。通過網關軟件，由Sub-1 GHz外設節點輸入的數據能夠在網絡瀏覽器界面中進行監控和激活。 這款全新的軟件基于TI低功耗開發平臺設計，包括TI SimpleLink CC1310 LaunchPad 開發套件和Sitara AM335x處理器BeagleBone Black開發板。憑借BoosterPack 的開發套件生態系統和插入式模塊以及TI-RTOS框架的支持，用戶能夠輕松實現應用的擴展。 使用窄頻帶調制能夠在外部晶體成本有限的情況下獲得最佳的靈敏性和抗擾度，TI 15.4 Stack軟件釋放了Sub-1 GHz無線在IoT中的所有優勢。 通過提供一個用于低功耗托管網絡的完全參考系統解決方案，用戶可以將Sub-1 GHz無線功能性輕松集成到他們現有的網絡中。 現在，創建包含大量低功率節點、覆蓋整幢建筑、整個房屋或停車場區域的網絡應用已經不僅僅是一個無線技術專家的任務。 |
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