技术应用－部署Wi-SUN FAN的LFN节点提升智慧城市的效益

时间： 2024-07-23 来源：SILICON LABS（芯科科技）微信公众号

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关于Wi-SUN初始部署以及随后从Wi-SUN FAN(场域网络)1.0迁移到FAN1.1的过程，行业开发人员开始聚焦并集成有限功能节点(LFN)/亦称低功耗节点，而不是仅仅部署构成Wi-SUN网络主干的基础设施。通过这些LFN节点，我们得以探索环境传感器、水表和其他电池供电设备如何利用该基础设施来增强周围环境中的智能水平。

电池供电的传感器节点已战略性地部署到整个园区。这些节点使用各种通信基础设施，(包括4G、LoRaWAN和Wi-Fi，它们遵循点对点网络模式)，将数据传输到oneM2M服务器。

Wi-SUN FAN充当网状网络协议，让其中的每个设备直接与其相邻设备通信，通过节点之间的调频支持长距离信息传输。即使在复杂的环境中，这种强大的方法也能确保可靠的连接。Wi-SUN FAN的真正卓越之处在于其自建能力。添加新设备时，网络可以动态调整并无缝集成设备。此外，网络是自愈的，这意味着如果通信路径遇到障碍或故障，系统会自动重新路由数据，以确保数据到达指定的网关或中央服务器。这种韧性可确保不间断的数据流，并提高我们智能基础设施的整体效率。

Wi-SUN FAN 1.1推出了LFN设备，也称为低能耗(LE)节点。这些LFN设计功耗更低，可有效支持电池供电设备。其电池寿命达到惊人的15至20年，是各种应用的理想选择，包括燃气和水计量、环境监测、交通传感、停车管理和天气传感器。随着LFN节点集成到Wi-SUN网状网络中，这些节点现已成为电池供电传感器的无线接口。在Wi-SUN网络上的无缝通信可确保数据流向oneM2M服务器，从而提高园区智慧基础设施的整体效率。

LFN体系结构

LFN提供PAN(个人局域网)发现/连接和IPv6数据包通信等基本功能。这些LFN具有与全功能节点(FFN)相同的通信协议栈，但限制了监听间隔计划，以优化功耗，并且没有路由功能。但是，LFN仅在根植于FAN1.1边界路由器的PAN内运行。它们充当FAN 1.1路由器的子节点，而不是充当其他节点的父节点。

请参阅下图，进一步了解详情：

Wi-SUN对智慧城市的影响

随着城市发展成为更智能的生态系统，它们通过密切监测基础设施和环境因素，以努力提高服务质量。水耗和燃气消耗跟踪、空气质量监测等应用可向公众提供实时信息。这些数据使人们能够进行可持续的生活方式调整，并保护自己防范有害污染物。

例如印度政府已设定宏大目标，计划到2025年用超过2.5亿台智能能源计量表来替换现有计量表。为实现这一目标，同时确保可靠性和安全性，必须采用可扩展的连接标准。Wi-SUN凭借其基于互操作性标准的1GHz以下网状网络解决方案，在智能电网和智慧城市应用领域脱颖而出。

以下是Wi-SUN脱颖而出的原因：

可扩展性：Wi-SUN具有可扩展性，支持高效处理大量设备。全球部署了超过9,500万台支持Wi-SUN功能的设备，即使在复杂的环境中，也证明了其独特的可扩展性。
可靠性：Wi-SUN提供高水平的网络可靠性。即使单个节点发生故障，其网状拓扑结构也可确保网络保持韧性。
成本效益：Wi-SUN的总拥有成本低，使其成为大规模部署的理想选择。
安全：安全是Wi-SUN FAN的首要任务。其本地公钥基础架构(PKI)集成为每个设备提供认证功能。这可以防止恶意重新编程并验证传入的固件更新，对长期部署至关重要。
IPv6支持：Wi-SUN支持IPv6，可实现强大的网络安全功能，包括入侵检测、流量整形、网络分析和渗透测试。通过保持终端设备本身的网络可见性，其性能超越竞争对手。

总而言之，对于塑造更智能的城市并确保可靠的连接性、安全性和效率，Wi-SUN FAN发挥着关键作用。智慧城市可以利用先进计量基础设施(AMI)或街道照明网络提供的现有无线通信基础设施，为一系列相邻应用提供支持。这些应用包括智能交通信号、公共交通标志、停车位、电动汽车(EV)充电站等。通过利用这种基础设施，城市可以提高连接性、效率和可持续性，从而创造更智能的城市环境。

蜂窝通信权衡

其中一个权衡是，蜂窝系统必须定期升级，以适应运营商要求的更新，有时还需要适应要求更换底层硬件的协议废止。大多数物联网设备使用电池供电，因此电源效率至关重要。由于需要与远距离的通信塔(有时长达半公里)通信，蜂窝通信对功率的要求相对较高。

地理覆盖与设备密度

蜂窝网络和RF网状网络之间的选择取决于网络要求。对于网络设备稀疏的广阔地理区域，蜂窝连接是理想选择。它提供宽广的覆盖范围，但功耗更大。RF Mesh系统适用于密集型设备部署，并提供本地化覆盖和更低的功耗。虽然更新的物联网蜂窝协议减少了电流消耗和睡眠模式，但它们耗尽电池的速度仍然比RF通信模块快得多。

增强园区连接性：LFN部署

在Wi-SUN网状网络部署的第三阶段，我们引入了由SILICON LABS(亦称“芯科科技”)EFR32FG28 SoC提供支持的LFN。我们来仔细了解一下详情：

EFR32FG28 SoC是理想的双波段1GHz以下+2.4GHz蓝牙LE SoC。FG28是一款多内核解决方案，具有行业领先的安全性、低功耗和快速唤醒时间，并集成了功率放大器，以实现物联网设备的更高级别安全连接。集成AI/ML硬件加速器可对低功耗终端节点实现更快、更低功耗的推理。

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