Wi-SUN無線通信模塊的最新技術(shù)動態(tài)
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摘?要：作為支撐IoT發(fā)展的無線通信技術(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)缺點也各不相同。本文將介紹其中ROHM重點開發(fā)的“Wi-SUN”的最新動態(tài)。
1 什么是Wi-SUN
Wi-SUN是Wireless Smart Utility Network的縮寫，是近年來制定的新無線通信標(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無線標(biāo)準(zhǔn)中的定位。
圖1 適用于IoT領(lǐng)域的無線通信技術(shù)
從圖1可以看出，Wi-SUN具有通信距離比Wi-Fi更長，且數(shù)據(jù)傳輸速度比LoRa WAN和Sigfox更快的特點。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線通信標(biāo)準(zhǔn)，可以說是在IoT市場中應(yīng)用范圍最廣的無線標(biāo)準(zhǔn)。因此，它可以與未來有望普及的5G并存，并可以作為5G的補充來使用。
2 Wi-SUN標(biāo)準(zhǔn)的種類
Wi-SUN聯(lián)盟中有一個制定關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)的工作小組（以下簡稱“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)開始了認證工作，并已開展市場實際運用的推廣。ROHM已經(jīng)在開發(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，是一對多（網(wǎng)關(guān)終端設(shè)備）星形拓撲結(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。一個是中繼通信功能，允許使用一個中繼設(shè)備。由于可實現(xiàn)一對多（網(wǎng)關(guān)／中繼器／終端設(shè)備）樹型連接，因此即使通信距離較長也可布建更穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。第二個是休眠通信功能。該功能可以實現(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)動的設(shè)備的通信。
由于可以用比以往更少的電力進行更大范圍的通信，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)的更多場所發(fā)揮積極作用。
ROHM從2019年開始量產(chǎn)支持Wi-SUN EnhancedHAN的無線通信模塊“BP35C0-J11”?！癇P35C0-J11”不僅符合Wi-SUN Enhanced HAN標(biāo)準(zhǔn)，還具有以下功能。
?、僦С指鞣N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）兩大特點的無線通信LSI，實現(xiàn)了非常適合實際應(yīng)用的FOTA功能。
另外，通過搭載FOTA功能，一旦有什么問題時可以迅速響應(yīng)，并且能夠以低成本應(yīng)對部分標(biāo)準(zhǔn)的更新。
?、墼u估板
ROHM已經(jīng)開始網(wǎng)售安裝有BP35C0-J11的評估板“BP35C0-J11-T01”、帶天線的小型評估板“BP35C1-J11-T01”、USB加密狗型“BP35C2-J11-T01”評估套件，這些產(chǎn)品有助于縮短客戶的評估時間（圖4）。
圖4 BP35C0-J11評估套件
此外，用戶還可以從ROHM官網(wǎng)的支持頁面下載開發(fā)所需的各種文檔，例如無線模塊入門指南、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間表功能，非常適用于HEMS和智能家居服務(wù)。
未來，NextDrive公司計劃發(fā)布一款能夠提供更快速的VPP(Virtual Power Plant)服務(wù)的云平臺。其中，為了支持更多應(yīng)用場景并擴大能夠控制的設(shè)備范圍，還計劃推出支持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)動的智能儀表領(lǐng)域的新國際無線通信標(biāo)準(zhǔn)，具有長時間驅(qū)動和高可靠性通信兩大特點。在長時間驅(qū)動方面，利用獨特的間歇工作（除了以一定間隔發(fā)送／接收外，其余時間全部休眠）功能，大大縮短接收時間，從而使依靠電池驅(qū)動的智能燃氣表和智能水表等設(shè)備能夠工作長達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)才會執(zhí)行發(fā)送，因此即使通信次數(shù)增加，電波占用時間也不容易增加，可實現(xiàn)穩(wěn)定通信。
從標(biāo)準(zhǔn)制定階段開始，ROHM就已致力于開發(fā)支持Wi-SUN JUTA的產(chǎn)品。以下為支持Wi-SUN JUTA的ROHM無線通信模塊的特點。
?、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)由多個中繼器（最多3臺）的、支持多跳通信和重新布建路徑的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。
?、趦?nèi)置安全功能
內(nèi)置安全功能，在無線通信模塊端支持通信加密和安全秘鑰更新，因此無需在主機端進行復(fù)雜的處理，即可輕松安全地進行通信。
4.2 Wi-SUN JUTA 的應(yīng)用案例
東京燃氣公司的“生活守護服務(wù)”采用了支持Wi-SUN JUTA的ROHM無線通信模塊，用于各種傳感器和家庭網(wǎng)關(guān)之間的通信。
“生活守護服務(wù)”是一種智能家居服務(wù)，不在家時可通過智能手機等確認門窗是否上鎖，家人是否回家，因此可以用來守護兒童和老人（圖6）。通過采用ROHM的無線通信模塊，能夠使用符合Wi-SUN JUTA標(biāo)準(zhǔn)的F-RIT方式，實現(xiàn)小型低功耗，以及守護服務(wù)所要求的優(yōu)異的通信可靠性。
圖6 東京燃氣公司的“生活守護服務(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線通信標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)基于IEEE802.15.4g的低功耗無線傳輸技術(shù)和支持IPv6協(xié)議的多級中繼技術(shù)。
該標(biāo)準(zhǔn)具有以下3個特點：
?、倏刹冀軌蚋采w區(qū)域空間的多跳網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。對于安裝后的空間變化和突發(fā)性無線電干擾，可通過選擇其他路徑來使系統(tǒng)穩(wěn)定運行。例如，在樓宇內(nèi)部構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)時，柱子等會成為障礙物，但Wi-SUN FAN可以繞過它們，因此非常適用于智能儀表和智慧城市。
?、诳梢酝ㄟ^高級身份認證來保護通信安全。Wi-SUN FAN采用RADIUS/AAA服務(wù)器進行身份認證，并采用EAP-TLS方式進行認證。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，也不需要逐個設(shè)置設(shè)備。此外，加密采用非常強大的AES加密模式，可實現(xiàn)安全通信。
?、壑С痔l，可在切換頻率時進行通信。在日本國內(nèi)，設(shè)備在50 kbps通信時在922.40 MHz（33 ch）到928.00 MHz（61 ch）的28個通道范圍內(nèi)、150 kbps通信時在922.50 MHz（33,34 ch）到927.7 MHz（59,60 ch）的14個通道范圍內(nèi)切換通道并工作。利用跳頻功能，可以構(gòu)建抗無線電干擾和噪聲干擾的穩(wěn)定系統(tǒng)，并可以實現(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)合開發(fā)的無線設(shè)備，搭載了Wi-SUN FAN技術(shù)并成功通過了認證試驗，取得了認證。2020年，ROHM計劃量產(chǎn)并開始銷售支持Wi-SUNFAN的無線通信模塊，日新系統(tǒng)公司計劃銷售搭載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、電動汽車（EV）聯(lián)動的智慧城市和基礎(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)備的自動維護、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 （樓宇）設(shè)備維護
6 未來展望
ROHM今后將繼續(xù)致力于促進各種Wi-SUN標(biāo)準(zhǔn)的普及，并開發(fā)和量產(chǎn)支持Wi-SUN FAN的無線通信模塊。
除了在IoT市場（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（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，使其與未來有望普及的5G共同為創(chuàng)建更美好的社會貢獻力量。
?。ㄗⅲ罕疚膩碓从诳萍计诳峨娮赢a(chǎn)品世界》2020年第06期第21頁，歡迎您寫論文時引用，并注明出處。）
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