聊聊物联网技术：Wi-SUN

电水气热表计行业关注物联网技术应用的想必对NB-IoT和LoRa并不陌生，两种物联网技术优缺点。“没有zui好的技术，只有zui合适的技术！”。这里介绍的是广域模物联网成员之Wi-SUN，探索一下Wi-SUN无线传输技术及应用场景。

“新基建”下的Wi-SUN应用

我们生活中接触到的大部分网络是星型网络结构，典型的如Wi-Fi，LoRaWAN，包括大家熟知的5G。当然，每种网络都有它独到的优势，比如Wi-Fi的大数据吞吐、LoRa的远距离、5G系列规范下的NA，SNA带来的无论是数据吞吐量还是海量连接量都上了一个新台阶。星型网络都会遇到一个问题就是每个节点都依赖附近的基站。一旦这个基站出现了问题，那么它下属的所有节点都不能正常工作。显然，星型网络缺乏灵活性。

Wi-SUN助力“新基建”

Wi-SUN（Wireless Smart Ubiquitous Network）技术基于IEEE 802.15.4g、IEEE 802和IETF IPv6标准的开放规范。Wi-SUN FAN是一种网状网络协议，定义了从物理层到传输层的一种组网技术。具有自组网功能和自我修复(self-healing)功能，网络中的每个设备都可以与相邻设备通信，讯息可以在网络中的每个节点之间进行非常长距离的跳转。

包括Wi-SUN FAN（Wireless Utility Field Area Network）和Wi-SUN HAN（Wireless Home Area Network）。

Wi-SUN传输技术的特性在于具备远程传输、安全性、可扩展性高、可互通、容易布建、Mesh网状网络，加上耗电量低的特性（Wi-SUN模块的电池寿命有机会可以使用十年之久）有利于打造广域大规模物联网。

Wi-SUN联盟成立于2012年，目前已有包括Cisco思科、ARM、TI德州仪器 、Itron（全球zui大自动读表厂商）等全球250多家会员，共同推出了150多种Wi-SUN认证产品。目前Wi-SUN联盟会员们在全球已部署超过9500万个支持Wi-SUN的设备。

因为能使智慧电表、智慧路灯等设备连接到一个公共网络上的特点，在公用事业和智能城市建设中被广泛应用。Wi-SUN联盟的使命是利用开放式全球标准IEEE 802.15.4g，通过测试和认证计划提供强大的产品连接性，发展Wi-SUN生态系统，实现智能城市和智慧公用通信网路的互操作性。

● Wi-SUN的Mesh网络的优势

Wi-SUN规范的网络层是基于6LowPAN，Wi-SUN独有的Mesh网络路径自修复功能，可根据建筑物的遮挡程度计算路径损耗，自动优化网络路径，所以它的“相邻”节点间看似不相关，实际是会在“必要”时发生通信。

所以，它可以在一座城市形成一张网状网络。比如当你家单元门前放了一个垃圾桶，它可能会和旁边的路灯请求加入这张Mesh网络从而变得“智能”，而不会因为基站间某栋楼宇，甚至某颗大树的遮挡变得“弱智”。

Wi-SUN的网状网络协议，可以使每个设备都可以与相邻设备通信，这使网络中的每个节点都可以进行非常远距离的跳转。

同时，这个智能设备也不应该因为旁边盖了栋写字楼，而需要工程人员重新布基站，或调整基础位置。

● 通讯距离和速度可以兼得

通常情况下，距离和速率不可兼得，但Wi-SUN通过Mesh组网与主动跳频技术的融合，可单独区域布置或与其它物联网技术互补，降低总体布建与运营成本。目前Wi-SUN 1.0在FSK模式下极大通讯速率可达300 Kbps，未来Wi-SUN 1.1的OFDM模式可达2.4Mbps，在众无线免费频段中独占鳌头。

● Wi-SUN技术三大特性

Wi-SUN技术具备以下三大特性：互操作性（Interoperability）、广泛性与可扩展性（Ubiquitous & Scalable）、安全性。

从联盟成立之初，就一直致力于广域大规模物联网的自组网、自修复与互联互通，推动「智能公用事业网络（Smart Utility Network）」逐渐走向「智能泛在网络（Smart Ubiquitous Network）」。

在2018年10月，Wi-SUN联盟更是推出户外局域网络（FAN）互操作性认证计划，由独立第三方测试实验室的严格测试，验证企业产品设备是否符合IEEE 802.15.4g并可以与其他供货商的设备进行交互操作。而通过认证的设备可用于国内外所有部署了Wi-SUN网络的智能城市、智能（智慧）公用事业和其他物联网项目。

另外基于IP的设备身份验证与加密通信技术保证网络的安全性。而数以千万计可靠连接的端点证明基于Wi-SUN的物联网Mesh网。

● 家庭、户外--两大应用领域

Wi-SUN技术分别应用在两个领域：家庭局域网络（Home Area Network, HAN）和户外局域网络（Field Area Network, FAN）：

1.支持IEEE 802.15.4g的PHY层，IEEE 802.15.4e的MAC层，6LoWPAN，RPL，IPv6等标准协议；

2.支持数据在节点之间多跳传输；

3.支持多信道的跳频传输；

4.支持AES加密和基于802.1x的身份验证；

5.主要应用在需要多跳传输的智能表计，智慧路灯等密集的城市网络

1.支持IEEE 802.15.4g的PHY层，IEEEE 802.15.4e的MAC层，6LoWPAN和IPv6等标准协议；

2.节点之间进行一对一或一对多的数据传输；

3.支持AES加密和基于802.1x的身份验证；

4.主要应用在家庭应用场景，利用中心节点和家庭中各种设备进行一对一或一对多通信；

家庭局域网络

当智能电表应用Wi-SUN通讯技术，消费者可透过家庭智能能源管理（Home Energy Management System, HEMS）控制器搭配专属APP查看家中产品用电信息及电费预算设定；另一方面，对于电力公司则可以精准分析用电量并主动优化能源管控，二者皆达到节能效果。智慧城市可以利用先进的计量基础设施（AMI）或街道照明网络提供的现有无线通信基础设施，以实现其他应用，如智能交通信号、公共交通标志、智能停车场、电动汽车充电站等。

户外局域网络

FAN的应用主要面向于大型场域中的设施，如智慧电网、智慧路灯等，让公共设施联机到相同场域网络并实现互操作性。

● Wi-SUN FAN介绍：

Wi-SUN FAN的典型应用架构：其中FAN层为嵌入Wi-SUN FAN Stack的智能设备以及各PAN网络的路由示意图。WAN层不同PAN网络的边缘路由节点通过不同通信方式接入到公共网络。

Wi-SUN FAN的协议层对比OSI模型：

Wi-SUN FAN的协议层级

PHY：采用IEEE 802.15.4g规范作为物理层标准，该规范是为低功耗、低速率的应用而设计的标准无线通信技术，规定了数据通过无线介质传输的方式，定义了无线电的调制方式，工作频段，通信速率，协议数据单元等参数。

Data Link：由MAC Sub-Layer和LLC Sub-Layer两个子层组成，其中MAC层采用IEEE 802.15.4e规范作为介质访问标准，由于无线信号被Transmitter和Receiver共用，该标准提供了一种机制，来完成时分多址的数据传输功能以及信道访问管理功能。LLC层作为逻辑链路控制层在IEEE 802.2规范中定义，主要完成数据的可靠性传输及控制，数据包的分段及重组以及数据包的顺序传输。

Network：由IPv6, ICMPv6, RPL, 6LoWPAN各子协议组成。6LoWPAN的全称是IPv6 over Low Power Wireless Personal Area Network，主要作用是作为IPv6和IEEE 802.15.4的适配层，将IPv6的数据首部通过协议压缩分组后添加到IEEE 802.15.4的载荷中，实现在低功耗无线广域网中使用IPv6技术完成万物互联。RPL的全称是IPv6 Routing Protocol for Low-Power and Lossy Networks，主要完成有损链路互联设备的数据传输路由机制。

Transport：在IP协议中，传输协议位于IP协议之上。应用协议不直接使用IP，而是通过传输协议进行相互通信。截止目前为止，UDP和TCP为两种是广泛应用的传输协议。