如何利用低功耗節(jié)點(diǎn)搭建可托管且可擴(kuò)展的長(zhǎng)距離網(wǎng)絡(luò)

目前，借助于多種不同的無(wú)線技術(shù)，將低功耗節(jié)點(diǎn)連接至互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為可能。

在所有的無(wú)線技術(shù)中，利用Sub-1 GHz波段進(jìn)行通信能夠在系統(tǒng)總成本和復(fù)雜度更低的情況下實(shí)現(xiàn)最遠(yuǎn)的范圍。同時(shí)，Sub-1 GHz更加適合用于例如辦公室、樓宇和家庭等室內(nèi)環(huán)境，并且擁有最低的功耗。

但是，如果要釋放物聯(lián)網(wǎng)（IoT）的全部潛能，僅僅創(chuàng)建一條連接節(jié)點(diǎn)和互聯(lián)網(wǎng)的鏈路是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。

用于診斷和自動(dòng)化的云端管理系統(tǒng)需要僅僅有條的控制大量傳感器。而工廠、樓宇和零售業(yè)的中央服務(wù)器必須實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的程序管理和自動(dòng)化，以減少維護(hù)費(fèi)用。

在家中的消費(fèi)者需要一個(gè)類(lèi)似于安防系統(tǒng)告警面板的中央樞紐，以保證各種低功耗傳感器和節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)通信流保持協(xié)調(diào)一致，同時(shí)隨時(shí)可以連接至互聯(lián)網(wǎng)。

無(wú)線連接作為IoT的一種解決方案，能夠滿(mǎn)足系統(tǒng)部署對(duì)于大量（從數(shù)十個(gè)到數(shù)百個(gè)）“鮮活”節(jié)點(diǎn)的需求。這也意味著定義技術(shù)的目的在于識(shí)別不同場(chǎng)景中節(jié)點(diǎn)所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)類(lèi)型。

那么，我們?nèi)绾尾拍艹浞掷肧ub-1 GHz作為無(wú)線通信鏈路時(shí)帶來(lái)的巨大優(yōu)勢(shì)，并實(shí)現(xiàn)這一潛能，同時(shí)將其改造成一個(gè)連通性“系統(tǒng)”解決方案呢？

我們需要提供一個(gè)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，以確保能夠輕松搭建和維護(hù)大量節(jié)點(diǎn)，并保證通信安全。所有的節(jié)點(diǎn)必須搜索可連接的網(wǎng)絡(luò)，并且利用此網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。它們的角色和服務(wù)必須隨著時(shí)間的遷移而擴(kuò)展，同時(shí)保持鏈路的維護(hù)。

我們必須保證節(jié)點(diǎn)在傳輸和接收數(shù)據(jù)時(shí)的可靠通性，并且充分利用傳輸空間，以避免數(shù)據(jù)通信阻塞和網(wǎng)絡(luò)失效。這最終會(huì)造成不好的用戶(hù)體驗(yàn)或影響節(jié)點(diǎn)自身的電池使用壽命。

在各種各樣的場(chǎng)景下，我們需要能夠服務(wù)不同類(lèi)型的流量規(guī)格。例如在像診斷系統(tǒng)等普通傳感器網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)據(jù)會(huì)被報(bào)告給一個(gè)中央樞紐。而另一方面，在諸如零售網(wǎng)絡(luò)中，大部分?jǐn)?shù)據(jù)將會(huì)被發(fā)送至外設(shè)，比如零售服務(wù)器向終端發(fā)送更新后的定價(jià)信息。

在滿(mǎn)足以上條件的同時(shí)還必須保持低功耗運(yùn)行，當(dāng)節(jié)點(diǎn)不處于數(shù)據(jù)通信狀態(tài)時(shí)進(jìn)入睡眠模式。不過(guò)，尋求最佳功耗還意味著盡可能降低傳輸和接收的“啟動(dòng)”時(shí)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(guò)IP與互聯(lián)網(wǎng)連接實(shí)現(xiàn)Sub-1 GHz網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的本地?cái)?shù)據(jù)通信。

現(xiàn)在，設(shè)計(jì)人員在試圖滿(mǎn)足所有上述要求時(shí)所面臨的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)均可以由全新的TI 15.4-Stack軟件解決方案解決。TI所開(kāi)發(fā)的這款軟件為IoT提供了真正的應(yīng)用型Sub-1 GHz連接解決方案。

TI 15.4-Stack是一款在SimpleLink? Sub-1 Ghz CC1310無(wú)線微控制器（MCU）上運(yùn)行的軟件開(kāi)發(fā)套件（SDK）?；诰媒?jīng)驗(yàn)證的IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)，其能夠執(zhí)行Sub-1 GHz波段在北美和歐洲運(yùn)行技術(shù)規(guī)格的‘g’修訂版（分別由FCC和ETSI制定）。

IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)被用作目前市面上很多常見(jiàn)網(wǎng)絡(luò)互連標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)鏈路層，例如6LoWPAN、Wi-SUN、ZigBee?、Thread和WHART等。由于諸如空中調(diào)停（通過(guò)CSMA-CA實(shí)現(xiàn)）、接受、重傳以及內(nèi)置AES安全性等特性，其保障了無(wú)線基礎(chǔ)的穩(wěn)定。

為了提升鏈路的魯棒性和可靠性，TI開(kāi)發(fā)出一個(gè)針對(duì)U.S. FCC波段的跳頻機(jī)制。這個(gè)機(jī)制依賴(lài)于Wi-Sun FAN標(biāo)準(zhǔn)，而TI對(duì)其進(jìn)行了低功耗運(yùn)行的優(yōu)化。由于鏈路的魯棒性能夠提供更低的數(shù)據(jù)延遲和低功耗節(jié)能（避免了重傳），應(yīng)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(yùn)行模式，一方面用于電池供電類(lèi)傳感器的運(yùn)行，另一方面還能支持具有低功耗節(jié)點(diǎn)的接收協(xié)同下行鏈路流量運(yùn)行，從而滿(mǎn)足了不同應(yīng)用類(lèi)型的需求。

此外，TI 15.4 Stack軟件基于TI-RTOS的基礎(chǔ)，并配備了整套針對(duì)傳感器和采集器設(shè)備的應(yīng)用示例。這兩個(gè)應(yīng)用都擁有一個(gè)基于802.15.4標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行的邏輯鏈路控制器模塊，包含網(wǎng)絡(luò)和器件管理程序。

這為使用軟件的用戶(hù)提供了一個(gè)完整的參考解決方案，能夠解決構(gòu)建可托管低功耗網(wǎng)絡(luò)時(shí)所遇到的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。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(gè)基于Linux的網(wǎng)關(guān)軟件，能夠執(zhí)行本地網(wǎng)絡(luò)控制器和采集器應(yīng)用。通過(guò)網(wǎng)關(guān)軟件，由Sub-1 GHz外設(shè)節(jié)點(diǎn)輸入的數(shù)據(jù)能夠在網(wǎng)絡(luò)瀏覽器界面中進(jìn)行監(jiān)控和激活。

這款全新的軟件基于TI低功耗開(kāi)發(fā)平臺(tái)設(shè)計(jì)，包括：TI SimpleLink CC1310 LaunchPad?開(kāi)發(fā)套件和Sitara? AM335x處理器BeagleBone Black開(kāi)發(fā)板。憑借BoosterPack? 的開(kāi)發(fā)套件生態(tài)系統(tǒng)和插入式模塊以及TI-RTOS框架的支持，用戶(hù)能夠輕松實(shí)現(xiàn)應(yīng)用的擴(kuò)展。

使用窄頻帶調(diào)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(wú)線在IoT中的所有優(yōu)勢(shì)。

通過(guò)提供一個(gè)用于低功耗托管網(wǎng)絡(luò)的完全參考系統(tǒng)解決方案，用戶(hù)可以將Sub-1 GHz無(wú)線功能性輕松集成到他們現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)中。

現(xiàn)在，創(chuàng)建包含大量低功率節(jié)點(diǎn)、覆蓋整幢建筑、整個(gè)房屋或停車(chē)場(chǎng)區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用已經(jīng)不僅僅是一個(gè)無(wú)線技術(shù)專(zhuān)家的任務(wù)。

編輯：金巧