硬知識來襲，一文讀懂Wi-SUN的前世今生

Wi-SUN的起源

Wi-SUN，全稱為Wireless Utility Networks，中文翻譯為智能無線網絡，是一系列基于IEEE 802.15.4為底層協(xié)議的標準無線通信網絡的統(tǒng)稱，主要包括Wi-SUN FAN（Wireless Utility Field Area Network）和Wi-SUN HAN（Wireless Home Area Network）。

早在2008年以前，在業(yè)界中沒有統(tǒng)一的廣域物聯(lián)網無線通信標準，而當時行業(yè)中卻存在各式各樣的廣域物聯(lián)網通信協(xié)議，這些協(xié)議的相同之處是使用IEEE發(fā)布的技術標準802.15.4，但在應用層卻無法實現(xiàn)互聯(lián)互通。為了解決這一個復雜的問題，基于IP技術的大規(guī)模廣域無線網狀網絡應運而生，簡稱Wi-SUN FAN（Wireless Utility Field Area Network）,該標準致力于成為全球的無線網狀網絡標準并具備互操作性。伴隨著標準的落地，負責標準建立及應用推廣的組織為Wi-SUN聯(lián)盟，同時聯(lián)盟承擔著對標準進行維護和互操作性的承認工作。對于IEEE 802.15.4規(guī)范，Wi-SUN聯(lián)盟以及終端產品的關系，可以對比Wi-Fi進行深刻理解。

Wi-SUN和Wi-Fi對比

IEEE 802.15.4：Wi-SUN的基礎規(guī)范，應用于Wi-SUN標準的底層協(xié)議PHY和MAC中；

Wi-SUN聯(lián)盟：建立及維護Wi-SUN標準，負責標準的推廣和應用邏輯，以及對嵌入Wi-SUN協(xié)議的產品之間互操作性進行承認；

終端設備：嵌入Wi-SUN協(xié)議的終端設備，設備之間可實現(xiàn)數(shù)據的互通。

Wi-SUN標準簡介

Wi-SUN標準主要包含兩個子規(guī)范，分別是FAN和HAN，其中技術區(qū)別及應用場景分別如下：

01FAN

1.支持IEEE 802.15.4g的PHY層，IEEE 802.15.4e的MAC層，6LoWPAN，RPL，IPv6等標準協(xié)議；

2.支持數(shù)據在節(jié)點之間多跳傳輸；

3.支持多信道的跳頻傳輸；

4.支持AES加密和基于802.1x的身份驗證；

5.主要應用在需要多跳傳輸?shù)闹悄鼙碛?，智慧路燈等密集的城市網絡；

02HAN

1.支持IEEE 802.15.4g的PHY層，IEEEE 802.15.4e的MAC層，6LoWPAN和IPv6等標準協(xié)議；

2.節(jié)點之間進行一對一或一對多的數(shù)據傳輸；

3.支持AES加密和基于802.1x的身份驗證；

4.主要應用在家庭應用場景，利用中心節(jié)點和家庭中各種設備進行一對一或一對多通信；

FAN和HAN應用場景案例

Wi-SUN FAN典型架構

01應用框架

Wi-SUN FAN的典型應用架構如圖3所示，其中FAN層為嵌入Wi-SUN FAN Stack的智能設備以及各PAN網絡的路由示意圖。WAN層不同PAN網絡的邊緣路由節(jié)點通過不同通信方式接入到公共網絡。

Wi-SUN FAN的典型應用架構

02FAN Stack架構

Wi-SUN FAN的協(xié)議層級如圖4所示，對比OSI模型分析，圖中綠色背景的Transport, Network, Data link和PHY為Wi-SUN FAN標準所定義。

Wi-SUN FAN的協(xié)議層級

PHY:采用IEEE 802.15.4g規(guī)范作為物理層標準，該規(guī)范是為低功耗、低速率的應用而設計的標準無線通信技術，規(guī)定了數(shù)據通過無線介質傳輸?shù)姆绞?，定義了無線電的調制方式，工作頻段，通信速率，協(xié)議數(shù)據單元等參數(shù)。

Data Link：由MAC Sub-Layer和LLC Sub-Layer兩個子層組成，其中MAC層采用IEEE 802.15.4e規(guī)范作為介質訪問標準，由于無線信號被Transmitter和Receiver共用，該標準提供了一種機制，來完成時分多址的數(shù)據傳輸功能以及信道訪問管理功能。LLC層作為邏輯鏈路控制層在IEEE 802.2規(guī)范中定義，主要完成數(shù)據的可靠性傳輸及控制，數(shù)據包的分段及重組以及數(shù)據包的順序傳輸。

Network:由IPv6, ICMPv6, RPL, 6LoWPAN各子協(xié)議組成。6LoWPAN的全稱是IPv6 over Low Power Wireless Personal Area Network，主要作用是作為IPv6和IEEE 802.15.4的適配層，將IPv6的數(shù)據首部通過協(xié)議壓縮分組后添加到IEEE 802.15.4的載荷中，實現(xiàn)在低功耗無線廣域網中使用IPv6技術完成萬物互聯(lián)。RPL的全稱是IPv6 Routing Protocol for Low-Power and Lossy Networks，主要完成有損鏈路互聯(lián)設備的數(shù)據傳輸路由機制。

Transport：在IP協(xié)議中，傳輸協(xié)議位于IP協(xié)議之上。應用協(xié)議不直接使用IP，而是通過傳輸協(xié)議進行相互通信。截止目前為止，UDP和TPC為兩種最為廣泛應用的傳輸協(xié)議。

基于IP技術的優(yōu)勢

互通性強

該特型是IP架構的一個突出點，運行在不同特性的鏈路層之上的IP架構，之間可以實現(xiàn)互相通信，同時IP也能提供了能夠與現(xiàn)有網絡及應用進行互通的能力。

架構通用、穩(wěn)定

IP架構的成功已經被證明是可持續(xù)發(fā)展的，主要歸因于IP架構是為應用層協(xié)議和機制能夠獨立于底層網絡協(xié)議和機制發(fā)展而設計的，從而實現(xiàn)端到端的基本原則。對于工業(yè)場景下的智能設備，對設備及網絡的穩(wěn)定性和可靠性要求極高，而IP架構的多年應用也足以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

可擴展性高

通過IP架構在因特網上的廣泛使用，證明IP架構很注重擴展性。通過全球化的部署表明IP架構可以部署在大量的系統(tǒng)中，并跨越不同底層協(xié)議而正常運行。

助力Wi-SUN，技術賦能

基于Wi-SUN的技術標準，我們設計并開發(fā)出多款符合該標準的產品。

作為架構在硬件平臺之上的第一層協(xié)議，產品的性能參數(shù)是PHY協(xié)議的直接體現(xiàn)，研發(fā)完成的首款產品支持902~928MHz的工作頻段，符合FCC標準中高達1W的輸出功率，同步在接收鏈路中增加LNA進一步提升RX的性能，使通信鏈路相對現(xiàn)有的微功率無線產品增加約15dB，很大程度降低網絡層路由機制的復雜程度。產品的分布式電源設計，及優(yōu)異的熱設計保證了產品的穩(wěn)定性。近期正在開發(fā)符合國內標準的衍生系列產品。

對于架構在傳輸層之上的應用協(xié)議，在Wi-SUN中并未定義，這部分需要根據各開發(fā)者根據實際應用完成對應的開發(fā)工作。目前我們已經完成基于Wi-SUN協(xié)議棧的多種應用協(xié)議開發(fā)，包含透明傳輸、SLIP協(xié)議傳輸?shù)龋谠谶M行符合國家電網標準的645協(xié)議和1376協(xié)議開發(fā)工作。

Wi-SUN是一套基于IP技術的標準LPWAN網絡協(xié)議，其利用全球標準IEEE 802.15.4g規(guī)范為基礎，統(tǒng)一物理層，鏈路層，網絡層及傳輸層的技術規(guī)范，同時在產品測試和規(guī)范一致性認證方面做到統(tǒng)一和管理，最終可以確保經過認證產品之間的互通性。因此在嵌入Wi-SUN協(xié)議的所有物聯(lián)網終端上，如AMI中的智能電表、智慧城市中的智能路燈等終端設備上，除了可以實現(xiàn)無線通信的功能，降低產業(yè)運維投入，還能實現(xiàn)將這些終端設備連接到一個公共網絡上的，比肩互聯(lián)網通信中的Wi-Fi技術，實現(xiàn)物聯(lián)網通信中的Wi-SUN技術，具備物聯(lián)網終端設備的通信網絡互操作性。