广域大规模物联网 – Wi-SUN无线传输技术简介

Wi-SUN联盟成立于2012年，是一个由业界公司组成的全球非营利性组织，全球会员240家以上，包括Cisco思科、ARM安谋、TI德州仪器 、Itron（全球最大自动读表厂商），以及濎通芯等。Wi-SUN联盟的使命是利用开放式全球标准IEEE 802.15.4g，致力推动智慧电网以及智慧城市应用的发展性。

Wi-SUN联盟的发展愿景乃是基于网状网络协议IEEE 802.15.4g技术规范，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。

图1 Wi-SUN是一种802.15.4g网状网络协议

图片来源：Wi-SUN Alliance

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），被广泛应用在智能电表及家庭智能能源管理（HEMS）控制器等通讯装置，亦有利于打造广域大规模物联网。

Wi-SUN无线通信技术具备以下三大特性：

互操作性（Interoperability）

Wi-SUN是一家致力于制定关键标准和开发测试程序的组织，旨在验证公司的产品设备不仅符合IEEE 802.15.4g（智慧公用网络的无线标准规范），而且可以与其他供货商的设备进行交互操作，以用于相同的应用。

广泛性与可扩展性（Ubiquitous & Scalable）

数以千万计可靠连接的端点证明基于Wi-SUN的物联网Mesh网络能够实现许多物联网客户需求的广泛性和可扩展性。

安全性（Security）

Wi-SUN联盟成员公司在全球部署数以千万计的兼容物联网设备，因此证书颁发机构必须能够在这种规模上运行，Wi-SUN技术支持基于IP的设备身份验证与加密通信的安全技术。

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）：

家庭局域网络（Home Area Network， HAN）

HAN透过家庭智慧能源管理（HEMS）控制器，可将智慧家电与智慧电表串联，除能实时监控智慧家电用电量外，也可通过智慧电表互通到FAN的智能城市等应用，完善智能家庭布建环境。

户外局域网络（Field Area Network， FAN）

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。

图2 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）

图片来源：Wi-SUN Alliance

Wi-SUN联盟致力于广域大规模物联网的自组网、自修复与互联互通，从「智能公用事业网络（Smart UTIlity Network）」逐渐走向「智能泛在网络（Smart Ubiquitous Network）」。2018年10月，Wi-SUN联盟宣布推出FAN认证计划，认证通信产品的互操作性，计划所认证的设备可被用于智能城市、智能公用事业和其他物联网项目的广域大规模户外网络。

FAN认证计划由Wi-SUN联盟主导，FAN解决方案为智能城市和智能电网应用提供基于开放标准的长距离、安全卓越网络解决方案，为大规模的户外网络提供通信基础设施。此外，Wi-SUN认证的FAN解决方案采用全球无线通信标准 IEEE 802.15.4g?、IETF IPv6 协议，可实现稳定、高性能且低功耗的长距离网络。

Wi-SUN联盟协助会员产品通过兼容性测试，所有通过 Wi-SUN FAN 认证的产品均经过认证的独立第三方测试实验室的严格测试，以确保设备可以毫不费力并安全地协同工作。测试实验室与Wi-SUN联盟合作，协助联盟成员产品通过兼容性测试，使产品通过认证、获得「Wi-SUN Certified FAN」标章，向用户证明产品符合规范标准。

图3 Wi-SUN FAN认证产品的互操作性

图片来源：Wi-SUN Alliance

Wi-SUN如何使城市更智能？

在要求打造便利及高效能的智慧家庭与智慧城市时代，除了需万物连网外，如何使用对环境友善的「智能能源」也是一大课题。Wi-SUN技术基于IEEE 802.15.4g标准，涵盖远距离通讯、低功耗、符合成本效益等特性，成为高效能源管理解决方案。举例来说，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。

因应电力自由化趋势，日本于2013年采纳Wi-SUN标准的IEEE 802.15.4g为B Route（智能电表与家庭能源管理系统（HEMS）之界接路径）无线通信技术标准。台湾也已于2017年跟进选定Wi-SUN做为智慧电表B Route无线传输技术。 Wi-SUN通讯协议在日本政府的推广之下，逐渐导入至智能电表应用之中，近期更将应用拓展至智能家庭领域之中。由于该联机技术传输距离远、省电等特性，有望在智慧家庭领域大显身手。随着Wi-SUN技术在日本区域市场的渗透率逐渐提升，该模块单价竞争力也将逐渐提升，有望在2022年前与蓝牙（Bluetooth）、Wi-Fi抗衡，成为重要的通用通讯协议。

物联网之有线、无线通信 IC 设计公司濎通芯，致力扩展其Wi-SUN FAN 网络规模、可靠性和可扩展性，以满足智能电网和物联网市场的需求。濎通芯在海兴杭州办公区域部署1000个Wi-SUN节点的网状网络，并成功展示了非常短的组网时间、自适应能力、稳健的数据收集和可靠的远程韧体升级，协助客户以Wi-SUN通信方案来开发智慧电网与物联网相关产品。

濎通芯研发团队经过多年的研发积累与迭代，完全掌握Wi-SUN技术特点，提供高性能、低功耗的无线收发器及MCU，产品具有最佳灵敏度、选择性、相邻通道抑制，抗阻断，符合802.15.4g标准，且产品已通过Wi-SUN联盟认证。

濎通芯的Wi-SUN产品线VC7300系列主要技术突破在于可长距离传输，同时具备严密的信息安全防护机制，讯息绝不外泄。此外，VC7300系列消耗功率低，睡眠模式下功率消耗小于 2.5uA，并入在物联网设计中，电池寿命可长达 10 年。

濎通芯产品已获得FAN认证，证明濎通芯的无线解决方案能够支持 Wi-SUN FAN 1.0规范，并能与其他Wi-SUN FAN认证设备实现连接和交互操作，应用领域包括计量表、路灯、智能城市、公用事业和物联网网络中的传感器等。

濎通芯VC7300系列的主要特性和优点：

• ? 远程和长距离 - 单跳端到端视线传输距离大于10km （数据速率50kbps）; 多跳网络传输距离大于数十km （最高数据速率可达300kbps）。
• ? 可扩展性 - IPv6/ 6LowPAN 增强了传感器网络的可扩展性和移动性。
• ? 强大的安全性 - 从云端到终端的 5 级军事级安全机制
• ? 远程韧体升级 - 双向通信
• ? 自组网/自修复网络 - 网状网络超过 1000 个节点并具有自适应拓扑结构
• ? 干扰容差 - 通道跳频，出色的选择性，对抗敏感干扰具有高度抗性。
• ? 载波偏移容差 - 在大载波频率漂移时性能非常稳定。
• ? 认证和互操作性 - Wi-SUN FAN
• ? 低延迟/快速响应 - Sub-GHz RF 的延迟小于 20ms
• ? 省电模式 - 睡眠模式下功耗小于 2.5uA （VC7300A），在物联网设计中电池寿命长达 10 年。