作為物聯(lián)網(wǎng)主要接入方式,無線連接越來越普及,但與有線連接相比,無線接入方案在安全、實時、可靠與功耗等方面均面臨更嚴(yán)峻的考驗。
工業(yè)應(yīng)用對于可靠性與實時性的要求更高,所以一些無線技術(shù)并不適用于工業(yè)領(lǐng)域。以連接可靠性為例,99%的可靠性,在一年就會造成3.65天的計劃外停機(jī)時間。凌力爾特(Linear Technology)Dust Networks產(chǎn)品部產(chǎn)品市場經(jīng)理 Ross Yu表示,半天的通信中斷足以激怒工業(yè)用戶,如果一年內(nèi)出現(xiàn)兩次半天通信中斷,即便工程師在現(xiàn)場解決了問題,也極有可能丟掉該用戶。
除了可靠性,網(wǎng)絡(luò)規(guī)模(可接入最大節(jié)點(diǎn)數(shù))、實時性、低功耗以及易用性對于工業(yè)應(yīng)用都非常重要。凌力爾特的SmartMesh無線傳感網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Network,簡稱WSN)技術(shù),針對工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用做了很多優(yōu)化,通過集中管理及限時切跳(Time Slotted Channel Hopping,簡稱TSCH) 功能,SmartMesh實現(xiàn)了多點(diǎn)路由,從而保證通信的可靠性與實時性。
多點(diǎn)路由
也稱多路徑(Path Diversity)
“作為智能無線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品,SmartMesh IP主要針對傳感器采集等數(shù)據(jù)量不大的工業(yè)應(yīng)用。SmartMesh有一個重要的概念是時間同步,”凌力爾特高級應(yīng)用工程師寧強(qiáng)告訴與非網(wǎng)記者,SmartMesh網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)采用集中式管理,每組網(wǎng)絡(luò)中的管理者(Manager)對于該網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的每一個節(jié)點(diǎn)定期對時。管理者對每一個節(jié)點(diǎn)的訪問處理時間都是確定長度(每一個節(jié)點(diǎn)獲得的訪問處理時間即稱為時間片),“每一個時間片里,一個節(jié)點(diǎn)到管理者或者另一個節(jié)點(diǎn)之間的通信過程采用什么樣的頻率,分配多少時間,都是由管理者來決定的,有了這樣集中式的管理,當(dāng)一個節(jié)點(diǎn)與管理者之間的通信被干擾或遇到故障時,就可以通過跳頻的方式,或者經(jīng)由另外一條管理者指定的路徑,將數(shù)據(jù)傳輸回來。”
寧強(qiáng)表示,SmartMesh的每一個節(jié)點(diǎn)都可以作為路由,但無論是下行(由管理者傳至節(jié)點(diǎn))還是上行(由節(jié)點(diǎn)傳至管理者),數(shù)據(jù)通道路徑及其特性都由管理者事先確定,而非由節(jié)點(diǎn)來選擇。集中管理的好處之一就是時延是確定的,寧強(qiáng)說:“評估下來,SmartMesh的傳輸延遲為秒級?!?/p>
與消費(fèi)類應(yīng)用不同,在開放與安全之間,工業(yè)應(yīng)用更傾向與選擇安全,SmartMesh方案也是如此。凌力爾特的SmartMesh方案并不單純提供芯片,而是一整套完整的封閉方案,所有與SmartMesh網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的軟件都由凌力爾特提供。
“SmartMesh開放給用戶的只有UART口(串口)及ADC,除此之外就沒有其他資源可供用戶配置了。用戶只能通過UART把要傳送的數(shù)據(jù)發(fā)過來,SmartMesh系統(tǒng)自己打包,自己發(fā)送,自己去找路徑。”寧強(qiáng)打了個比喻,“SmartMesh就類似于快遞公司,把東西交給快遞公司以后,用戶就不用操心后續(xù)如何操作,在限定時間內(nèi),快遞公司一定將貨物運(yùn)到目的地?!?br/>
SmartMesh網(wǎng)絡(luò)支持的最大節(jié)點(diǎn)數(shù)超過萬個(寧強(qiáng)表示,單個管理者最大支持100個節(jié)點(diǎn),超過100個節(jié)點(diǎn)要采用層級接入的方法拓展);產(chǎn)品連接可靠性超過99.999%,換算過來就是一年工作時間只有不到10分鐘的意外停機(jī);而且針對工業(yè)應(yīng)用環(huán)境惡劣的特點(diǎn),SmartMesh非常努力地優(yōu)化了功耗。Dust Networks產(chǎn)品部總裁Joy Weiss在幾年前接受媒體采訪時就表示,在設(shè)計之初,SmartMesh網(wǎng)絡(luò)技術(shù)就重點(diǎn)考慮了無插座(只有電池供電)應(yīng)用場景,電池供電可以支撐系統(tǒng)運(yùn)行十年以上的時間。
據(jù)凌力爾特的數(shù)據(jù),全球超過120多個國家部署了6萬例以上的SmartMesh無線網(wǎng)絡(luò),所以SmartMesh這個“快遞公司”已經(jīng)得到了越來越多工業(yè)用戶的青睞。