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[技术交流] 通衢广陌,利尔达Hi-Mesh无线自组网赋能物联网应用

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发表于 2021-11-29 11:09:11 | 显示全部楼层 |阅读模式
  物联网发展趋势

  物联网应用中,大量设备需要接入网络。在无线技术日新月异,终端产品层出不穷的今天,它们该以哪种形式接入网络,这没有要求,也是很高的要求。“通衢广陌,纵横驰逐,惟意所之”,可以走的路有很多,但该走大路还是小路,得看实际的需求。
  如果这一个区域只有几台设备,当地也有运营商基站信号,根据速率要求最方便的是通过NB-IoT/LTE Cat.1直接接入网络,而这几台设备的利润也足够支付流量费;如果这个区域你有几十台设备,你可能会咬咬牙办个最低的流量套餐先用着;但如果这个区域你有上百台设备,或这几十台设备间需要高频次交互数据时,通用老板会让你算一笔账:这几十台组一个无线局域网再通过4G上传会不会更节省?

  这时,我们把物联网拓扑分为两部分,一部分是末端网络,终端设备间的组网通信,通常终端设备间的数据会汇聚到一个中心节点,这个网络一般叫LAN或者叫PAN,像Zigbee(现在应该叫CSA,叫习惯了),BLEMesh,6LowPAN,Wi-Fi都在这个范畴;另一部分是主干网络,中心节点的北向通信,负责把局域网内的节点数据传输到数据服务器。

  在国内无线应用中,主干网络是关键基础设施,它一定是基于国有体系的公有网络或企业专网,运营商积极拥抱变化,从传统的语音电话服务商变成了物联网运营商,为物联网用户提供如LTE,5G等大带宽连接服务。

  对于末端网络的组网,用户则更关注应用需求,偏向考虑网络容量,通讯带宽,通讯距离,组网能力,易用性,维护成本,发射功率,射频认证,可靠性等因素。

  自组网的困惑

  大家发现运营商体系的网络是不用考虑上面那些问题,因为不管选择谁家的产品,它都是一致的,因为3GPP是标准的,从通讯的最底层就做了约束。

  另外,全球范围内的各联盟组织也不遗余力的规范网络,像Wi-Fi,SIG,LoRa,CSA,Wi-SUN,ZETA等组织,联盟的好处是在世界范围内去规范了一套网络体系,大家这样用,可保证联盟成员间的产品可以很好的实现“互联互通”,极大的方便了企业间的数据共享,减少了信息的壁垒,是人类文明的进步的另一种体现。
  但如果我们把视角缩到这个网络是解决末端网络通讯这一部分时,会发现企业主之间是不希望和不相干的产品“互联互通”。另外,联盟为了照顾大多数应用而制定的通讯规则也有一些不适用自己。那为了实现彼此通讯而付的licence成本加到通讯模组并转嫁到企业主身上是不合适的。

  不难发现,很多IoT应用可以简单粗暴的用蜂窝网络来解决,也可以自己架设企业私有网络来解决。但当前最经济适用的方案就是二者的融合,这符合现阶段我国基本国情与社会发展特征。

  产品的诞生

  对于末端网络的选择,就像交通出行,不同时间、不同地点、不同人物都应该有它合适的方法。没有哪个产品能通吃,但每个产品一定有侧重。都是在网络容量、通讯速率、低功耗、通讯距离几个方面不断做平衡做取舍,我们今天分享一个高速、远距离、自组网产品——Hi-Mesh。

  按照前面的逻辑,Hi-Mesh在物联网的底部,它定义了两种类型的节点,一个节点叫DCU(Data Concentrator Unit)节点,放在数据集中器端,另一类是数据节点Node,Node既可以放在网络末端,也可以在做Router帮其它节点转发数据,大大减少网络维护成本。

  如下是网络拓扑图:
  1、DCU节点作为网络的发起者,是建立网络的角色,同时也是所有结点上传数据的必经之路,它最大支持200个以内Node节点加入网络,200个节点同时上电,可在5分钟内快速加入网络。当DCU节点断电再上电,网络会重新组建。

  2、前面提到所有Node节点兼具Router功能,这样,实际网络布署过程就变得非常简单,不用考虑该节点是否离DCU足够近,但同时带来的弊端是无法实现网络低功耗,也就是每个Node的RF电路一直处于持续接收状态,大约有40mA的电流消耗。

  如果两个相邻Node节点位置发生了变化,它会根据信号强度定期优化网络路径,所以不管是前面提到的断电重启,还是位置移动,又或者网络中有了新的障碍物,它都会选择最优路径,实现类Mesh的网络组建,所以,Hi-Mesh是聪明的网络。

  在射频特性方面,Hi-Mesh射频前端采用经典的FSK调制,工作在470MHz-510MHz,属于免授权频谱范围。最大发射功率20dBm,在50kbps速率条件下室外点对点通讯距离大约1Km,也就是拓扑图中“一跳”需要考虑的距离。

  除了满足“硬”的通讯距离以及速率要求外,网络的开发、维护“软”工作也至关重要。DCU与Node的物理通讯接口均采用UART,模组内置Cortex-M4处理器,并嵌入透传协议,这样用户在硬件与软件的投入几乎是最低的。在原有的系统架构不变的情况下,只要分别提供一路串口,剩的工作尽管交给聪明的Hi-Mesh好了。
  应用领域:那Hi-Mesh网络适用于哪些领域呢?

  1、智慧路灯

  作为智慧城市的切入口,路灯需要通过电力线载波/无线通信技术将城市中的路灯串联起来,形成物联网,实现对路灯的远程集中控制与管理。

  传统的Zigbee无线通信可以实现组网,它工作在2.4GHz频段,这个公有频段干扰大,通信距离短。PLC方式可以解决距离问题,但集中器端设计复杂,模块体积大,距离稍远后,通讯效果不良。为保证工程项目的可靠实施,通常会采用双模方案,但成本会大幅上升。

  Hi-Mesh网络工作在20dBm发射功率在市政道路上单跳可达1km,路灯间可互做跳板传输数据,不仅从性能上提升通讯效果,而且大幅减低城市基础设施建设成本与运维成本,提升城市治理效率,为新型智慧城市的建设提供良好的发展基础。
  2、楼宇、景观照明

  与路灯类似,城市楼宇、工厂、景区等地方的亮化工程组网控制,为达到分区亮化,智能调整的效果,用户需要有一套可以实时控制每一个节点的网络来辅助,过去这些场景一般会采用RS-485作为工业现场节点来控制,布线麻烦,维护成本高。Hi-Mesh轻量化DCU节点可以根据需要布署在网络末端,DCU间采用以太网或485通讯,简化布线,节省成本。
  3、配、用电

  低压配网作为供电设备运行的根本,其主要负责电能的控制、保护、测量、分配等,低压配网的稳定性与可靠性,直接关系到用电的可靠性。智能配电柜的现场温度、湿度、水浸、开关箱报警等信息的测量靠布线实现是较麻烦的。Hi-Mesh网络成熟稳定的快速的组网协议,工业级射频硬件品质,可应用于无线温度监控系统,地库交流充电桩的无线组网控制等应用。
  4、光伏电站

  在传统光伏电站应用中,存在众多需要通信的设备:光伏阵列板,逆变器,清扫机器人以及跟踪支架。这些设备一般采用RS485总线通信方式组网,这存在施工量大,组网困难,不易维护等弊端。Wi-Fi,ZigBee无线通信技术较为成熟,已经在光伏发电领域取得了应用,但分别存在技术复杂,通信速率低,成本高的问题。为了解决上述问题,利尔达推出光伏电站Hi-Mesh一张网覆盖概念,该技术具有实现简单,通信速率高,经济性好的特点。Hi-Mesh具有较小的通信延时,良好的抗干扰性和较高的安全性,为光伏电站组网提供了新思路。
  5、其他高速、远距离、自组网场景

  利尔达全新设计的自组网产品Hi-Mesh网络,软件上具有成熟的网络通信层,易用的接口层,加之利尔达成熟的供应链体系,以及射频模组自动化生产制造能力,为Hi-Mesh模组提供可靠支持。其高速,远距离,自组网的能力有效解决通讯网络末端的各种组网难题,为众物联网应用赋能,让万物互联更简单!
  联系我们:18167172771(张)
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