向 Wi-SUN 网络添加 LFN 节点的优势：适合智慧城市的智能解决方案

Wi-SUN 是一种无线通信标准，可为智慧城市应用提供可互操作、安全且可扩展的网络。它支持各种服务，如智能电表、智能照明、智能停车、智能废物管理等。Wi-SUN 网络由具备不同角色和功能的各类节点组成。在这篇博客中，我们将重点介绍一种特定类型的节点：有限功能节点 (LFN)。

当前市场有何挑战？

网络运营商正在寻找方法为其网络增加额外的功能，旨在扩展使用场景，并提高部署这些网络的投资回报。对于 Wi-SUN 部署，最简单的方法是向网络添加额外的节点和功能，从而将使用场景扩展至线路供电设备以外。燃气表、水表、停车收费码表、传感器等设备通常由电池供电，从而对使用路灯和电表创建的网络形成了逻辑扩展。这些电池供电设备为公用事业公司、市政当局或其他网络所有者创造了协同增效效应，然而最初推出 Wi-SUN FAN 时，并没有任何机制来支持这些类型的设备。

什么是低能量节点？

低能量节点 (LFN) 是与全功能节点 (FFN) 相比功能和资源有限的设备。FFN 是可以在 Wi-SUN 网络中充当路由器、继电器或协调器的设备。然而，LFN 也是一种只能在 Wi-SUN 网络中充当终端设备或叶节点的设备。LFN 无法为其他节点路由或中继数据包。LFN 只能与其父节点通信，父节点通常是 FFN。

为什么使用有限功能节点 (LFN)？

LFN 设备设计采用低成本、低功耗和持久耐用的设计，非常适合要求在长距离和恶劣环境中进行简单和安全可靠数据传输的应用。LFN 设备的一些示例包括：

• 智能电表：智能仪表测量和报告燃气、水或其他公用事业的消耗情况，但与电表不同，这些设备通常采用电池供电，预计可持续使用 10-20 年而无需更换电池。
• 智能传感器：这些设备监测和报告各种环境参数，如温度、湿度、空气质量、噪声级等。这些传感器通常安装在难以触及的位置，所以需要尽量减少维护或交互却能可靠地运行。
• 智能执行器：这些设备控制和运行各种设备，如阀门、开关、电机等。灌溉系统、太阳能电池板阵列等设施可以利用已经部署的网络来加强控制和监测，无需额外增加任何基础设施成本。

Wi-SUN FAN 1.1 和 LE 节点的特性

Wi-SUN FAN 1.1 为 Wi-SUN 标准带来了许多变化，旨在提高性能和可靠性，同时增加对 LE 节点的支持。一些主要变化包括：

• OFDM 调制：在 Wi-SUN 网络中添加 OFDM 支持功能可提高数据速率，以支持无线更新等功能，同时提高整体网络性能并缓解网络拥塞。
• 多播支持：这种功能支持网络上的设备同时与多个节点互相收发消息。该功能通过提供单线传输而非多线传输，进一步缓解了网络拥塞并降低了总体延迟。
• 向后兼容性：新部署的 FAN 1.1 设备能够在已经建立的 FAN 1.0 网络上通信和运行。这就确保了较旧的设备可以留在现场并正常运行，同时也能将较新的设备添加到基础设施中。

LFN 设备具有多种特性，使其能够在 Wi-SUN 网络中高效可靠地工作。这些特性包括：

• 低功耗：LFN 设备使用电池或能量收集技术为自己供电。这些设备还使用能耗低于传统设备的低功耗无线电模块。
• 电池寿命长：LFN 设备可以持续使用数年，而无需更换电池或充电。这些设备通过使用抽样监听技术来减少无线电活动和功耗，保持长久的电池寿命。
• 抽样监听：LFN 设备会间歇性而非持续性监听信道。此类设备使用信标帧将监听间隔与父节点同步。这样就可以节省能量并避免与其他节点发生冲突。
• RPL 无感知叶 (RUL) 模式：LFN 设备可以在 RUL 模式下运行，这意味着它们并未感知到 Wi-SUN 网络使用的路由协议。RUL 模式简化了 LFN 设备的实施和配置，并且降低了网络的开销和复杂程度。

使用有限功能节点 (LFN) 有什么好处？

LFN 设备为终端用户、网络运营商和设备制造商提供了诸多好处。这些好处包括：

• 对于终端用户：LFN 设备为各种智慧城市服务提供可靠安全的数据传输。它们还通过延长电池寿命和减少人为干预需求来降低这些服务的运维成本。
• 对于网络运营商：LFN 设备通过添加更多节点来提高 Wi-SUN 网络的可扩展性和稳健性，而不会影响服务的性能或质量。它们还通过使用 OFDM 调制和多播支持来提高网络效率和覆盖率。
• 对于设备制造商：LFN 设备通过使用标准化和可互操作的组件和协议来降低生产和开发成本。此类设备还能提供兼容而灵活的产品，从而提高市场潜力和客户满意度。

使用 LFN 有何挑战？应如何应对？

LFN 设备面临一些挑战，我们可以通过 Wi-SUN FAN 1.1 规范加以应对。这些挑战包括：

• 可扩展性：LFN 设备必需能够在不影响网络稳定性或性能的情况下动态地加入或离开网络。这些设备还必需能够处理来自多个来源或目的地的大量数据。
• 互操作性：LFN 设备必需能够与属于不同供应商或制造商的各类节点通信。这些设备还必需能够支持具有不同要求和偏好的各种应用和服务。
• 向后兼容性：LFN 设备必需能够与使用旧版 Wi-SUN 标准或协议的现有或老旧节点配合使用。这些设备还必需能够在不中断其功能或连接的情况下升级或更新固件或软件。

Silicon Labs Wi-SUN 产品组合

十多年来，Silicon Labs 一直致力于开发适用于工业和商业应用场景的解决方案，在引领 Wi-SUN 标准的开发方面有着悠久历史。Silicon Labs 提供一系列支持 FSK 和 OFDM 调制的 Wi-SUN 认证 IC，以及充足全面的参考设计和开发工具。

其中一种支持 Wi-SUN 的产品就是 EFR32FG251 GHz 以下无线 SoC。这是一种集成了高性能无线电、ARM Cortex-M33 内核和 1920 KB 闪存的系列 2 SoC。它支持适用于有限功能节点 (LFN) 设备的 Wi-SUN FAN 1.1 规范和 RPL 无感知叶 (RUL) 模式。借助对 OFDM、FSK 和 O-QPSK PHY 的支持，FG25 实现了针对路由和线路供电节点的优化。

另一种支持 Wi-SUN 的产品是 EFR32FG281 GHz 以下无线 + 2.4 GHz BLE SoC。这是一种结合了 2.4 GHz 收发器、ARM Cortex-M33 内核和 1024 KB 闪存的系列 2 SoC。它还支持适用于 LFN 设备的 Wi-SUN FAN 1.1 规范和 RUL 模式。FG28 的有功电流和睡眠电流较低并且 RF 性能优秀，所以非常适合用于低功耗 LFN 应用。

Silicon Labs 的 Wi-SUN 产品组合支持与 EFR32FG25 和 EFR32FG28 设备混合实施网络，因为它们彼此之间、与其他 Wi-SUN 认证节点，均可互相兼容和互操作。这使得网络运营商能够部署灵活稳健的网络，以支持各种智慧城市服务，如智能电表、智能照明、智能停车、智能废物管理等。

生活实验室：实景实施 Wi-SUN 网络

Silicon Labs 是海得拉巴国际信息技术研究所智慧城市生活实验室的第一家企业创始合作伙伴，该实验室为下一代技术提供研发生态系统，旨在提高致密化城市的安全性、可持续性、能源效率和整体生活质量。生活实验室是一个旨在展示 Wi-SUN 技术在实景环境中的好处的项目。年底之前，会在测试网络中部署 LFN 节点。届时，Silicon Labs 在智慧城市生活实验室发挥的积极作用将见证下一代技术（在印度设计，为世界服务）提高致密化城市的安全性、可持续性、能源效率和整体生活质量。

Wi-SUN LFN 节点是功能和资源与 FFN 节点相比较为有限的智能设备。这些设备采用低成本、低功耗和持久耐用的设计，非常适合要求在长距离和恶劣环境中进行简单可靠数据传输的智慧城市应用。

Wi-SUN LFN 节点具有多种特性（例如低功耗、电池寿命长、抽样监听和 RPL 无感知叶模式），使其能够在 Wi-SUN 网络中高效可靠地工作。它们还为终端用户、网络运营商和设备制造商提供了许多好处，例如可靠安全的数据传输、降低运维成本、提高可扩展性和稳健性、提高网络效率和覆盖率、降低生产和开发成本、提高市场潜力和客户满意度。

最新的 Wi-SUN FAN 1.1 标准将通过实现多播、OFDM 和 FAN 1.0 向后兼容性来改进 LFN 节点。Silicon Labs 的 EFR32FG25 和 EFR32FG28 设备支持最新的 Wi-SUN FAN 1.1 规范。Silicon Labs 拥有成熟的参考设计、经过认证的协议栈和 PHY 以及灵活的无线 MCU 产品组合，为设计人员提供了满足各种 Wi-SUN 设备需求的一站式平台。

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