“智慧城市生活实验室” Wi-SUN FAN 1.1 网状网络部署 - 第 2 阶段

2023 年 7 月 20 日 | Silicon Labs | 阅读本文需要 3 分钟

作为有关“智慧城市生活实验室”(位于海得拉巴国际信息技术研究所)的连载博客系列的一部分,本第二篇文章将深入探讨先进的 Wi-SUN “智慧城市生活实验室” 内部运作细节。该实验室证明了物联网在日常生活中的巨大潜力,反映出大学校园中的智慧城市。Wi-SUN FAN(Field Area Network,场域网络)1.1 网状网络属于 2023 年 5 月进行的第 2 阶段部署的一部分。

“智慧城市生活实验室”的体系结构

支持 Wi-SUN 的“智慧城市生活实验室”由 5 级阶梯式体系结构组成,可以将来自智慧校园的传感器数据处理成有用的、可读的见解。

体系结构如下所示,最底层是智慧校园,展示了部署在供水、能源、污染、智能空间、智能街道照明等多个领域的各种节点。放置在校园中的各种传感器节点使用各种通信基础设施(包括 4G、LoRaWAN、Wi-Fi 和 Wi-SUN)将数据传输到 oneM2M 服务器。收集的数据存储在校园的数据仓库中,并通过数据交换层 IUDX(印度城市数据交换)提供,该层维护与印度智慧城市相关的所有数据目录。数据可以由包括初创公司、政府政策制定者和研究人员在内的各种用户机构访问,但需要适当的身份验证,因为数据安全是需要考虑的最关键方面。

“智慧城市生活实验室”的主要研发重点领域包括:

  • 空气质量
  • 天气
  • 智能空间
  • 太阳能(可再生能源)和传统能源
  • 智能街道照明
  • 人群管理

 

oneM2M 全球标准为确保物联网设备之间的兼容性、互操作性提供了中间件层,该标准正在印度全国范围内得到采用,并逐渐标准化。在“生活实验室”中,采用 oneM2M 标准的开源改编来收集来自不同传感器的数据。oneM2M 标准提供了共享数据模型,无论底层通信技术如何,均可以实现无缝的数据兼容性。­­

 

 

印度城市数据交换 (IUDX) 是一个软件平台,旨在使智慧城市及其居民能够充分利用城市地区提供的大量数据。为了促进海得拉巴国际信息技术研究所数据监测系统与全国范围内数据消费者之间的顺畅数据共享,“智慧城市生活实验室”与位于班加罗尔的印度科学研究所的 IUDX 团队展开合作。

 

Wi-SUN 网状网络部署

Wi-SUN 网状网络第二阶段的关键特性可归因于支持 Wi-SUN FAN 1.1 的强大 EFR32FG25 SoC 的部署。校园路灯充当路由器节点,并通过 FSK 和 OFDM 连接到边界路由器。在第 1 阶段,根据 FAN 1.0 规范,使用具有 50 kbps FSK 调制速率的 EFR32MG12 SoC 部署了 30 个节点。

在第 2 阶段,已部署了 30 个额外节点,其中 8 个节点配置了 kbps 150 的 FSK,22 个节点配置了 300 kbps 的 OFDM,所有这些节点均配置了 FAN 1.1,从而实现了更快的通信。要了解有关“智慧城市生活实验室”中 Wi-SUN 网状网络第 1 阶段部署的更多信息,可在此处阅读该系列的第一部分

对于第 2 阶段部署,将部署另外两个边界路由器来同时支持两个 FAN 1.1 - FSK 和 OFDM。这使用户能够详细了解每种部署类型的优点。

 

使用 FG25 的 Wi-SUN FAN 1.1 边界路由器

Silicon Labs Wi-SUN 边界路由器是一个提供 WAN 连接至 FAN 的节点。它可为 Wi-SUN 网络内的设备提供服务,包括为离线网络操作提供路由服务。Silicon Labs 提供生产级 Wi-SUN Linux 边界路由器,以及运行在独立 EFR32 上的边界路由器二进制演示。Linux 解决方案由在 EFR32 上运行的无线电协处理器 (RCP) 映像和在 Rasberry Pi 中 Linux 主机上运行的 Wi-SUN 协议栈组成。两个设备均通过串行通信总线连接。

 

Wi-SUN FAN 1.1 的突出特性

FAN 1.1 节点在延迟方面表现更好。具有 OFDM 的 FAN 1.1 节点可以提供高速、稳健的无线通信,同时可减少无线电干扰。这意味着信号接收更强、更可靠,从而改善连接并降低信号丢失或中断的几率。

使用 FG25 构建的 FAN 1.1 OFDM 和 FSK 调制路由器节点均显示出在扩展范围内的可靠通信,使其适合户外使用中的长距离通信。Wi-SUN 协议栈中嵌入的 RPL 等级(低功耗和有损网络的路由协议)映射网络拓扑,以优化通信可靠性。这可以使节点直接连接到边界路由器,或使用其他节点作为父节点来改善通信。它可以创建更大、更复杂的网状网络,容纳更多数量的互连设备。向后兼容该网络中的 FAN 1.0,使其具有灵活性并与现有基础设施兼容。

Wi-SUN 仪表板可提供控制各种路灯的选项,并可汇总测得的所有参数,从而提供不同传感器设备的关键值和健康状况

 

上图所示的“智慧城市生活实验室”的 Wi-SUN 仪表板由海得拉巴国际信息技术研究所开发,属于交互式仪表板,可提供控制各种路灯的选项,并采用紧凑形式、通过可视化来汇总“生活实验室”测得的所有参数,使用户能够一目了然地查看不同传感器设备的所有关键值和健康状况。这些特性可帮助用户快速识别和了解网络上设备的状态及其性能。点击控制点后,依赖于该控制节点的所有灯均会打开。通过 Wi-SUN FAN 1.1 网状网络的第 2 阶段部署,校园中的大多数路灯均转换为智能路灯,并且可以远程控制 ON/OFF 功能。

除了 ON/OFF 控制外,智能路灯已形成 Wi-SUN 网状网络骨干网,为周围的其他传感器节点提供连接。

在 Wi-SUN 网状网络部署的最后阶段,电池供电的 LFN(有限功能节点)将被添加到现有 Wi-SUN 骨干网络中。配备 EFR32FG28 SoC 的水表和燃气表等电池供电传感器设备将作为智慧校园中的 LFN。LFN 在最后阶段连接后,智慧校园中的各种传感器设备将连接到云。

敬请关注“智慧城市生活实验室”下一阶段的最新信息,如果您错过了本系列的第一篇文章,请查看“智慧城市生活实验室”系列:使用 Wi-SUN 使印度海得拉巴成为更智慧的城市,我们整个 LPWAN 专项技术讲座系列现在已可点播观看。

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