Wi-SUN的起源

Wi-SUN，全稱為Wireless Utility Networks，中文翻譯為智能無線網絡，是一系列基于IEEE 802.15.4為底層協議的標準無線通信網絡的統稱，主要包括Wi-SUN FAN（Wireless Utility Field Area Network）和Wi-SUN HAN（Wireless Home Area Network）。

早在2008年以前，在業界中沒有統一的廣域物聯網無線通信標準，而當時行業中卻存在各式各樣的廣域物聯網通信協議，這些協議的相同之處是使用IEEE發布的技術標準802.15.4，但在應用層卻無法實現互聯互通。為了解決這一個復雜的問題，基于IP技術的大規模廣域無線網狀網絡應運而生，簡稱Wi-SUN FAN（Wireless Utility Field Area Network）,該標準致力于成為全球的無線網狀網絡標準并具備互操作性。伴隨著標準的落地，負責標準建立及應用推廣的組織為Wi-SUN聯盟，同時聯盟承擔著對標準進行維護和互操作性的承認工作。對于IEEE 802.15.4規范，Wi-SUN聯盟以及終端產品的關系，可以對比Wi-Fi進行深刻理解。

Wi-SUN和Wi-Fi對比

IEEE 802.15.4：Wi-SUN的基礎規范，應用于Wi-SUN標準的底層協議PHY和MAC中；

Wi-SUN聯盟：建立及維護Wi-SUN標準，負責標準的推廣和應用邏輯，以及對嵌入Wi-SUN協議的產品之間互操作性進行承認；

終端設備：嵌入Wi-SUN協議的終端設備，設備之間可實現數據的互通。

Wi-SUN標準簡介

Wi-SUN標準主要包含兩個子規范，分別是FAN和HAN，其中技術區別及應用場景分別如下：

01FAN

1.支持IEEE 802.15.4g的PHY層，IEEE 802.15.4e的MAC層，6LoWPAN，RPL，IPv6等標準協議；

2.支持數據在節點之間多跳傳輸；

3.支持多信道的跳頻傳輸；

4.支持AES加密和基于802.1x的身份驗證；

5.主要應用在需要多跳傳輸的智能表計，智慧路燈等密集的城市網絡；

02HAN

1.支持IEEE 802.15.4g的PHY層，IEEEE 802.15.4e的MAC層，6LoWPAN和IPv6等標準協議；

2.節點之間進行一對一或一對多的數據傳輸；

3.支持AES加密和基于802.1x的身份驗證；

4.主要應用在家庭應用場景，利用中心節點和家庭中各種設備進行一對一或一對多通信；

FAN和HAN應用場景案例

Wi-SUN FAN典型架構

01應用框架

Wi-SUN FAN的典型應用架構如圖3所示，其中FAN層為嵌入Wi-SUN FAN Stack的智能設備以及各PAN網絡的路由示意圖。WAN層不同PAN網絡的邊緣路由節點通過不同通信方式接入到公共網絡。

Wi-SUN FAN的典型應用架構

02FAN Stack架構

Wi-SUN FAN的協議層級如圖4所示，對比OSI模型分析，圖中綠色背景的Transport, Network, Data link和PHY為Wi-SUN FAN標準所定義。

Wi-SUN FAN的協議層級

PHY:采用IEEE 802.15.4g規范作為物理層標準，該規范是為低功耗、低速率的應用而設計的標準無線通信技術，規定了數據通過無線介質傳輸的方式，定義了無線電的調制方式，工作頻段，通信速率，協議數據單元等參數。

Data Link：由MAC Sub-Layer和LLC Sub-Layer兩個子層組成，其中MAC層采用IEEE 802.15.4e規范作為介質訪問標準，由于無線信號被Transmitter和Receiver共用，該標準提供了一種機制，來完成時分多址的數據傳輸功能以及信道訪問管理功能。LLC層作為邏輯鏈路控制層在IEEE 802.2規范中定義，主要完成數據的可靠性傳輸及控制，數據包的分段及重組以及數據包的順序傳輸。

Network:由IPv6, ICMPv6, RPL, 6LoWPAN各子協議組成。6LoWPAN的全稱是IPv6 over Low Power Wireless Personal Area Network，主要作用是作為IPv6和IEEE 802.15.4的適配層，將IPv6的數據首部通過協議壓縮分組后添加到IEEE 802.15.4的載荷中，實現在低功耗無線廣域網中使用IPv6技術完成萬物互聯。RPL的全稱是IPv6 Routing Protocol for Low-Power and Lossy Networks，主要完成有損鏈路互聯設備的數據傳輸路由機制。

Transport：在IP協議中，傳輸協議位于IP協議之上。應用協議不直接使用IP，而是通過傳輸協議進行相互通信。截止目前為止，UDP和TPC為兩種最為廣泛應用的傳輸協議。

基于IP技術的優勢

互通性強

該特型是IP架構的一個突出點，運行在不同特性的鏈路層之上的IP架構，之間可以實現互相通信，同時IP也能提供了能夠與現有網絡及應用進行互通的能力。

架構通用、穩定

IP架構的成功已經被證明是可持續發展的，主要歸因于IP架構是為應用層協議和機制能夠獨立于底層網絡協議和機制發展而設計的，從而實現端到端的基本原則。對于工業場景下的智能設備，對設備及網絡的穩定性和可靠性要求極高，而IP架構的多年應用也足以保證系統的穩定性。

可擴展性高

通過IP架構在因特網上的廣泛使用，證明IP架構很注重擴展性。通過全球化的部署表明IP架構可以部署在大量的系統中，并跨越不同底層協議而正常運行。

助力Wi-SUN，技術賦能

基于Wi-SUN的技術標準，我們設計并開發出多款符合該標準的產品。

作為架構在硬件平臺之上的第一層協議，產品的性能參數是PHY協議的直接體現，研發完成的首款產品支持902~928MHz的工作頻段，符合FCC標準中高達1W的輸出功率，同步在接收鏈路中增加LNA進一步提升RX的性能，使通信鏈路相對現有的微功率無線產品增加約15dB，很大程度降低網絡層路由機制的復雜程度。產品的分布式電源設計，及優異的熱設計保證了產品的穩定性。近期正在開發符合國內標準的衍生系列產品。

對于架構在傳輸層之上的應用協議，在Wi-SUN中并未定義，這部分需要根據各開發者根據實際應用完成對應的開發工作。目前我們已經完成基于Wi-SUN協議棧的多種應用協議開發，包含透明傳輸、SLIP協議傳輸等，同期在進行符合國家電網標準的645協議和1376協議開發工作。

Wi-SUN是一套基于IP技術的標準LPWAN網絡協議，其利用全球標準IEEE 802.15.4g規范為基礎，統一物理層，鏈路層，網絡層及傳輸層的技術規范，同時在產品測試和規范一致性認證方面做到統一和管理，最終可以確保經過認證產品之間的互通性。因此在嵌入Wi-SUN協議的所有物聯網終端上，如AMI中的智能電表、智慧城市中的智能路燈等終端設備上，除了可以實現無線通信的功能，降低產業運維投入，還能實現將這些終端設備連接到一個公共網絡上的，比肩互聯網通信中的Wi-Fi技術，實現物聯網通信中的Wi-SUN技術，具備物聯網終端設備的通信網絡互操作性。