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IIoT智能化過程中繞不開的那些邊緣節點通信系統設計要點

  短程無線鏈接

  而帶寬限制了可以從工業物聯網感測器節點採集數據的最大速率以及向下遊傳輸數據的最大速率,需要考慮每臺設備隨時間推移產生的數據總量、網關中部署和聚合的節點數以及以恒定數據流或間歇性突發方式存在的突發數據高峰期需要的可用帶寬三大因素。網路協議包的大小最好與傳輸的數據大小相匹配,發送含有空數據的包會造成效率下降。

  如果工業物聯網設備必須用電池供電,為了省電,可以在其空閒時使其進入睡眠模式。同時可以在不同的網路負載條件下模擬設備的功耗,這樣可以確保設備的電源和電池容量與傳輸必要數據需要的功耗相匹配。

  網路中不同可能節點之間的協調配合也是個挑戰。為了維持互聯網的協調能力,傳統方法是採用標準有線和無線協議。為了跟上新技術的快速發展步伐,很難實現新的工業物聯網流程的標準化。以工業物聯網生態系統為例,看看符合現有解決方案需要的最佳技術,如果被廣泛運用,則實現長期協調配合的概率會更高。

  此外,工業物聯網的網路安全性在系統中起著三個重要的作用:機密性、完整性和真實性。機密性要求網路數據只停留在已知框架中,不允許數據被外部設備破壞或截獲;數據完整性要求消息內容與發射數據完全相同,不改變、減少或增加資訊;真實性則要求從符合預期的獨家來源接收數據。連接不安全網關的安全無線節點會造成安全漏洞,有可能遭到破壞。數據時間戳有助於發現是否有任何信號被跳過並被通過旁道傳輸。時間戳也可以用於正確重整來自多個未同步感測器的淩亂的關鍵時間數據。

  頻段、通信協議與網路拓撲結構選擇有訣竅

  物聯網無線感測器可以在蜂窩基礎設施中使用特許執照頻段,但這些設備可能非常耗電。在車載遠程資訊處理這個應用示例中,需要採集移動資訊,所以,短程無線通信並不可行。然

  而,許多其他低功耗工業應用通常選擇會佔用ISM頻段中免執照頻譜。IEEE 802.15.4低功耗無線標準可能是諸多工業物聯網應用的理想選擇,該標準的工作頻段為2.4 GHz、915 MHz和868 MHz ISM,總共有27個通道可以用於射頻通道多次跳躍。

  藍牙低能耗(BLE)是一種功耗大幅減小的解決方案,它不是檔傳輸的理想選擇,卻更適合小塊數據。其主要優勢是與競爭技術相比,已與移動設備廣泛集成,所以更具普遍性。藍牙4.2核心規範採用高斯頻移調制,工作頻段為2.Atmel4 GHz ISM,範圍為50米至150米,數據速率為1 Mbps。

  網路模型:點對點、星形、網狀和多跳拓撲結構

  在此趨勢下趨勢,亞德諾半導體(ADI)針對AduCx系列微控制器,以及Blackfin系列DSP提供支持有線網路協議的全套無線模擬收發器。例如低功耗無線大功率收發模組方案ADRF7242支持IEEE 802.15.4、可編程數據速率和調製方案,採用全球ISM頻段,速率範圍為50 kbps至2000 kbps,符合FCC和ETSI標準的要求。ADRF7023的工作頻段為全球免執照ISM頻段,工作頻率為433 MHz、868 MHz和915 MHz,速率範圍為1 kbps至300 kbps。此外,ADI公司還提供完整的WSN開發平臺,助力定制解決方案的設計。

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