无线传感器网络是由很多个传感节点互联而成，这些节点通常分布在不同的区域，所处环境，地理位置都不尽相同。它们通过相同的网络协议构成一个完整的网络系统，并依靠网络通信。无线传感网络的主要用途是采集信息，将其感知的外部信息转变为相应参数，再通过无线网络提供给用户查询参考。无线网络可以覆盖很多方面，例如智能家居、航天航空、军事国防、工业生产等领域。

全文目录

1.低功耗广域网LPWAN
2.Wi-SUN现状
3.Wi-SUN协议栈
- 3.1Wi-SUN在无线通信领域的技术对比
- 3.2Wi-SUN网络层
- 3.3Wi-SUN协议标准
4.基于Wi-SUN搭建的网络构架

1.低功耗广域网LPWAN

低功耗广域网LPWAN (Low-Power Wide-Area Network)是目前无线传感网络中的最新技术，在国际上受到广泛的关注。LPWAN技术被广泛应用在物联网（Internet of Things，IoT）的通信网络中，最常见的就是依靠电池供电的传感设备，可以同时覆盖很广的区域并且长时间工作。

LPWAN是广域网的开端，蓝牙、WiFi、ZigBee等近距离传输技术在这一方面远远不如LPWAN。同时它所需要的成本也是很低的，适用在物联网的各个层面。

Wi-SUN(Wireless Smart Ubiquitous Network)是LPWAN中几个重要技术之一，LPWAN技术还包括LoRa、NB-IoT等通信协议。

这些通信协议所使用的频段又划分为授权频段(License Band)和非授权频段。第一部分为授权频段，主要是以NB-IoT技术为核心，在第三代合作伙伴计划(3rd Generation Partnership Project，3GPP)的主导下，通过电信运营商申请才可以使用。因此授权频段应用在电信领域比较广泛，例如4G或5G的研究，都是由国家授权并由许许多多的电信营运商和其他厂商合作完成。

第二部分为非授权频段（Unlicense Band），Wi-SUN、LoRa均属于非授权频段，可以免费使用开发。但是Wi-SUN不同于LoRa的地方在于，它的协议栈是基于802.15.4g的通信标准, 物理层、网络层和数据链路层都采用不同的协议。物理层最为主要，工作在900MHz的带宽，发射功率在10mW到200mW的范围内，可以传递更多的数据量，并且能够做出更快的反应。

2.Wi-SUN现状

在国内，大多数专业人士喜欢NB-IoT、LoRa等技术的开发，毕竟这两种技术在LPWAN家族中很受欢迎与喜爱，而Wi-SUN却一直无人问津。尽管Wi-SUN是这样的“默默无闻”，可是在Wi-SUN联盟的大力支持下，Wi-SUN早已建立起一套属于自己独有风格的健康稳定的小型生态系统，并适用于很多场景。

Wi-SUN技术问世后，在很多公司的共同努力下，又出现了Wi-SUN联盟。该联盟起始于2012年，如今已经有两百多家公司加入注册会员，其中包括ARM和TI等大公司。在逐渐完善Wi-SUN技术的同时，又不断设计出更多的Wi-SUN智能产品。
Wi-SUN联盟在2013年首次采纳IEEE 802.15.4g为作为它的无线通信技术标准。

在多国政府的大力支持下，Wi-SUN技术开始一步步走向智慧电表的领域，甚至进军全世界的智能家居市场，随着我国也开始研究Wi-SUN技术，Wi-SUN在我国智能领域也开始崭露头角，市场渗透率也在不断上升，未来极有可能与蓝牙，WI-FI等技术一样家喻户晓，举世瞩目。

目前已经有一百多种Wi-SUN认证产品在全球范围内推出。Wi-SUN公司也一直致力于推广并部署大约9千万个支持Wi-SUN的设备。Wi-SUN联盟的产品想要达到认证标准，必须通过一道道程序测试其互操作性，所以Wi-SUN的所有产品均具有高度的互操作性。Wi-SUN技术在物联网中随处可见，主要应用于环境或健康的监测，智慧城市的构建，例如智能红绿灯、智能停车场、充电站等领域。

3.Wi-SUN协议栈

3.1Wi-SUN在无线通信领域的技术对比

Wi-SUN（Wireless Smart Ubiquitous Network）技术是在IEEE 802.15.4g、IEEE 802和IPv6网络协议标准的基础上开放的。Wi-SUN作为一种网络协议具备网络间自组网的功能，并且能够在传输出现问题时自动修复。
Wi-SUN的网络中布置了大量的设备和节点，这些节点的存在使得各个设备都能够与其他设备进行交互和通信，并且数据可以在网络中的所有节点之间进行相当远距离的传输，这也是Wi-SUN技术的最大特点。

Wi-SUN无线传感技术还有其他的特点，例如自组网（mesh网络），安全性高，可延展性强，交互能力强，低功耗等，Wi-SUN设备不出意外的话可以使用很多年。在打造广域物联网方面，这些特点都是至关重要的，因此Wi-SUN才会被广泛用于智能家居，智慧城市等各个领域。

下图给出了Wi-SUN在物联网无线通信领域的技术对比

从图中可以看出，Wi-SUN的通信距离比NFC，蓝牙（Bluetooth），Wi-Fi等通信技术都要远百倍甚至千倍，然而在数据传输速度方面，又比Sigfox和LoRa稍微快一些。由此可见，Wi-SUN在传输速率和传输距离两方面都占有优势。

3.2Wi-SUN网络层

Wi-SUN的网络层结构分为5部分，分别为物理层，链路层，适配层，网络层和传输层(如下图)。

1.物理层：Wi-SUN的物理层是基于IEEE 802.15.4g的标准。其功能包括定义启用和禁用射频发送器，能够检测信道当前的能量和传递数据包的链路质量，估算非活动信道，选择适当的信道频率以及接收和发送无线数据等。Wi-SUN物理层采用的的调试方法是MR-FSK，并作用在Sub-1G的频段，频率越高，传输过程中产生的损失就越多，因此传输在Sub-1G频段完全比传输在2.4GHz或更高频段有更佳的传输效果，还能减少损耗，有利于提高无线网络的覆盖面积。

2.链路层：Wi-SUN的链路层包括两个子层，MAC层和LLC层。MAC层是基于IEEE 802.15.4e的标准。两个子层均采用了CSMA-CA（载波监听多路访问/冲突避免），能够有效做到信道预约，发送数据前，会先检测信道是否忙碌，如果检测到信道空闲，会等待一段时间，再次询问信号是否空闲，如果还是空闲状态，才会发送数据，如果不是空闲状态，会等待随机一段时间再次检测。

3.适配层：应用6LoWPAN标准，即一种基于IPv6的低速无线个域网标准。它通过构建一个有向不循环图来实现自动组网。它的拓扑结构是一种mesh型的网络网格结构。网络中的各个节点都有不止一个的父节点，最优父节点是通过网络目标函数计算得到并接入网络中。此外还有自动修复功能，如果父节点失效会自动切换到备用的父节点入网。而且在众多节点中还含有叶子节点，与普通节点不同，在启用自动修复功能时，叶子节点不能够主动成为父节点，因此叶子节点能够作用在休眠/监听/发送的模式下。

4.网络层：Wi-SUN网络层使用IPv6协议。因为IPv6的地址数量远远超过IPv4的地址数量，所以IPv6才是将来物联网市场的中流砥柱。IPv6的寻址方法保证了整个网络的节点数量。虽然地址的数量不再是限制网络规模的主要原因，但想要提升网络的容量，仍然会被核心节点的RAM，Flash等资源所限制，因此想要增加整体无线网络中节点的数量，就要提升核心节点的存储资源容量。

3.3Wi-SUN协议标准

Wi-SUN联盟(Wireless Smart Utility Network Alliance)于2012年成立后，在IEEE 802.15.4标准的基础上提出了Wi-SUN的协议标准，如下图所示。

1.Wi-SUN Enhanced HAN：
HAN（Home Area Network）家庭局域网是一种基于星形拓扑结构的常用网络。节点与网关之间采用一对多的形式，目前主要是应用于智能家用仪器之间的交互系统。而在HAN众多无线通信协议标准中，Wi-SUN Enhanced HAN是最新研发出来的，它是基于Wi-SUN HAN的增强型。Wi-SUN联盟为这一协议加入了两种新功能：中继通信功能和休眠通信功能。中继通信功能能够使一个中继设备进行一对多的树型连接，由于每一个中继设备都可以和网关，节点或终端设备进行连接，这可以增加信息传输的距离，并增强稳定性，有利于构建一个稳定高效的网络系统。休眠通信功能应用在节省功耗方面，并且该功能还实现了双向通信技术，高效节能是目前物联网市场对无线传感设备的重要需求，这也是Wi-SUN的最大特点。

2.Wi-SUN FAN：
Wi-SUN FAN（Field Area Network）是Wi-SUN技术中最重要的协议标准。该协议支持UDP、RPL、IPv6和6LowPAN等多种网络通信技术。

Wi-SUN FAN的特点如下：

①拥有多跳网状的网络结构。该网络传输的路径是不唯一的，当一条路径发生故障或收到外来无线电的干扰时，会自动选择其他路径进行传输，进而达到稳定的效果。比如在很多室内场景，墙壁和石柱会成为阻碍信号传输不可避免的一部分，但利用SUN FAN传输可以绕过它们，在这一方面显得尤为智能化，因此在智能家居和智慧城市的构建中被广泛应用。

②通信安全度高。Wi-SUN FAN采用高级身份认证的方式来保证信息传输的安全性。这种高级身份认证方式称为RADIUS/AAA服务器身份认证，它为连接到该设备的每一个客户端都设置了许可证书，然后将许可证放在边界路由器中保存，当遇到干扰或障碍物需要改变传输路径的时候，不用再重新规划每个设备。

③拥有跳频功能。跳频是指在传输数据的同时改变频率的大小。例如很多设备在通信时，从920.00 MHz到930.00 MHz的范围内有30个通道，出现任何问题可以在这些通道间来回切换，改变频率继续工作。正是因为拥有这种跳频功能，Wi-SUN FAN的通信才会更加稳定。

3.Wi-SUN JUTA
Wi-SUN JUTA是一种新型的国际间无线通信标准。这种标准所面向的对象是通过电池供电的智能器件。它有两个显著的特点，一个是可靠性高，另一个是持续性长。在可靠性方面，在信息接收和发送的同时会捕捉信标，检测到信标才会发送数据，所以尽管重复通信，信道的占有率也不会增加，更不会重复发送数据，使得通信更加的稳定。另一方面，通信时不会因为长时间驱动而降低效率。通常在传输数据时，会自动产生一些间歇性休息，在不影响整体传输时间的基础上增加信道的使用寿命。

4.基于Wi-SUN搭建的网络构架

目前基于Wi-SUN所能够搭建的网络结构有很多种，并且已经分布在各个领域。例如在智能家居方面，往往依靠Wi-SUN无线技术建立边界路由与终端设备之间的通信，其实质是基于Wi-SUN搭建一种具有自组网能力的高带宽的网络结构体系，例如下图。

该网络构架是基于Wi-SUN网络协议搭建的，主要由底层终端节点，边界路由器组成。其中边界路由主要是通过Wi-SUN网络与终端节点及后端服务进行双向通讯，起到对下级无线终端节点的汇聚和管理功能。边界路由模块又分为全功能边界路由通讯模块和汇聚功能通讯模块。
全功能边界路由通讯模块具备以下功能：

①下级终端节点通讯模块的无线汇聚管理功能
②通过上行网络与后端服务有线或无线的双向通讯功能
③与通讯模块所连接设备的有线通讯

汇聚功能通讯模块相比于全功能边界路由通讯模块不同点在于无法与通讯模块的设备进行有线通讯。

终端节点通讯模块主要负责与终端应用设备的双向通讯，在终端节点通讯模块之间可以依靠Wi-SUN的自组网功能建立连接，通过无线方式汇聚或跳转到边界路由器并进行双向通讯，最终达成终端节点通讯模块与后端服务之间的通讯。终端节点通讯模块通过串口与所连电表终端设备进行通信，可以直接对其下发相关指令并返回指令结果数据。

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