SmartMesh 技术

SmartMesh IP 功能概述 - 图表 1SmartMesh® 嵌入式无线传感器网络可实现 >99.999% 的数据可靠性和 >10 年的电池寿命,使得在最具挑战性的环境中部署无线传感器网络变得实际可行:

  • 苛刻的射频环境,具有大量金属和混凝土结构,包括工厂、数据中心、商业楼宇监控、桥梁、隧道
  • 大区域网络,例如街道停车应用、跨越多个城市街区的智能街道照明网络、商业灌溉
  • 密集部署,其中数千个节点在彼此的无线电射程内工作,例如数据中心、公共设施规模的太阳场
  • 运动车辆上的网络,包括轨道车辆、货物集装箱、半卡车或飞机
  • 长扩展网络,包括管道、矿井、隧道、桥梁、栅栏线和智能街道照明
  • 远程监控,其中所有节点都必须通过电池或能量收集进行供电,例如油田、农业或环境监控

SmartMesh 网络由高度可扩展的自成形多跃点节点网格和网络管理器构成,这些节点称为智能微尘,用于收集和中继数据,网络管理器用于监控和管理网络性能和安全,并与主机应用程序交换数据。

SmartMesh 智能微尘和管理器是完整的无线传感器网络解决方案。SmartMesh 将时间同步的通道跳跃链接层与基于 Analog Devices Eterna® 片内系统技术的硬件结合在一起以实现完整的无线网络解决方案,该解决方案:

  • 在最具挑战性的射频环境中具有 >99.999% 的数据可靠性
  • 具有 >10 年电池寿命,可以在成本最低条件下将传感器放在任何位置
  • 具有加密、身份验证和消息完整性检查功能,保证网络安全
  • 完整的无线网状网络解决方案,不需要进行网络堆栈开发
LTC5800 Eterna

超低功耗 IEEE 802.15.4E 片内系统平台

SmartMesh 智能微尘和网络管理器的核心是 Eterna IEEE 802.15.4e 片内系统 (SoC),它采用 Analog Devices 的高度集成的低功耗 2.4GHz 无线电设计,外加运行 SmartMesh 网络软件的 ARM Cortex-M3 32 位微处理器。

SmartMesh 网络

时间同步、信道跳变通信

SmartMesh网络使用时间同步通道跳变(TSCH)链路层进行通信,这是ADI公司SmartMesh团队开创的一种技术,也是WirelessHART (IEC62591)和IEEE 802.15.4e等无线Mesh网络标准的基本构建模块。在TSCH网络中,网络中的所有终端都在数微秒内同步。网络通信被组织成时隙,以实现低功耗分组交换、成对通道跳变和全路径分集。

低功耗分组交换

通过使用TSCH,SmartMesh器件可以在计划通信之间以超低功耗休眠,从而使占空比通常小于1%。网络管理器利用TSCH以确保:

  • 终端准确地知道何时通信、监听或休眠
  • 网络上没有数据包冲突
  • 每个节点上具有超低功耗,路由节点消耗通常小于50µA

成对通道跳变

时间同步支持在每个发射器-接收器对上进行通道跳变以实现频率分集。利用SmartMesh网络:

  • 实现每个分组交换通道跳变,以免发生不可避免的RF干扰
  • 多个传输可以同时发生,增加网络带宽
  • 网络可能较为密集且可扩展,而不产生衰减的RF自干扰

全路径和频率分集

每个器件都有冗余的路径以克服由于干扰、物理遮挡或多径衰落导致的通信中断。如果一个路径上的数据包传输失败,智能微尘会自动在下一个可用路径和不同射频通道上重试。与其他网状技术不同,不需要进行既耗费功率又耗费时间的路径再发现。

SmartMesh 全路径和频率分集
路径和频率分集 - 如果通信在绿色箭头处失败,节点 D 将在红色箭头处使用另一个通道重试。


动态网络优化

SmartMesh 网络通过自动站点调查始终保持整个网络周围射频环境的概况 – 每个智能微尘跟踪相关的性能统计数据并定期将这些统计数据以数据包的形式发送给管理器,这些数据包称为健康报告。网络管理器使用该数据主动优化网络性能,以便:

  • 在射频条件不断变化的智能微尘之间保持冗余路径
  • 通过调整智能微尘之间的路由减小系统延迟
  • 通过优化路径以具有更好的射频性能来减少流量重试次数
  • 降低总体功耗

采用 128 位加密的安全网格

SmartMesh 网络是最安全的可用网状网络之一。SmartMesh 网络中的所有流量均通过端到端加密、消息完整性检查和设备身份验证进行保护。此外,SmartMesh 网络管理器包含的应用支持安全加入网络、密钥建立和密钥交换。这些安全功能提供:

功能 优势
设备身份验证 请从三个越来越强的设备身份验证级别中进行选择
加密 128 位基于 AES 的加密,具有多个密钥,确保数据的隐私性和保密性
消息完整性检查 (MIC) 传输的数据通过消息身份验证代码进行保护,以确保未被篡改
同步密钥转换 整个网络自动转换为新的加密密钥
自定义密钥旋转 客户决定网络更换密钥的频率,用额外的网络流量换取额外的安全性

标准和产业联盟

Analog Devices 致力于研发基于标准的无线传感器网络,并参与各种标准组织和联盟以促进基于标准的 WSN 的开发和使用。我们支持 IEEE、IETF、IEC 和 WirelessHART。

标准和产业联盟