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 Networking

Time Synchronized, Channel Hopping Communications

SmartMesh networks communicate using a Time Synchronized Channel Hopping (TSCH) link layer, a technique pioneered by Analog Devices’ SmartMesh team and a foundational building block of wireless mesh networking standards, such as WirelessHART (IEC62591) and IEEE 802.15.4e. In a TSCH network, all motes in the network are synchronized to within a few microseconds. Network communication is organized into time slots, which enables low power packet exchange, pair-wise channel hopping and full path diversity.

Low Power Packet Exchange

The use of TSCH allows SmartMesh devices to sleep at ultralow power between scheduled communications, typically resulting in a duty cycle of < 1%. The network manager utilizes TSCH to ensure:

  • Motes know precisely when to talk, listen or sleep
  • No packets collide on the network
  • Ultralow power consumption at every node–routing nodes typically consume <50µA

Pair-Wise Channel Hopping

Time synchronization enables channel-hopping on every transmitter-receiver pair for frequency diversity. With a SmartMesh network:

  • Every packet exchange channel-hops to avoid inevitable RF interference
  • Multiple transmissions can occur simultaneously, increasing network bandwidth
  • Networks may be dense and scale without creating debilitating RF self-interference

Full Path and Frequency Diversity

Each device has redundant paths to overcome communications interruption due to interference, physical obstruction or multipath fading. If a packet transmission fails on one path, a mote will automatically retry on the next available path and a different RF channel. Unlike other mesh technologies, no power and time consuming path rediscovery is required.

SmartMesh Full Path and Frequency Diversity
Path and Frequency Diversity- if communication fails on the green arrow, node D retries on the red arrow using another channel.


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