物聯網的迅速發展對通信技術也提出了新的要求。2016年6月13日,ZigBee聯盟在成員大會上發布了低功耗工業物聯網無線網狀網JupiterMesh技術。新發布的JupiterMesh有何特性?未來發展面臨哪些挑戰?
JupiterMesh技術的開發
JupiterMesh在ZigBee聯盟的利益相關者共識標準開發過程中誕生,開發工作由ZigBee聯盟的相關成員公司完成,包括模擬器件(Analog Devices)、ARM、愛特梅爾(Atmel)(微芯科技(Microchip Technology)的子公司)、Exegin、艾創(Itron)、克羅格(Kroger)、蘭吉爾(Landis+Gyr)、恩智浦半導體(NXP(R))、瑞薩電子(Renesas Electronics)、芯科(Silicon Labs)、德州儀器(Texas Instruments)、Trilliant和Vencore Labs(又名Applied Communication Sciences (ACS))。
JupiterMesh技術是什么?
JupiterMesh是強大的低功耗工業物聯網無線網狀網,技術概要規范建立在開放的IETF和IEEE標準基礎上,涉及IPv6、跳頻、多頻段操作、認證、加密和密鑰管理等先進技術,有靈活的數據傳輸率,為公用事業及部署智能電網和智慧城市解決方案的城市提供鄰域和場區通信。
JupiterMesh提供完整的解決方案包,包括:
·技術概要規范,詳述對OSI第一至第四層現有開放標準的要求,包括:
針對介質訪問控制(MAC)和物理層(PHY)的IEEE 802.15.4e和IEEE 802.15.4g,包括CSMA或TSCH操作模式,確保不同用例有最佳性能;
IETF網絡與應用協議,如IPv6、6LoWPAN、UDP、TCP、RPL、CoAP以及其他有多播功能的協議,確保網狀網上的互聯網式機器對機器性能;
ETF安全協議,如針對網絡訪問認證和密鑰分配的PANA、EAP-TLS和HIP-DEX,以及基于AES-128-CCM的消息認證與加密;
Sub-1 Gigahertz和2.4 GHz ISM頻段及多重調制技術(FSK、O-QPSK、OFDM),確保全球合規與認可。
·規范驗證、一致性測試、互操作性驗證、認證計劃和全球測試機構網絡。
·針對利益相關者推廣活動的品牌標識和商業擔保
JupiterMesh定義了開放系統互連(OSI)模型第一至第四層,提供標準IPv6接口層,能傳輸現有計量通信協議(如IEC TC13全球部署和高度互操作的DLMS/COSEM、ANSI C12、OpenADR、GOOSE、IEC 61850和DNP3)以及針對具體解決方案的基于IP的應用。
JupiterMesh滿足了行業需求,為智能電表提供了更高數據傳輸率,為高要求智能電網應用提供了更低延遲和帶寬管理,為關鍵行業需求提供了安全性和可靠性,還支持電池供電的終端節點。
JupiterMesh相關的關鍵技術
無線Mesh網絡(無線網狀網絡)也稱為“多跳(multi-hop)”網絡,由mesh routers(路由器)和mesh clients(客戶端)組成,其中mesh routers構成骨干網絡,并和有線的 internet網相連接,負責為mesh clients提供多跳的無線internet連接。無線網狀網是一種基于多跳路由、對等網絡技術的新型網絡結構,具有移動寬帶的特性,同時它本身可以動態地不斷擴展,自組網、自管理,自動修復、自我平衡。
IEEE 802.15.4e是2012年批準的核心標準,支持信道跳躍和可變時隙選擇,以提供更穩定的連結,主要的目標是應用在工業領域。
IEEE 802.15.4g為Smart Utility Networks(SUN)設計,是Wi-SUN聯盟的名字的首字母縮寫。該802.15.4g主要是針對那些可能擁有數百萬節點的部署,在點對點的自動修復mesh網絡中實現最大范圍的部署和最少基礎設施的使用。
ZigBee聯盟對JupiterMesh的期待
艾創(Itron)標準總監、ZigBee聯盟董事Ed Eckert表示:“JupiterMesh提供了增強的通信能力,支持水電煤氣公司和智慧城市的新應用和用例。這些應用涉及提高電網和煤氣管線的安全性、效率和可靠性;提供可再生和分布式發電的整合;以及改進面向用戶的應用,如需求響應、能效和節能等。”
ZigBee聯盟總裁兼首席執行官Tobin Richardson表示:“JupiterMesh是一個由智能電網和工業物聯網專家組成的強大生態系統創造的,致力于提供真正的多廠商互操作性。JupiterMesh還為未來進化做好了準備,如IEEE和IETF目前正在開發的確定性聯網及有效頻譜共享。”
JupiterMesh的競爭對手FAN規范
就在JupiterMesh發布前的一個月,Wi-SUN Alliance 5月16日宣布發布其 Field Area Networks(場域網絡,簡稱 FAN)規范。該規范為企業、服務供應商和各市提供了互操作性、多廠商智能泛在網絡(SUN),可滿足高級計量架構(AMI)、配電自動化、基礎設施管理、智能交通系統和智能路燈等各種應用對基于開放標準的卓越網絡解決方案的需求。
Wi-SUN Alliance FAN 解決方案采用全球無線通信標準 IEEE 802.15.4g、UDP/TCP 等 IETF IPv6 協議、6LoWPAN 自適應+報頭壓縮、采用 RPL 的路由和 IEEE 802.1x 企業級安全,可實現穩定、高性能且低功耗的長距離網絡。
Wi-SUN Alliance SUN 解決方案提供靈活、安全且具成本和能源效益的無線網狀連接,廣泛覆蓋密集城市社區和農村地區等各種地質環境,最大程度上減少了對更多基礎設施的需求。Wi-SUN 解決方案不是采用針對室內應用的網絡,能夠滿足公用設施、智能城市以及基礎設施管理和控制更加苛刻的需求,包括支持資源豐富和資源有限的設備
JupiterMesh與FAN未來走向
無論是ZigBee聯盟的JupiterMesh還是Wi-Sun聯盟的FAN,都是在看到了智能城市和穩定、安全的物聯網部署需求的增長,從封閉的專用協議轉移到采用國際公認的開放標準的解決方案顯得愈發必要的背景下誕生。
對剛發布的JupiterMesh來說,主要面臨兩方面的挑戰:首先是許多OEM廠商已經確定了產品策略,即便硬件規格適合組裝線切換,但要說服廠商采納新標準并不容易。其次,雖然JupiterMesh支持sub-GHz的ISM頻帶,以及2.4GHz頻帶,采用FSK,O-QPSK和OFDM調制方案,但是從理論上講,想要成為全球兼容的標準,來自當地的射頻干擾是最有可能的攔路虎。
兩個技術之間的競爭很大程度上跟聯盟成員有關。Wi-SUN成員包括ADI,思科,村田,NICT,歐姆龍,瑞薩,羅姆半導體,銀泉網絡和東芝。ZigBee聯盟發起人是康卡斯特,成員包括Itron,克羅格公司,蘭吉爾,羅格朗,NXP,飛利浦,施耐德電氣,Silicon Labs,SmartThings,TI。
其中同時屬于兩個聯盟的公司有:ADI,Atmel(愛特梅爾),埃爾斯特,ETRI,Exegin,Itron,蘭吉爾,羅姆半導體,村田,NTT,松下,Silicon Labs,瑞薩和銀泉網絡。
未來,兩個聯盟關系是否會更近一步還尚待觀察。在物聯網領域,技術和商業的融合越來越多的通過并購完成,但標準的并不是簡單融合的結果。
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