什么是 Wi-SUN？
Wi-SUN®（无线智能泛在网络）是一种标准化的无线网状网络协议，专为大规模室外IoT 应用（如智能城市和智能公用事业用例）而设计。Wi-SUN 是领先的 IPv6 sub-GHz 网状技术，作为一种无线通信标准，可促进智能电网设备之间的无缝连接。Wi-SUN 基于 IEEE 802.15.4g 标准，可实现互操作的多服务网络，以卓越的可靠性和可扩展性连接智能城市、公用事业和工业应用中的数百万台设备。
Digi 的 Wi-SUN 全面解决方案
Digi为 Wi-SUN®提供完整的解决方案，这是业内首创，旨在简化和加快部署，同时实现对网络的重要远程可视性和管理。
Digi 的 Wi-SUN 解决方案包括
部署
Wi-SUN 的历史
Wi-SUN 技术源于智能基础设施对可靠的大规模无线网络解决方案的需求。Wi-SUN Alliance®成立于 2011 年，由 300 多名成员组成，致力于将无处不在、可互操作的 Wi-SUN 协议推向全球市场。该协议已从早期的智能电网需求发展成为一个全面的无线标准，支持多个行业和地区的各种IoT 应用。
Wi-SUN 在IoT中的作用
Wi-SUN 可广泛应用于大规模室外IoT 无线通信网络。该协议提供了一种基于标准、经过现场验证的网状网络协议，支持设备和供应商之间的互操作性，并实现设备与设备之间的无缝通信和数据聚合。Wi-SUN 网络支持线路供电和电池供电设备，是全面部署IoT 的理想选择。
什么是 Wi-SUN 联盟？
Wi-SUN Alliance® 致力于为全球区域市场和新兴经济体推广基于 IEEE 802.15.4g 标准的互操作性，从而促进无缝连接。该国际联盟通过全面的行业合作，推动 Wi-SUN 标准化、认证和在全球范围内的采用。该联盟确保供应商之间的互操作性，推广最佳实践，并制定详细的规范，以便在不同的市场和应用中进行大规模部署。
Wi-SUN 协议
Wi-SUN 协议是建立在成熟的国际标准和行业最佳实践基础上的先进网状网络方法。Wi-SUN 的核心是利用 IPv6 寻址和 RPL（低功耗、低损耗网络路由协议）来创建具有动态拓扑管理功能的自修复、自适应网络。该协议工作在 sub-GHz 频段，为具有挑战性的室外应用和恶劣环境提供了出色的传播特性。
Wi-SUN 网络能自动发现邻近设备，建立最佳路由路径，并在单个节点出现故障或新增节点时仍能保持网络完整性。该协议采用跳频扩频（FHSS）技术，支持 OFDM 和 FSK 调制模式，可减轻干扰，确保在各种网络环境下都能保持稳定的性能。先进的安全功能可保护整个网络基础设施的数据传输和设备验证。Wi-SUN 还集成了先进的电源管理功能，使电池供电的设备可以运行数年而无需更换或维护。该协议的标准化方法可确保不同制造商的设备实现无缝互操作，从而创建厂商中立的网络生态系统。
Wi-SUN 协议的优势
Wi-SUN FAN（现场局域网）协议引入了重要的增强功能，可满足全球不同行业领域和部署场景不断发展的IoT 连接要求。这些增强功能通过行业专家开发的先进工程创新和全面测试协议，提高了性能、扩展了功能并增强了安全特性。
这些改进使 Wi-SUN 网络比以往任何时候都更加强大、可靠和多用途，以前所未有的可扩展性和效率支持下一代智能基础设施应用。增强型协议架构可实现与现有系统的无缝集成，同时保护未来投资。
Wi-SUN 的主要特点和优势：
- 网状网络确保关键基础设施部署的通信具有弹性和自愈能力
- 通过远距离、低功耗无线连接支持大规模室外IoT 网络
- 提供跨供应商的互操作性，实现灵活且面向未来的设备集成
- 通过基于证书的身份验证提供内置安全性，保护网络和数据完整性
- 低延迟通信支持智能电网监控等实时应用
- 通过 Wi-SUN，FSK 可确保远距离覆盖、出色的接收器灵敏度和能效，而 OFDM 则可实现更快的数据传输速率、优化的频谱性能，即使在极具挑战性的环境中也能可靠运行。
- 可扩展架构可轻松容纳数千台联网设备
- 在亚千兆赫频段运行，穿透力更强，覆盖范围更广
- 基于开放标准的设计促进生态系统发展和供应商合作
Wi-SUN 无线安全
Wi-SUN 采用分层安全模式，提供设备级和网络级保护。关键要素包括使用 X.509 数字证书进行相互验证，确保只有受信任的设备才能加入网络。这一过程通过公钥基础设施（PKI）处理，防止恶意设备访问敏感数据或服务。
Wi-SUN 安全性的一个突出特点是支持大规模安全启动和密钥管理，这对于涉及智能电表、路灯或传感器等数千个端点的部署至关重要。该协议可确保安全的空中（OTA）固件更新，并采用每跳和端到端加密，以保护数据在网状网络中的传输。完整性和重放保护机制（如消息计数器和加密消息验证码 (MAC)）有助于防范欺骗或数据篡改等常见攻击。这些全面的功能使 Wi-SUN 成为关键基础设施应用的高度安全之选，在动态室外环境中所需的强大安全性与操作灵活性之间实现了平衡。
电源效率
Wi-SUN 设计用于通过智能占空比和高效通信协议优化功耗，从而最大限度地缩短有效传输时间。电池供电的设备一次充电可工作多年，因此 Wi-SUN 非常适合电力供应有限的远程监控和传感应用。该协议采用先进的睡眠模式、自适应传输调度和能量感知路由算法，可根据网络条件和设备要求进行动态调整。智能电源管理功能包括同步唤醒计划和数据聚合技术，以支持在较长的部署周期内实现高能效运行。
设备寿命
通过加固组件和弹性通信架构，Wi-SUN 网络支持运行寿命超过 10 年的设备。该协议设计稳健，维护要求极低，可确保长期可靠性，从而降低在不同环境条件下大规模部署的总拥有成本。
先进的纠错机制、自诊断功能和自动恢复程序有助于在长时间运行期间保持设备功能。该协议能够适应不断变化的网络拓扑结构，从容应对组件退化，并支持远程固件更新，确保部署的设备能够持续可靠地运行，而无需频繁进行物理维护或更换干预。
可扩展性
与Digi Remote Manager 这样的远程配置、监控和管理平台搭配使用时，Wi-SUN 网络可以从小型试点项目扩展到拥有数千台连接设备、覆盖多平方公里的大规模城市部署。该协议的分层架构和高效路由算法可在网络增长时保持性能，支持增量扩展而不影响网络完整性。先进的网状拓扑管理可实现新节点的无缝添加，同时自动优化整个网络基础设施的数据路径和负载分配。
该协议的分布式处理能力、动态带宽分配和智能拥塞控制机制可确保在设备密度大幅增加时仍能保持稳定的性能。可扩展的安全框架和集中式管理工具为网络运营商提供了对大规模部署的全面可视性和控制，而不会造成额外的管理开销。
Wi-SUN 的常见无线应用
Wi-SUN 技术可应对多个行业和应用中的各种连接挑战。该协议的多功能性和可靠性使其适用于需要长期稳定性能的关键任务部署。
- 智能公用事业：先进的计量基础设施、配电自动化和电网监控系统
- 智能城市：街道照明控制、交通管理、环境监测和公共安全系统
- 工业IoT：资产监控、预测性维护、流程监控和设施管理应用
- 智能农业：水槽监测、灌溉控制、谷仓和温室监测以及作物管理系统
- 环境监测：空气质量传感器、气象站、水质监测和污染跟踪
Wi-SUN 设备示例
Wi-SUN 技术可在多个应用领域实现不同设备类型的连接。这些设备利用协议的可靠性和可扩展性，在具有挑战性的部署环境中提供一致的性能。
- 智能电表：先进的公用事业计量表，可自动报告消耗数据，并支持远程断开电力、天然气和供水服务的功能
- 路灯控制器：智能照明系统，可根据环境条件和占用情况调节亮度，同时报告运行状况
- 环境传感器：气象监测站：收集温度、湿度、空气质量和降水数据，用于城市规划
- 交通管理系统：连接交通信号灯和监控设备，优化交通流量，减少拥堵
- 工业传感器：跟踪温度、压力、振动和其他参数的过程监控设备，用于预测性维护
- 农业监测器：可优化作物产量和资源利用率的土壤湿度传感器和灌溉控制器
- 安全设备：外围监控系统、出入口控制点和用于保护设施的监控设备
Wi-SUN 无线网络拓扑
Wi-SUN 网络支持多种拓扑配置，以适应不同的部署要求和环境限制。该协议的灵活架构可实现针对特定应用的最佳网络设计。
网状拓扑结构
网状网络可在设备之间提供多条通信路径，从而提供最高级别的冗余和可靠性。每个节点都能与多个邻居通信，从而创建可自动绕过故障设备的自愈网络。这种拓扑结构非常适合网络可靠性至关重要的大规模部署，如智能公用事业应用和城市监控系统。
星型拓扑结构
星形配置将多个终端设备连接到一个中央集线器或网关。这种拓扑结构简化了网络管理，降低了中等规模应用的复杂性。星型网络非常适合楼宇自动化、工业监控和校园范围内的传感器部署，在这些应用中，集中控制是首选。
树状拓扑结构
树状网络以层次结构组织设备，父子关系清晰。这种拓扑结构可优化数据聚合，并通过整合中间节点的信息来减少网络流量。树形配置非常适合需要结构化数据收集的应用，例如环境监测和资产跟踪系统
混合拓扑
混合 Wi-SUN 拓扑结合了网状和星形网络结构的元素，为智能电网和工业IoT 应用提供了灵活、可扩展且稳健的通信架构。在这种拓扑结构中，智能电表或传感器等终端设备既可以直接与中央采集器通信（如星型拓扑结构），也可以通过多跳路由与邻近节点间接通信（如网状拓扑结构）。这种混合方法充分利用了网状网络的弹性和自愈优势（数据可通过多条路径到达目的地），同时尽可能实现直接、低延迟的通信。这种动态结构可实现高效的能源利用，增强复杂环境中的覆盖范围，并提高网络可靠性，特别是在城市和农村地区的大规模部署中。
Wi-SUN 规格
Wi-SUN 技术包含多个规范版本，可满足不同的应用要求和部署方案。这些规范确保了互操作性，同时为住宅、工业和公用事业领域的各种用例提供了灵活性。
Wi-SUN 风扇
Wi-SUN FAN（Field Area Network，现场区域网络）是最全面的广域无线网格网络规范，支持在广阔的地理区域内部署数百万台设备。FAN 网络可在广阔的地理区域内支持数千台设备，是公用事业和智能城市应用的理想选择。
该规范定义了设备发现、网络组建、路由选择和安全管理协议。Wi-SUN FAN 网络在 sub-GHz 频段运行，具有出色的传播特性，并能最大限度地减少干扰。该规范包括线路供电和电池供电设备的规定，支持不同的部署方案和应用要求。FAN 1.1 提供自形成、自修复 IPv6 连接，通过先进的网状架构功能提供无缝网络性能。
Wi-SUN 数据速率和延迟比较
| IoT 网络 |
数据传输速率 |
延迟 |
| LTE Cat 1 |
高达 10 Mb/s |
~50-100 毫秒 |
| LTE Cat 4 |
高达 150 Mb/s |
~30-50 毫秒 |
| LTE-M |
高达 1 Mb/s |
~10-15 毫秒 |
| IoT |
最高 140 kb/s 上行链路/80 kb/s 下行链路 |
2-10 s |
| IEEE 802.15.4 |
250 kb/s @ 2.4 GHz；20-40 kb/s @ 868/915 MHz |
~1-50 毫秒一跳 |
| 蓝牙 (LE) |
1 Mb/秒（LE 1M）、2 Mb/秒（LE 2M）和 500/125 kb/秒（LE 编码） |
~7.5-50 毫秒 |
| DigiMesh |
10 kb/s-250 kb/s |
5-63 毫秒 |
| Wi-Fi（典型IoT：802.11n，1x1） |
72.2-150 兆比特/秒 |
~1-30 毫秒 |
| Zigbee 网格 |
250 kb/s |
Single hop ~10–20 ms; multi hop < 200 ms |
| Wi-SUN® FAN 1.1 |
高达 2.4 Mb/s |
0.01-1 s |
| LoRaWAN |
300 比特/秒-62.5 千比特/秒（取决于扩展因子） |
1-16 s |
Wi-SUN 技术常见问题
Wi-SUN 使用哪些频率？
Wi SUN 最常见的运行频段是地区性免许可证的 sub GHz ISM 频段：
- 北美：902 至 928 兆赫
- 欧盟：863 至 870 兆赫
- 日本：920 至 928.1 兆赫
- 印度865 至 868 兆赫
这些频率分配为室外应用提供了出色的传播特性，同时最大限度地减少了其他无线技术的干扰。具体频率选择取决于当地的监管要求和应用需求。
Wi-SUN 的覆盖范围有多大？
根据天线设计、发射功率和地形特点，Wi-SUN 网络在室外环境中每跳的通信距离可达数公里。在城市环境中，典型的传输距离为 1-2 公里，而农村部署的节点之间的传输距离可达 5-10 公里。网状网络拓扑结构允许跨越数百平方公里的多跳通信路径，从而扩大了总覆盖范围。网络范围取决于频段、功率输出、天线配置和环境条件等因素。
什么是 Wi-SUN 边界路由器？
Wi-SUN 边界路由器是网络运营的中心协调点，通常为企业网络或云服务提供回程连接。边界路由器管理网络组建、安全密钥分配和路由优化。它既是网关，又是蜂窝路由器，是 Wi-SUN 网络与传统 IP 网络的桥梁。边界路由器还可为网络运营商提供网络监控、设备管理和诊断功能。
Wi-SUN 如何工作？
Wi-SUN 网络通过创建自组织网状拓扑结构来运行，在这种拓扑结构中，设备会自动发现邻居并建立最佳通信路径。该协议采用跳频扩频和 OFDM 调制技术，以最大限度地减少干扰和提高可靠性。设备定期广播广告，以保持网络连接并适应不断变化的条件。网络自动通过最有效的路径路由数据，在设备出现故障或添加到网络时提供冗余和自愈功能。
Wi-SUN、Zigbee 和 DigiMesh 之间有什么区别？
Wi SUN、Zigbee mesh 和 DigiMesh 的主要区别在于堆栈设计、频段和生态系统。Wi SUN 是一种在低功耗网络上跳频的现场区域网状网络，针对大型室外部署（公用事业、智能城市），具有多供应商认证和长距离 sub-GHz 链路。
Zigbee 通常在 2.4 GHz 频率下使用网状路由建立自己的网络/应用层。它统一了配置文件以实现广泛的设备互操作性，因此在家庭/楼宇自动化领域非常普遍，但在网状层却不是基于 IP 的。
DigiMesh 是 Digi 以 XBee 为中心的点对点网状协议，适用于 2.4 GHz 和 sub-GHz。所有节点都是对等节点/路由器，可参与同步 "休眠路由器 "操作，从而实现完全由电池供电的网格，既简单又长寿。
如何创建 Wi-SUN 网状网络？
创建 Wi-SUN 网状网络涉及几个关键步骤，包括现场勘察、在整个覆盖区域配置支持 Wi-SUN 的设备，以及安装 Wi-SUN 边界路由器以提供网络协调和回程连接。
Digi提供完整的Wi-SUN部署解决方案，包括用于Wi-SUN无线模块的Digi XBee 、Wi-SUN边界路由器、用于配置和远程管理的Digi Remote Manager 以及用于本地配置的Digi XBee Tools，从而简化了这一过程。如需帮助，请联系我们。