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传感器到云端,以及低功耗广域网IoT网络及其应用 (2)

所以今天我们讲到的这个 (不确定-32 Tool Cloud) 归纳起来 它就是用到了我们的一个 叫做15.4,TI-15.4的 协议栈,大家如果想要了解更多的 协议栈里面的内容的话 可以直接在我们的TI官网去 直接下载我们的TI 15.4协议栈 那归纳起来,就是说它是一个 星系网络 就是它不是一个多跳的网网络 而是一个星系网络 那么我们为什么在收边机上面只做了一个星系网络呢 原因是我们觉得 它的这个远距离的通信 在一些应用场景上面就有点 不足以能够去覆盖它的这个 应用上的这个需求 那这边的话 可能在座的同事 可能会有疑问 既然TI做了一个星系网络 那么其实如果我们有几个 研发的工程师 花一点时间去做这样的星系网络 其实 也并不难 因为通常来说 大家觉得做Mesh网络 可能会比较更难一点 就是多跳的网络 但是做这种星系网络 大家觉得可能并没有什么难度 只是时间的问题 确实 确实是这样子 但是 如果我们以前并没有做过 收边机的产品 然后我们在非常短的时间内想把 收边机给用上去 那我们就选择这个15.4协议栈 会非常快速地把我们的产品做出来 那么为什么能够非常快速地 把产品做出来呢 就我们先来看一下 就是说我们 在做一个网络的时候 我们通常需要哪些东西 比方说 你网络的管理 比方说你网络是 怎么样创建的 你网络是怎么样来交往的 然后加了网以后 你的设备是怎么样离开的 那另外 就是说要涉及到加密的部分 那你数据与数据之间 可能需要加密。 然后比方说 如果你的加密的数据被 别人窃取了 如果人家 来重发 来攻击你的网络 那你的网络怎么样去受到这个防护 第三点就是说 你的数据与数据之间 防控状的这个能力 就是你要重新检测 有可能你在发的时候 别人也在发 另外 每个设备室都要有一些地址 包括会有一些调频 包括需要有一些跟 安规相关的一些东西 那这些东西 也就是说大家如果 今天从零开始 就是我给大家一个1310的芯片 给大家一个软件的议程 大家如果去开发这套东西 能不能开发出来呢 肯定也是可以的 这个并没有什么 非常难的的难度 但是我相信 你要在一个星期 一个月之内 开发出这套东西 那我觉得 是要打一个问号 所以 也就是说我们TI把这套东西 已经全部给做好了 也就是说 你在你上面只要写自己的 义务就可以了 就比方说我们用AES-128的 加密算法 包括这个防攻击的这个部分 然后包括我们USMA的冲突检测, 包括我们发送数据的时候 有双向的确认 包括我们为了 抗干扰 我们有跳频 包括我们可以过FCC的这些认证 等等一系列的这些跟软件相关的东西 那我们都帮大家做好了 那也就是说 你拿过去以后 你想做一个简单的应用 想做一个简单星系网络 你直接拿它去传就可以了 比方说 你想做一个温度传感器 把数据发给网关 发到互联网上去 其实你只要负责怎么样把 温度传感器的数据拿到 就行了 并通过FNC或AD转换把 数据拿到就可以 这个就是关于这个15.4的 这个介绍 那归纳起来的话三点 第一点的话就是说 第一点就是所谓的健壮性 健壮性体现在本身我们(不确定- 3BG?)芯片的这个远距离传输能力 就是我们可以传非常远的这个距离 另外我们有跳频的这个算法 那我等会也会讲 详细地讲到 跳频算法能够 带来什么样的好处 包括我们这个 AES的这个加密 就是说你可能会被别人窃取 包括我们这个可以支持这个868 915 433 跟其他的一些频段 第二点的话 就是说非常的这个容易 就是说 我们已经有现成很多的example 就是说我们有传感器的example 我们有网关的example 可以非常方便地让大家去做这个开发 甚至我们可以有1350 我相信我们的Alex也给大家介绍了 那1350是Sub 1G加蓝牙的这个 多协议的这个芯片 有了蓝牙以后 我们就可以非常方便地跟 手机去做对接 然后我们可以通过手机 完成一些配置啊 包括一些分关啊 upgrade啊 包括一些显示啊等等 第三点也是我们这个TI 这个 一贯的特点 就是我们所有产品都能做到 这个超低的功耗 包括我们的发射电流 这个休眠电流等等 OK 在我们的15.4协议栈里面 我们有几种模式 然后这些模式的话 可能跟大家实际的应用有关系的 那第一种模式的话 我们叫做 Beacon模式 所谓Beacon模式是什么呢 就是说在 我一个网络里面 所有节点都是跟我的主设备的 或者说跟我的网关是处于同步状态的 那处于同步状态的一个好处是什么呢 就是我下面的设备在发送数据的时候 我可以按照自己的实际去做发送 比方说我一个网络里面有5000个节点 那我5000个节点如果在 同一个时间点发送数据 是不是会相互的这个碰撞 所以呢 在这样的一个 应用的情况下面 我有一些专门的同步 就是我每个节点都有自己对应的时间点 去做发送 可以更好地去防止冲突 那第二点 就是说 我的节点 是需要低功耗功能的 比方说 我举个例子 比方说门锁 那门锁它是平常是需要AA电池供电 那么我可能需要低功耗功率 比方说我要去开锁 那要去开锁的时候 我什么时候知道 这个锁是处于接收状态 什么时候是处于休眠呢 那么我可以通过这个同步的方式 就是每次我跟下面的设备进行同步 我就知道哪个设备 什么时间点 是处于唤醒的 我就可以去控制 那归纳起来 对于我们这种 Beacon的模式 就可以非常方便的 哪种应用 它会比较方便呢 就是对于这种下行数据比较多的 就是从上往下的数据会比较多的 它可能比较方便 那与之相对应的 就是我们叫做Non Beacon模式 那Non Beacon模式 就是说所有的节点 没有跟主设备进行同步的 就是说自己有自己的时间或维护方式 那么它发送数据的时候 就是相互之间基于那种竞争的 那就是我发送数据的时候 如果检测到是冲突的 我就不发了 如果是空闲 那我再发出去 那对于这种应用 大部分属于那种数据量比较低的 然后呢 那个是以上行数据为主的 比方我是一个工厂 然后呢 我需要知道这工厂里面 每一个大概区域温湿度传感器的 这个温度情况 这个湿度情况 因为温度变化比较慢 所以我不需要非常快速地 去上报这些数据 那我可能定期地在每个节点地 去上报数据 相互之间的话 数据量也会比较低 然后以上行数据为主 这是第二种模式 那在第三种模式呢 就是这个跳频 跳频呢其实是跟这种Non Beacon模式 有点类似 就是说每一个设备都会维护他对方那个设备的时间点 然后有一个专门的跳频序列 我就知道我想跟对方通讯的时候 我就知道对方工作在哪一个频道 然后呢我就把数据发给他 那这是跳频的一个模式 所以呢这个会抗干扰啊 会让你的量度 更加可靠一点 那这边提到这个跳频 就是说跟大家解释一下 我们为什么 要用到跳频 那简单来说 两个原因 第一个 在美国 如果你的产品 想买到美国去的时候 如果你想去获FCC认证 对(不确定-3EG?)的产品 它是有功率上的要求的 就是你的发射功率不能大于多少 但是在什么样的情况下 你还可以把 你的发生功率提高呢 就是说如果你的产品支持跳频 并且你的跳频的这个频道 如果是50个 然后你能够做到多少个 发射功率 如果你的跳频的信道只有25个 这个发射功率能做到0.25瓦 所以也就是说如果你的产品 能支持跳频功能以后 也就是你可以把你的发射功率 给提上去 就是你去FCC过认证的时候 你可以跟他讲 你看 我的产品是支持跳频的 每个跳频在信道上的占功比 在小于多少的情况下面 我就可以把发射功率 达到多少 那这些东西的话 并不是说我们 这个TI自己写出来的 是完全按照规范 这个抄下来的 大家如果有兴趣的话 可以去看一下FCC这个15.249 这个部分的这个规范 那这个是关于这个发射功率上的好处 那这个就是第二点 就是说本身加了这个跳频以后 它对于我们的抗干扰能力也会增强 不知道大家有没有概念 说我们的蓝牙是支持跳频的 所以当我们的蓝牙跟WiFi 喷到一起的时候 其实相互之间的干扰没有那么的严重 相比于ZB跟WiFi来说 因为ZB是没有主动跳频这一说法的 所以他的ZB跟WiFi之间的相互之间的 干扰影响会非常大 就是WiFi会影响ZB 但WiFi影响蓝牙的 机会就会小一点 那么这边的话 我们也是做过 一个简单的一个测试 就是说 我们会每隔500毫秒 如果是2%的干扰 就是我们在某个信号上面 用500毫秒去发送30个字节的包 那么是3个信道 那么如果有跳频的模式下面 我们的通信成功率是在百分之百 没有跳频的话 通信成功率大概是 百分之二十二 然后我们会在这个信号上面 以百分之百的这个间隔去 发送数据 大家会看到 在没有跳频的情况下 它的成功率 已经是0了 在我们有有跳频的情况下面呢 我们还可以做到百分之九点三 如果我们在两个信道上面 都是以百分之百的占功比去发送数据 那么它的成功率是百分之八十六 简而言之 我们的跳频的这个算法 加上以后 它对我们的通信 是有一定的增益的 就是我们所谓的通信增益 所以这个是一样的道理 我不知道在座的有没有研究过跳频算法 其实跳频算法从原理上来说 不难 就是只要双方对好 两个人之间 我工作在信道1 你也工作在信道1 我工作在信道2 你也工作在信道2 其实不难 那难的是 怎么样把z这个跳频算法的这个实系 能够对准 包括这个竞争的漂移啊 包括健壮性啊等等 那所以TI用的这套跳频算法 并不是TI自创的 就是我们是采用了另外一个协议 叫WISUN WISUN是一个 日本的一个抄表协议 它是需要有跳频算法的 然后TI就把这个跳频的算法 用软件来实现 并且移植到我们的CC1310上面去 那么我们为什么要用WISUN里面的 跳频算法呢 原因是因为这个跳频算法已被 很非常非常多的产品所验证过 是没有问题的 因为跳频算法 非常f非常多 大家如果有兴趣 去百度上搜一搜 去论文翻一翻 非常非常多的跳频算法 但是大部分可能都停留在理论阶段 仿真阶段 只是只有一部分是处于实用的 所以TI就采用了WISUN里面的跳频算法 然后就做了这个软件的实现 详细的话 大家如果下去以后访问 TI的官网 可以去搜一下我们协议栈里面的一些介绍

所以今天我们讲到的这个 (不确定-32 Tool Cloud)

归纳起来 它就是用到了我们的一个

叫做15.4,TI-15.4的

协议栈,大家如果想要了解更多的 协议栈里面的内容的话

可以直接在我们的TI官网去 直接下载我们的TI 15.4协议栈

那归纳起来,就是说它是一个

星系网络

就是它不是一个多跳的网网络 而是一个星系网络

那么我们为什么在收边机上面只做了一个星系网络呢

原因是我们觉得

它的这个远距离的通信

在一些应用场景上面就有点

不足以能够去覆盖它的这个 应用上的这个需求

那这边的话 可能在座的同事 可能会有疑问

既然TI做了一个星系网络

那么其实如果我们有几个 研发的工程师

花一点时间去做这样的星系网络 其实

也并不难 因为通常来说 大家觉得做Mesh网络

可能会比较更难一点

就是多跳的网络 但是做这种星系网络

大家觉得可能并没有什么难度 只是时间的问题

确实 确实是这样子

但是 如果我们以前并没有做过 收边机的产品

然后我们在非常短的时间内想把 收边机给用上去

那我们就选择这个15.4协议栈

会非常快速地把我们的产品做出来

那么为什么能够非常快速地 把产品做出来呢

就我们先来看一下 就是说我们 在做一个网络的时候

我们通常需要哪些东西 比方说

你网络的管理 比方说你网络是 怎么样创建的

你网络是怎么样来交往的 然后加了网以后

你的设备是怎么样离开的

那另外 就是说要涉及到加密的部分

那你数据与数据之间 可能需要加密。

然后比方说 如果你的加密的数据被 别人窃取了 如果人家

来重发 来攻击你的网络

那你的网络怎么样去受到这个防护

第三点就是说 你的数据与数据之间

防控状的这个能力 就是你要重新检测

有可能你在发的时候 别人也在发

另外 每个设备室都要有一些地址

包括会有一些调频 包括需要有一些跟

安规相关的一些东西

那这些东西 也就是说大家如果

今天从零开始

就是我给大家一个1310的芯片

给大家一个软件的议程

大家如果去开发这套东西 能不能开发出来呢

肯定也是可以的 这个并没有什么 非常难的的难度

但是我相信 你要在一个星期 一个月之内

开发出这套东西 那我觉得 是要打一个问号

所以 也就是说我们TI把这套东西 已经全部给做好了

也就是说 你在你上面只要写自己的 义务就可以了

就比方说我们用AES-128的 加密算法

包括这个防攻击的这个部分

然后包括我们USMA的冲突检测,

包括我们发送数据的时候

有双向的确认 包括我们为了

抗干扰 我们有跳频

包括我们可以过FCC的这些认证

等等一系列的这些跟软件相关的东西

那我们都帮大家做好了

那也就是说 你拿过去以后 你想做一个简单的应用

想做一个简单星系网络

你直接拿它去传就可以了

比方说 你想做一个温度传感器

把数据发给网关 发到互联网上去

其实你只要负责怎么样把 温度传感器的数据拿到

就行了 并通过FNC或AD转换把

数据拿到就可以

这个就是关于这个15.4的 这个介绍

那归纳起来的话三点 第一点的话就是说

第一点就是所谓的健壮性

健壮性体现在本身我们(不确定- 3BG?)芯片的这个远距离传输能力

就是我们可以传非常远的这个距离

另外我们有跳频的这个算法

那我等会也会讲 详细地讲到 跳频算法能够

带来什么样的好处 包括我们这个

AES的这个加密

就是说你可能会被别人窃取

包括我们这个可以支持这个868 915 433

跟其他的一些频段

第二点的话 就是说非常的这个容易

就是说 我们已经有现成很多的example

就是说我们有传感器的example

我们有网关的example

可以非常方便地让大家去做这个开发

甚至我们可以有1350

我相信我们的Alex也给大家介绍了

那1350是Sub 1G加蓝牙的这个

多协议的这个芯片 有了蓝牙以后

我们就可以非常方便地跟 手机去做对接

然后我们可以通过手机 完成一些配置啊

包括一些分关啊 upgrade啊

包括一些显示啊等等

第三点也是我们这个TI 这个 一贯的特点

就是我们所有产品都能做到 这个超低的功耗

包括我们的发射电流 这个休眠电流等等

OK 在我们的15.4协议栈里面 我们有几种模式

然后这些模式的话 可能跟大家实际的应用有关系的

那第一种模式的话 我们叫做 Beacon模式

所谓Beacon模式是什么呢 就是说在 我一个网络里面

所有节点都是跟我的主设备的

或者说跟我的网关是处于同步状态的

那处于同步状态的一个好处是什么呢

就是我下面的设备在发送数据的时候

我可以按照自己的实际去做发送

比方说我一个网络里面有5000个节点

那我5000个节点如果在 同一个时间点发送数据

是不是会相互的这个碰撞 所以呢 在这样的一个

应用的情况下面 我有一些专门的同步

就是我每个节点都有自己对应的时间点

去做发送 可以更好地去防止冲突

那第二点 就是说 我的节点 是需要低功耗功能的

比方说 我举个例子 比方说门锁

那门锁它是平常是需要AA电池供电

那么我可能需要低功耗功率

比方说我要去开锁

那要去开锁的时候 我什么时候知道 这个锁是处于接收状态

什么时候是处于休眠呢

那么我可以通过这个同步的方式

就是每次我跟下面的设备进行同步

我就知道哪个设备 什么时间点 是处于唤醒的

我就可以去控制 那归纳起来

对于我们这种 Beacon的模式

就可以非常方便的 哪种应用 它会比较方便呢

就是对于这种下行数据比较多的

就是从上往下的数据会比较多的

它可能比较方便 那与之相对应的

就是我们叫做Non Beacon模式

那Non Beacon模式 就是说所有的节点

没有跟主设备进行同步的

就是说自己有自己的时间或维护方式

那么它发送数据的时候 就是相互之间基于那种竞争的

那就是我发送数据的时候 如果检测到是冲突的 我就不发了

如果是空闲 那我再发出去 那对于这种应用

大部分属于那种数据量比较低的

然后呢 那个是以上行数据为主的

比方我是一个工厂 然后呢 我需要知道这工厂里面

每一个大概区域温湿度传感器的 这个温度情况

这个湿度情况 因为温度变化比较慢

所以我不需要非常快速地 去上报这些数据

那我可能定期地在每个节点地 去上报数据

相互之间的话 数据量也会比较低

然后以上行数据为主 这是第二种模式

那在第三种模式呢 就是这个跳频

跳频呢其实是跟这种Non Beacon模式 有点类似

就是说每一个设备都会维护他对方那个设备的时间点

然后有一个专门的跳频序列

我就知道我想跟对方通讯的时候

我就知道对方工作在哪一个频道

然后呢我就把数据发给他

那这是跳频的一个模式

所以呢这个会抗干扰啊 会让你的量度 更加可靠一点

那这边提到这个跳频

就是说跟大家解释一下 我们为什么 要用到跳频

那简单来说 两个原因

第一个 在美国 如果你的产品 想买到美国去的时候

如果你想去获FCC认证

对(不确定-3EG?)的产品

它是有功率上的要求的

就是你的发射功率不能大于多少

但是在什么样的情况下 你还可以把 你的发生功率提高呢

就是说如果你的产品支持跳频

并且你的跳频的这个频道

如果是50个 然后你能够做到多少个

发射功率 如果你的跳频的信道只有25个

这个发射功率能做到0.25瓦

所以也就是说如果你的产品 能支持跳频功能以后

也就是你可以把你的发射功率 给提上去

就是你去FCC过认证的时候

你可以跟他讲 你看 我的产品是支持跳频的

每个跳频在信道上的占功比

在小于多少的情况下面 我就可以把发射功率

达到多少 那这些东西的话 并不是说我们

这个TI自己写出来的 是完全按照规范

这个抄下来的 大家如果有兴趣的话

可以去看一下FCC这个15.249

这个部分的这个规范

那这个是关于这个发射功率上的好处

那这个就是第二点

就是说本身加了这个跳频以后

它对于我们的抗干扰能力也会增强

不知道大家有没有概念 说我们的蓝牙是支持跳频的

所以当我们的蓝牙跟WiFi 喷到一起的时候

其实相互之间的干扰没有那么的严重

相比于ZB跟WiFi来说

因为ZB是没有主动跳频这一说法的

所以他的ZB跟WiFi之间的相互之间的 干扰影响会非常大

就是WiFi会影响ZB 但WiFi影响蓝牙的

机会就会小一点 那么这边的话 我们也是做过

一个简单的一个测试 就是说

我们会每隔500毫秒

如果是2%的干扰

就是我们在某个信号上面

用500毫秒去发送30个字节的包

那么是3个信道

那么如果有跳频的模式下面

我们的通信成功率是在百分之百

没有跳频的话 通信成功率大概是 百分之二十二

然后我们会在这个信号上面 以百分之百的这个间隔去

发送数据 大家会看到

在没有跳频的情况下 它的成功率 已经是0了

在我们有有跳频的情况下面呢 我们还可以做到百分之九点三

如果我们在两个信道上面

都是以百分之百的占功比去发送数据

那么它的成功率是百分之八十六

简而言之 我们的跳频的这个算法

加上以后 它对我们的通信

是有一定的增益的

就是我们所谓的通信增益

所以这个是一样的道理

我不知道在座的有没有研究过跳频算法

其实跳频算法从原理上来说

不难 就是只要双方对好

两个人之间 我工作在信道1

你也工作在信道1 我工作在信道2 你也工作在信道2

其实不难 那难的是

怎么样把z这个跳频算法的这个实系

能够对准 包括这个竞争的漂移啊

包括健壮性啊等等

那所以TI用的这套跳频算法

并不是TI自创的

就是我们是采用了另外一个协议

叫WISUN

WISUN是一个 日本的一个抄表协议

它是需要有跳频算法的

然后TI就把这个跳频的算法 用软件来实现

并且移植到我们的CC1310上面去

那么我们为什么要用WISUN里面的 跳频算法呢

原因是因为这个跳频算法已被 很非常非常多的产品所验证过

是没有问题的 因为跳频算法 非常f非常多

大家如果有兴趣 去百度上搜一搜

去论文翻一翻

非常非常多的跳频算法

但是大部分可能都停留在理论阶段

仿真阶段

只是只有一部分是处于实用的

所以TI就采用了WISUN里面的跳频算法

然后就做了这个软件的实现

详细的话 大家如果下去以后访问 TI的官网

可以去搜一下我们协议栈里面的一些介绍

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传感器到云端,以及低功耗广域网IoT网络及其应用 (2)

所属课程:TI 助力物联网与云时代, 丰富的无线产品线及其应用 发布时间:2017.12.06 视频集数:8 本节视频时长:13:15
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