验证 SmartMesh IP 对于工业物联网应用的数据可靠

工业物联网 (IoT) 需要具有严格可靠性和安全性的工业无线传感器网络 (WSN)。1由于此类网络必须在无人干预的情况下可靠地工作 10 年以上，因此工业 WSN 必须应对随着时间的推移而剧烈变化的环境条件。此外，它们还必须具有可扩展性和灵活性，以便网络能够在相当长的一段时间里支持不断增长的业务需求和数据流量。

由凌力尔特提供的 SmartMesh®无线网格网络产品专门针对工业 IoT 应用进行设计和严格的测试，可在某些极为严酷的环境中提供 >99.999% 的数据可靠性。在每款新型 SmartMesh 软件产品发布之前，凌力尔特会累计超过 100 万节点-小时和可靠性最小达 “五个 9” (>99.999% 的数据可靠性) 的网络运作，然后才会宣布其具备了生产质量。

本文着重阐述凌力尔特用于通过无线电硬件认证、自动化网络测试方法和系统化网络测试来验证数据可靠性的方法。另外，还对来自一个使用中的生产网络之性能统计数据进行了考察。

无线电硬件认证测试

WSN 的性能与主要的无线电硬件及在该芯片上运行的协议相关联。SmartMesh 无线电芯片 (例如：凌力尔特的 LTC5800) 经历了严苛的测试以确认其操作参数。这些测试的结果通过多个生产批次进行确定，然后再公布产品手册 (其包括针对硬件的所有相关规格指标)。与凌力尔特专注于工业市场的策略相一致，硬件的设计认证包括运行网络测试，被称为高加速寿命试验 (HALT)，其在使一个通电网络运行的同时让硬件遭受极端条件，包括冷热阶跃应力、烫热阶跃应力、电压裕度调节、快速热跃迁、振动阶跃应力、热和振动的组合应力、以及扩展温度测试。3见图 1。

图 1： 在一个高低温试验箱中工作的 SmartMesh 节点

自动化网络测试方法

为确保服务期间的可靠性，测试必须全面地涵盖网络在跨越多年的运作中将会遇到的各种情况。凌力尔特大量地利用了测试自动化以简化数百项网络测试，每项测试验证一组独特的测试条件。为做到这一点，可以很容易地把一个由包含几百个无线节点的节点组构成的网络试验台 (见图 2) 配置成任何数目的测试网络 (可大可小)。一个集中式测试服务器能够快速地起动整个共存网络、运行多项系统测试、并通过利用每个无线节点的应用程序接口 (API) 进行编程以重新起动用于下一组测试的节点。利用自动化使全回归测试变得实用，可确保现有的功能和运行方式在后续的软件版本中得以保留。

图 2：测试自动化 ― 通过用一个自动化测试夹具给几百个无线节点装备仪表，一项包含几百项测试之测试计划的执行可在几天 (而不是数月) 的时间里完成。

该试验台具有一种密集的 RF 噪声环境，因为每个被测网络都“沉浸”在一个由同时运作的其他网络所产生之无线流量的“大海”之中。这种网络流量，再加上邻近的 Wi-Fi 路由器、蓝牙和蜂窝无线电设备，产生了一个代表着极具挑战性之 RF 环境的升高 RF 噪声层。

系统化网络测试

采用该网络试验台在几百种网络拓扑上验证可靠性。例如，建立了下面的网络 (表 1) 以用基准测试一个典型的 100 节点网络、四跳频网络。每个节点每分钟产生两个数据包，而且网络最少连续运行 500 小时 (在 21 天里)。此环境模拟的是一种典型的商业或轻工业场景，这里存在着电子设备和金属结构以及穿梭在整幢楼宇之中的人流。尽管是有损耗的 RF 环境，但是网络通过包重试以及路径和通道分集在发送超过 4,300 万个数据包的过程中实现了优于 99.999% 的数据可靠性。

通过清点在每个节点的 API 端口注入和在网关节点 API 成功接收的数据包，网络试验台独立地验证 SmartMesh 网络软件的内置可靠性度量指标。这些内置统计数据可通过一个位于网关节点的软件 API 接口提供给用户，并使开发人员和用户能够在初始评估过程中以及网络使用期限内在其自己的应用中评定 SmartMesh 的可靠性。

为了获得 >99.999% 的数据可靠性，凌力尔特的工程师们在系统测试期间对每个数据包传输错误进行故障排解，而不管出错概率如何之低。为在此类错误确实出现之时进行监视和捕获，每个节点的 API 端口、CLI 端口和 SPI 闪存编程端口在网络试验台中是连接的，从而使得凌力尔特的工程师能在一条消息通过网格网络传播时监察每个节点并调试低级软件。

表 1：网络试验台结果示例 (对于一个 100 节点网络)

此外，还给网络试验台装备了仪表以收集详细的性能度量指标，包括节点的平均电流消耗、数据吞吐量和网络延迟 (一条消息穿越网格网络所需的时间)。网络试验台从每个无线节点把传感器数据注入网络，以测量延迟及对网关节点处理流量的能力进