为工业物联网正确选择无线网格网络协议以实现新应用

为了应对通道中存在的有源 RF 干扰问题，有些单通道 WSN 采用了所谓的通道捷变机制。采用这种机制的网络可以向所有节点广播信息，以改变工作通道。不过，即使在通道捷变网络中，在任一时间点上，网络仍然在单一通道上工作。采用通道捷变方法的前提是，假定存在一个对整个网络都足够好的通道。然而，真实数据显示，在多径衰落的影响下，任何 RF 通道在网络寿命期内，都会经历严重的路径劣化问题，这会导致节点在几分钟甚至几小时内无法工作 (参见配文："多径衰落对无线通信的影响")。尽管采用通道捷变方法的网络可以改变通道，避开某个有源干扰信号，但是既然该网络仍然在单一通道上工作，那么就仍然易于受到多径衰落的灾难性影响。

全网络休眠动态占空比 (Duty Cycling by Network Wide Sleeping)    ─   为了以低功率运行，无线传感器网络进行某种形式的占空比调节，以最大限度减少有效运行 (例如发送、接收等，这时通常消耗数 mA 功率) 时间所占百分比，同时最大限度增大低功耗休眠模式 (一般吸取 1mA 或更小的电流) 在时间上所占百分比。有些无线传感器网络采用了全网络休眠方法 (有时称为"休眠型"网格网络)，采用这种方法时，网络中的所有节点会在较长时间内同时处于低功耗休眠状态，并几乎在开始发送 / 接收 / 转发网络流量的同时唤醒。采用这种休眠方法时，网络在待用期间完全不能用于通信。例如，如果一个 WSN 在 1 小时唤醒一次，那么在这 1 小时中，该网络不能发送报警信息，也不能接收来自控制器的信息，因此无法打开所附的报警指示器。还有一点也很重要，即需要考虑全网络休眠方法对 WSN 应对真实运行情况的能力有哪些影响。在较长的休眠期内，周围 RF 环境仍然是动态变化的。在网络休眠时，任何信号通路出现不稳定，都只能等网络唤醒以后才能修复。更加麻烦的是，休眠型网络往往是单通道网络，这在网络运行期间进一步给网络增加了压力，同时增加了通信不稳定的风险。

采用全网络休眠方法的另一个反响是，用户被迫接受低于应用所需的数据速率 (因此也就少于应用所要求的数据)。这种折中令人遗憾，因为 WSN 的主要用途是可靠传送数据，并通过这些数据更深入地洞察用户系统，确定是否存在不良运行趋势和效率低的问题，例如是否因发动机老化而出现了性能劣化，或者零售店中的冷藏设备是否因太过陈旧而周期性地增大了功耗。如果由于网络限制而使 WSN 提供的数据过于稀疏，那么 WSN 的实用性和洞察能力就变得有限了，而且就监视 / 控制系统这一总体价值主张而言，也有实现效果大打折扣的风险。

时间同步通道跳频网格网络

时间同步通道跳频 (TSCH) 网格网络跨整个多跳网络实现严格的时间同步，严密协调通信及频道使用。在 TSCH 网络中，所有节点都采用共同的时间标准，整个网络的时间标准准确度在数 10 微妙以内。相邻节点之间交换时间偏移信息，以保持时间同步。网络通信被安排到多个时隙中，在这些时隙中，每个数据包的发送 / 接收都排定了时间。也就是说，每个时隙都足够长 (例如 7.5ms)，以供发送节点唤醒、发送数据包并接收来自接收节点的链路层确认信号。TSCH 网络的流量传送可以动态地安排，这就实现了成对通道跳频、完整路径和频率多样性，也实现了低功耗数据包和高可用性占空比。

成对通道跳频  ─   时间同步能够在每一个发送器-接收器对上实现通道跳频，因此实现了频率多样性。在 TSCH 网络中，每个数据包交换通道都会跳频，以避开不可避免的 RF 干扰和多径衰落。此外，不同设备对之间的多次数据传送可以在不同的通道上同时发生，这增大了网络带宽。例如，在 IEEE 802.15.4 2.4GHz 无线规范中，提供了 15 个可用通道，该规范是 WSN 最常用的选择，因为全球都可以使用这一 ISM 频段。这就意味着，与单通道 802.15.4 WSN 相比，TSCH 网络的可用带宽扩大到 15 倍。

完整通路和频率多样性  ─   每个设备都有冗余通路以克服干扰引起的通信中断、物理障碍或多径衰落问题