MicroPnP：一款 用于无线检测和传动的零配置平台

本文作者：

Jackie Rutter  凌力尔特公司（现隶属ADI公司）

Nelson Matthys  VersaSense 公司

摘要

今天，为物联网 (IoT) 环境建立、部署和配置应用，对很多用户而言仍然是复杂和昂贵的。VersaSense 公司的 Micro Plug-and-Play (MicroPnP) 平台解决了这种复杂性问题，提供了零配置和完全基于标准的解决方案，从根本上降低了大规模获得、建立和运行用于无线检测和传动物联网系统的成本。MicroPnP 整合了真正即插即用 (Plug-and-Play) 的集成外部检测与传动设备和凌力尔特的 SmartMesh IP™，提供了超低功率和可靠的无线网格网络。MicroPnP 在 2015 国际 IPSO 竞赛中获奖，目前正在成功用于世界各地的商用 IoT 环境中。

引言

工业物联网应用 (例如智能工厂或智慧城市) 需要大量配备了各种传感器和传动器的无线嵌入式设备。人们常常期望这些设备在严酷的 RF 环境中长时间运行，同时周期性地获取环境或工业过程数据。不幸的是，目前一代工业检测解决方案需要大量的开发、安装、集成和管理工作，以大规模部署坚固的 IoT 系统。因此，大多数用户都在努力解决这种复杂性以及与其相关的成本问题，结果未能最大限度提高投资回报。所以，为了显著降低工业 IoT 环境的总体拥有成本，所需要的解决方案既要能够方便地集成第三方外部检测设备，又要能够整合现有应用，还要能够实现可靠、安全且功率超低的网络，以及提供收集和存储传感器数据的在线云服务。

本文介绍了 MicroPnP 平台 (图 1)，该平台由 VersaSense 公司提供，是符合标准的低功率检测即服务 (Sensing-as-a-Service) 式解决方案，MicroPnP 平台真正实现了外部检测和传动设备的即插即用式集成、能够跨不同地点每天 24 小时不间断且可扩展地监视和控制设备、并提供安全的端到端通信。与传统工业 IoT 解决方案相比，MicroPnP 用完全不同的方法消除了开发和管理复杂性，因此显著降低了工业 IoT 系统的总体拥有成本。

外部设备的真正即插即用式集成是通过无源电子组件实现的，这些组件形成了一种高效率机制，随着时间推移检测和识别新连接的外部检测或传动设备。而 MicroPnP 的整套软件则为安全的设备交付、自动空中固件升级和 API (用于集成检测到的外部设备数据与在线云服务) 提供了解决方案。最后，MicroPnP 采用凌力尔特公司的 SmartMesh IP，提供同类最佳的无线网格网络技术，甚至在严酷的 RF 环境中也能实现超过 99.999% 的网络可靠性，同时保持为期 10 年的电池寿命。

图 1：MicroPnP 平台

MicroPnP 是通过 10 年学术研究取得的成果，在 2015 国际 IPSO Challenge 上获奖，这是由 IPSO 联盟举办的一项年度全球性竞赛。为开发下一代智能物体 (Smart Object)，IPSO 联盟积极推进开放协议和标准 [例如互联网协议 (IP) 和有关的 IETF 协议] 的使用。目前，MicroPnP 正在成功地用于世界各地的工业环境中，包括数据中心监视、精确的畜牧养殖以及石油和天然气行业的监测。

MicroPnP 解决方案简明介绍

MicroPnP 提供一个一致的硬件和软件工具包，该工具包可对进入 IoT 的嵌入式外部检测设备自动进行检测和配置，提供达到极致的无线网络可靠性和电池寿命。关键的与众不同之处包括：

1) 零配置即插即用式外部设备集成。MicroPnP 自动识别所有连接的嵌入式外部检测和传动设备，并安装相应的设备驱动器软件。这种方法依靠低功率无源电子组件，识别一个外部设备所消耗的功率是 USB 或 FireWire 等传统解决方案的 100 万分之一。此外，这种方法成本非常低，也非常灵活，允许任何现有 IoT 传感器或传动器立即被重新包装成 MicroPnP 外部设备。

2) 自动进行软件安装和维护。一旦一个外部设备插入到 MicroPnP 设备中，就会自动请求将所有对应的设备驱动器软件送到网络网关中，接下来再通过空中安装驱动器软件。从这时开始，该外部设备就可以全面发挥作用，并可用来供最终用户进行远程互动。为了进一步适应应用开发人员，网络管理器会显示 RESTful API，以方便查询所有设备，并直接将传感器数据推送到云中。

3) 极低功率的超可靠网格网络。在网络级，MicroPnP 与凌力尔特的 SmartMesh IP 嵌入式无线网格网络相集成。SmartMesh IP 是 IEEE 802.15.4e 时隙通道跳频 (TSCH) 模式的商用实现方案，提供高性能和网格功能并支持易于使用的 IPv6。为了在面对 RF 干扰、多径衰落以及其他环境因素时确保很高的数据可靠性，TSCH 整合了基于预留的时分多址 (TDMA) 方法和通道跳频。通过连续监视网络状态，并针对每一个设备优化 TSCH 时间表，MicroPnP 网络能够用一对 AA 电池自主运行长达 10 年之久。