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低功耗自组网模块介绍

  低功耗自组网模块是一种基于无线传输技术的网络设备,能够在多个节点之间建立动态的、自我管理的网络连接。这种技术的核心在于其自我组织和自我修复的能力,使得网络能够在节点移动或节点故障时自动调整。

  低功耗自组网模块通常工作在433M或470M免费频段,最大发射功率为10mW(10dBm),发射电流为33mA,接收电流为20mA,休眠电流为0.5uA,工作电压范围为2.0V~3.6V。这些模块通常采用GFSK调制方式,波特率自适应于500kbps~1.2kbps,并支持1个基本信道和1~16个辅助信道(跳频)。

  此外,低功耗自组网模块还具有多种应用场景,如智慧城市、智能公用设施等,能够实现长距离传输和高数据带宽。例如,E51-470NW16S无线通信模块采用EFR32FG25系列芯片,支持Wi-SUN协议,适用于大规模户外物联网。

  低功耗自组网模块的应用还包括工业自动化、机器人、电力等领域,具备无线自组网系统通信节点能力以及终端接入能力,两个节点之间的通信距离可以达到2-15km,空中自组网节点总体覆盖半径约120km。

  低功耗自组网模块以其低功耗、高可靠性和灵活的应用场景,广泛应用于各种无线网络环境中,特别是在需要长距离传输和大规模网络覆盖的物联网应用中表现出色。

  一、 低功耗自组网模块的自我组织和自我修复机制

  低功耗自组网模块的自我组织和自我修复机制主要通过以下方式实现:

  •   自我组织:低功耗自组网模块在没有外部指令的情况下,能够根据内部机制自行形成一定的结构或功能。这种自组织现象是系统从混沌无序的初态向稳定有序的终态演化的过程。自组织理论认为,系统必须具备内在机制的驱动,才能从简单向复杂、从粗糙向细致方向发展,不断地提高自身的复杂度和精细度。
  •   自我修复:低功耗自组网模块通常采用自适应组网方式,如Mish mesh自适应组网方式,当单一节点损坏后,网络能够自动重新连接,避免因持续尝试链接而导致功耗升高。这种自修复功能使得网络能够在外界刺激下自动恢复其正常运行状态。

  二、 低功耗自组网模块在不同应用场景表现

  低功耗自组网模块在不同应用场景中的性能表现如下:

  低功耗自组网模块如E51-470NW16S,采用EFR32FG25系列芯片,支持长距离、低功耗传输和mesh自组网技术,并且兼容Wi-SUN协议。这种模块能够实现高达3.6Mbps的数据带宽,适用于智慧城市和智能公用设施等应用。

  低功耗WiFi模块广泛应用于智能手表、智能眼镜、智能手环等设备中,这些设备通过低功耗WiFi模块可以与手机或其他设备联网,提供便捷的用户体验。

  LoRa MESH网络结构具有低功耗、远距离、高可靠性、易用性、多接口、可扩展性和安全性高等优点,适用于各种需要低功耗、远距离、可靠传输的应用场景。此外,基于LoRa扩频技术的LoRa MESH组网技术也展示了去中心化、自路由、网络自愈等优势,非常适合物联网应用。

  低功耗无线LoRa自组网模块能够实现节点之间的互联互通,并支持多种应用场景,如智慧家庭、智慧农业和智慧工业等场景。

  低功耗无线433MHz芯片及模块适用于小数据量应用,如传感器数据采集和各种自动化控制等场景,具有距离远、穿透力强、绕射能力出众等特点。

  三、 E51-470NW16S无线通信模块支持Wi-SUN协议的优势

  E51-470NW16S无线通信模块支持Wi-SUN协议的具体优势主要体现在以下几个方面:

  •   长距离传输:Wi-SUN协议通过Mesh组网和主动跳频技术,使得每个设备都可以与相邻设备通信,从而实现非常远距离的跳转。这使得E51-470NW16S在密集的城市环境中也能以最小的数据丢失量实现长达0.3~2.5千米的无线广播。
  •   超低功耗:Wi-SUN协议采用特定的小功率无线频段(如920MHz),相比使用2.4GHz和5GHz频段的Wi-Fi,具有成本低、通信距离长、可绕过障碍物且易接通的优势。此外,Wi-SUN模组的电池寿命可以达到十年之久,进一步证明了其在低功耗方面的优势。
  •   高数据带宽:E51-470NW16S支持Wi-SUN现场局域网(FAN)中引入的正交频分复用调制技术(OFDM),可实现高达3.6Mbps的高数据带宽。这对于智慧城市、智能公用设施等应用所需的高数据吞吐量非常重要。
  •   自愈网状功能:Wi-SUN协议适用于需要高数据吞吐量、高节点数和自愈网状功能的应用,例如互联智能仪表和智能街道照明。这种自愈能力确保了网络的稳定性和可靠性。
  •   广泛的应用场景:Wi-SUN技术被普遍应用在智能电表与智慧电网领域,适用于需要高数据吞吐量、高节点数和自愈网状功能的应用。

  四、 低功耗自组网模块在工业自动化和机器人领域的应用

  低功耗自组网模块在工业自动化和机器人领域的应用案例包括以下几个方面:

  •   智能家具和物联网改造:基于EFR32的zigbee3.0自组网模块被广泛应用于智能家具和物联网改造领域,提供高可靠性的无线通信解决方案。
  •   无人机和无人船:宽带MIMO无线自组网模块支持点对点、点对多点、多点对多点自动中继和多跳,适用于无人机、无人船等设备的自组网单兵应用。NexFi MF系列和MF-Q系列自组网模块也适合搭载在无人机、无人船、机器人等专业设备上,提供IP透明传输通道。
  •   工业传感器和无线报警安全系统:LoRa MESH组网模块适用于工业传感器和无线报警安全系统,具有去中心化、自路由、网络自愈等功能特点。
  •   道路路灯监控:工业级ZigBee模块F8913D被应用于道路路灯监控组网,通过自组网技术搭建传输网络,实现路灯状态监测和亮度控制。
  •   厂区能源管理:格力工厂采用低功耗、无线自组网方案,实现厂区水、电、气、油的消耗使用情况的实时监控,打造高效节能的绿色工厂和智慧工厂。

  五、 低功耗自组网模块的能效比和可靠性?

  评估低功耗自组网模块的能效比和可靠性需要综合考虑多个方面的因素和方法。以下是详细的评估步骤:

  1. 能效比评估

  •   能耗优化:通过能耗优化模块具体部署节能措施,以最大限度降低功率密度,避免设备过热、延长组件寿命以及提高设备可靠性。
  •   休眠功率测量:测量系统处于低功耗休眠状态下的功率消耗,确保在不使用时也能保持高效节能。
  •   电源稳定性评估:评估电源的稳定性和可靠性,确保低功耗应用中提供稳定的功率,避免压降或故障等系统性能问题。

  2. 可靠性评估

  •   网络可靠性评价方法:采用符合自组网网络特性的网络可靠性评价方法,以满足自组网性能分析的需求。
  •   分组平均递交率:通过测量目的节点接收到的数据包个数与源发送的数据包个数之比,反映网络的传输效率和可靠性。
  •   衰落测试:对无线Mesh自组网通信产品进行典型瑞利衰落测试、典型莱斯衰落测试和典型时间选择性衰落测试,获取传输距离和信号强度的曲线关系,评估在不同环境下的通信稳定性。

  3. 综合性能测试

  •   通信性能测试:使用专门的评估套件(如ZSL420-EVB)进行芯片的参数配置、功能验证和性能测试,确保自组网模块在实际应用中的通信性能。
  •   标准测试方法:参照现行同类产品的评估体系和测试标准,进行全面的性能测试,确保符合相关技术要求。

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