无线传感网络协议——Smart Mesh IP

前言：

SmartMesh IP 专为实现 IP 兼容性而设计，并基于 6LoWPAN 和 802.15.4e 标准。SmartMesh IP 产品线实现了网络适应性、可靠性和可扩展性水平，并拥有高级网络管理和安全特性。前身属于凌力尔特公司，现在属于ADI公司。

笔者由于项目需要对该协议有一定的了解和测试数据，如果有同行在使用这方面的产品可以留言交流，希望有所帮助。

产品介绍：

SmartMesh 产品是适用于苛刻工业过程自动化应用的低功耗无线网状网络。SmartMesh 客户包括使用楼宇自动化、数据中心能源管理和可再生能源解决方案的财富 500 强公司。全球范围内已经部署了超过 76,000 个启用了 SmartMesh 的系统，这些系统正在安全地将各种智能设备连接到各自的应用，实现更智能、更环保、更高效的解决方案。

图1 具片式天线的 SmartMesh IP 无线 802.15.4e PCBA 模块

SmartMesh IP 无线传感器网络是自我管理式的低功率互联网协议 (IP) 网络，其采用被称为“Mote”的无线节点构建而成。LTPTM5901-IPM 是 Eterna® 系列 IEEE 802.15.4e 解决方案中具内置片式天线的印刷电路板组件 (PCBA) 产品，其运用了一种高度集成的低功率无线电设计，以及一个运行 SmartMesh IP 嵌入式网络软件的 ARM Cortex-M3 32 位微处理器。占板面积为 24mm x 42mm 的 LTP5901-IPM 专为表面贴装型装配而设计。

图2 笔者使用的DC9018B评估套件

图3 评估套件包含产品

0、产品特点

1、SmartMesh IP 网络拓扑结构

SmartMesh IP 网络由高度可扩展的自成形多跃点无线节点网格和网络管理器构成，无线节点称为智能微尘，用于收集和中继数据；网络管理器用于监控和管理网络性能和安全，并与主机应用程序交换数据。

图4 网络拓扑结构

除了常见的“网格模式”外，SmartMesh IP 还支持一种称为闪烁模式的超低功耗漫游节点功能。

2、SmartMesh IP 智能微尘

SmartMesh IP 智能微尘是 SmartMesh IP 网络中的无线节点。它们连接到传感器/致动器并路由来自其他智能微尘的数据，同时保持低功耗。

图5 节点可以设置为主模式和从模式

每个智能微尘都可以发送和接收消息（支持双向数据）。每个智能微尘可以有不同的数据报告速率，网络管理器会自动协调各个成对通信以便高效地路由流量。

每个智能微尘可以有不同的供电能力（例如线路电源、电池电源或能量收集电源）。网络管理器会相应地对流量进行负载平衡以便将时间延长至网络的第一次电池更换。

SmartMesh IP 网络软件已进行编译并经过全面测试。智能微尘具有板载的 ARM Cortex-M3 处理器，该处理器支持使用 SmartMesh IP 片内软件开发套件的客户应用软件。或者，可以使用外部微处理器通过其串行 API 接口控制智能微尘。

3、SmartMesh IP 网络管理器

SmartMesh IP 网络管理器针对网状网络执行两种主要功能。首先，它们充当接入点微尘，将无线网状网络连接到客户主机应用。其次，网络管理器运行复杂的网络管理算法以保持网络的性能。

图6 网络管理具有两种方式

SmartMesh IP 网络管理器具有两种版本：

• EManager（支持多达 100 个智能微尘）

• VManager（支持多达 50,000 个智能微尘）

a.SmartMesh IP EManager

一种 EManager 或嵌入式管理器，作为 Manager-on-Chip™ 运行，接入点功能和网络管理算法均在 SmartMesh IP 802.15.4 硬件（例如 LTC5800-IPM）上运行。

EManagers 支持在网络中使用多达 100 个智能微尘，并且适用于低功耗网关操作。

图7 Emangers网关适用于小型传感器网络

b.SmartMesh IP VManager

VManager 是一种基于软件的管理器和单独的接入点智能微尘，它可以：

• 实现大型网络 – 单个网络中多达 50,000 个智能微尘

• 通过多个接入点提高带宽

• 热故障切换网关冗余

图8 Vmangers适用于大型传感网络

VManager 软件在 x86 虚拟机 (VM) 上运行，从云服务器向下一直到基于 x86 的低功耗嵌入式处理器，虚拟机可以安装在各种硬件平台上。VManager 软件是 Linear Technology 作为预编译并经过测试的 VM 应用程序而提供的，可以在 VMWare 或 Oracle VirtualBox 虚拟机上运行。一个或多个接入点智能微尘（AP 智能微尘）将 SmartMesh IP 网络连接到 VManager 软件。AP 智能微尘是在 SmartMesh IP 802.15.4 硬件（例如 LTC5800-IPM）上运行的 AP 智能微尘软件的组合。