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　　低功率数据包交换─采用TSCH 允许节点在预定的通信操作之间处于超低功耗的休眠状态。每个设备仅在发送数据包或检测相邻设备是否发送数据包时才处于工作状态。更重要的是，因为每个节点都知道自己的设定唤醒时间，所以每个节点都始终可用于转发相邻设备的信息。因此，TSCH网络常常达到<1%的占空比，同时保持网络完全可用。此外，因为每个数据包的收发时间都是设定好的，所以在TSCH网络中不存在网络内数据包碰撞问题。网络可以很密集和增加规模，而不会产生逐渐衰减的 RF自干扰。

　　配对的通道跳频─时间同步允许在每对发送器接收器上进行通道跳频，实现频率多样性。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干扰和衰落。此外，不同成对设备之间的多通道传输可能同时在不同的通道上发生，从而扩大了网络带宽。

　　全面的路径和频率多样性─ 每个设备都有冗余路径，以克服由干扰、物理障碍或多径衰落引起的通信中断问题。如果一条路径上的数据包传输失败，那么节点将自动尝试下一条可用路径和不同的RF通道。与其他网状网络技术不同，TSCH网络不需要由电源供电的路由器和耗费时间的路径再发现。

　　基于TSCH的网络已经成功用于多种应用，例如智能停车应用^[1]，在数据中心中监视能效^[2]，用于工厂^[3]中。诸如管道监视、桥梁及隧道的结构监视以及电力传输线监视等很多应用都要求无线传感器网络跨越很长的距离。然而，跨越这么长的距离建立无线网络并成功保持可靠性和低功率，需要一种更加富有挑战性的拓扑。按照定义，深跳网络意味着，来自最远节点的信息需要经过很多次跳转，才能到达目的地。尽管这么做能够使单一网络覆盖很大的地理范围，而且收发器的功率相对较低，但是这种方法有时会产生一个问题，即一个覆盖面积很大的网络是否能够成功保持所有无线节点都有均匀的数据流量，以及是否能够以可接受的延迟和电流消耗，保持这样的数据流量。

　　案例分析—深跳网状网络

　　为了描述这类网络的特征，我们用Dust Networks的SmartMesh IP网络构建了一个100个节点、32跳的深跳网络，并对其进行了测量。100个节点中的每一个都是每隔30秒产生并发送一个数据包，预计每个数据包的接收都在30秒的延迟时间内完成 (即在同一节点产生下一个数据包之前完成)。

　　该深跳网络是由真实的无线设备构成的，其中7款设备(以编号1~7表示)直接与管理器通信。设备8~10通过上述7个节点通信，其余设备(设备 11~101)在编号位于其前后3 个设备的覆盖范围之内。例如，设备50在设备47、48、49、51、52和53的覆盖范围之内。在这种拓扑中，到达设备101 的最小传输(跳转)次数为32，尽管实际上大多数数据包需要更多跳转次数。

　　截至本文截稿时，这个网络已经连续运行52天。总共接收了1700万个数据包，由于跳转深度和重试，所以进行了总数超过4亿次的单独传输。在所发送的1700万个数据包中，一个都没丢，因此数据传输可靠性达到了 100%。在这些数据包中，约针对2.5 万个提交了“健康报告”，即节点周期性发送的诊断信息。

　　对延迟和电流消耗的分析

　　每个数据包在传感器节点上产生时以及在管理器上接收时，都有时间戳，因此每个数据包的延迟都可以监视。图3所示是这个网络在一个超过90分钟的时段内的数据分布情况。正如所预期的那样，编号较大的那些节点，即处于网络较深处的节点，延迟时间较长，每个数据包的变化也较大，因为路径选择随深度加大而成指数上升。尽管这样，来自最远节点 (编号101)的数据包全部在不到30秒的预定延迟时间内到达了目的地。

　　所有节点内部都保持一份所消耗电池电量的数据，并周期性地向管理器报告这一信息。从这一信息中，可以画出整个网络的平均电流曲线，如图4所示。编号较小的节点之电流消耗最大，因为这些节点需要传输来自较远节点的数据流量。如图4所示，在这个32跳的深跳网络中，即使负载最重的路由器，平均电流消耗也仅为几百微安。既然电流消耗这么低，那么路由节点就可以用一对D-cell锂电池供电，可持续工作超过15年。

　　结论

　　在富有挑战性的应用中，基于时间同步通道跳频的SmartMesh IP网络通常提供>99.999%的数据可靠性，功耗也非常低。因为用相当小的锂电池可工作10至15年，所以无线传感器实际上可以放置在任何地方，从而可实现真正城市级的物联网应用。

　　参考文献：
　　[1]Streetline[R/OL].www.linear.com/docs/41387
　　[2]Vigilent[R/OL].www.linear.com/docs/41384
　　[3]Emerson Process[R/OL].www.linear.com/docs/41383

关键词： 凌力尔特 无线传感器 传感器网络 物联网 TSCH RF 201410