电子产品世界

　　ROHM(罗姆)

　　摘 要：作为支撑IoT发展的无线通信技术，LPWA（Low Power Wide Area/低功耗广域网，顾名思义，功耗低且覆盖范围广）备受瞩目。虽然统称为“LPWA”，但方式有很多种，它们的优缺点也各不相同。本文将介绍其中ROHM重点开发的“Wi-SUN”的最新动态。

　　关键词：Wi-SUN；模块；电池驱动

　　1 什么是Wi-SUN

　　Wi-SUN是Wireless Smart Utility Network的缩写，是近年来制定的新无线通信标准。2012年Wi-SUN联盟成立，基于IEEE802.15.4g标准，致力于全球推广工作。

　　图1表示Wi-SUN在各种IoT无线标准中的定位。

图1 适用于IoT领域的无线通信技术

　　从图1可以看出，Wi-SUN具有通信距离比Wi-Fi更长，且数据传输速度比LoRa WAN和Sigfox更快的特点。由于它速率和传输距离适中，而且不依赖于基站，是一种恰到好处的无线通信标准，可以说是在IoT市场中应用范围最广的无线标准。因此，它可以与未来有望普及的5G并存，并可以作为5G的补充来使用。

　　2 Wi-SUN标准的种类

　　Wi-SUN联盟中有一个制定关键标准的工作小组（以下简称“WG”）。其中，根据HAN WG、JUTAWG、FAN WG工作组制定的三种标准已经开始了认证工作，并已开展市场实际运用的推广。ROHM已经在开发支持这三种标准的产品（图2）。

图2 Wi-SUN联盟制定的规范种类和ROHM的产品

　　3 Wi-SUN HAN

　　3.1 关于Wi-SUN HAN /Wi-SUN Enhanced HAN

　　Wi-SUN HAN是“Home Area Network”（家庭局域网）的缩写，是一对多（网关终端设备）星形拓扑结构，支持智能仪表、HEMS（Home Energy ManagementSystem）及家电产品等的相互连接。

　　Wi-SUN Enhanced HAN是面向最新HAN的无线通信标准，在Wi-SUN HAN基础上，增加了两种新功能。一个是中继通信功能，允许使用一个中继设备。由于可实现一对多（网关／中继器／终端设备）树型连接，因此即使通信距离较长也可布建更稳定的网络环境。第二个是休眠通信功能。该功能可以实现更节能的双向通信方式，因此非常适用于用户用电池驱动的设备的通信。

　　由于可以用比以往更少的电力进行更大范围的通信，因此支持Wi-SUN的设备不仅局限于前述的家庭内部网络，还有望在工厂和商业设施内的更多场所发挥积极作用。

　　ROHM从2019年开始量产支持Wi-SUN EnhancedHAN的无线通信模块“BP35C0-J11”。“BP35C0-J11”不仅符合Wi-SUN Enhanced HAN标准，还具有以下功能。

　　①支持各种模式

　　BP35C0-J11支持Wi-SUN Enhanced HAN中指定的所有模式（图3），且不需要繁琐的硬件更换和固件切换，因此可以满足应用多样化的需求。

图3 BP35C0-J11支持的模式

　　②具有“FOTA（Firmware update Over The Air）”功能

　　BP35C0-J11采用了蓝碧石半导体公司生产的具有Wi-SUN的高速通信（100 kbps）和足够的ROM容量（512 kB）两大特点的无线通信LSI，实现了非常适合实际应用的FOTA功能。

　　另外，通过搭载FOTA功能，一旦有什么问题时可以迅速响应，并且能够以低成本应对部分标准的更新。

　　③评估板

　　ROHM已经开始网售安装有BP35C0-J11的评估板“BP35C0-J11-T01”、带天线的小型评估板“BP35C1-J11-T01”、USB加密狗型“BP35C2-J11-T01”评估套件，这些产品有助于缩短客户的评估时间（图4）。

图4 BP35C0-J11评估套件

　　此外，用户还可以从ROHM官网的支持页面下载开发所需的各种文档，例如无线模块入门指南、硬件规格书和外置天线列表等。

　　3.2 Wi-SUN HAN 的应用

　　NextDrive公司的超小级别IoE (Internet of Energy)网关“Cube”中（如图5）采用了支持Wi-SUN HAN标准的ROHM无线通信模块“BP35C0”。

　　该产品支持Wi-SUN HAN标准，可以控制智能电表、蓄电池、住宅用太阳能发电设备、热泵热水器（EcoCute）等家电设备。另外，它还具有功耗量和发电量可视化功能、以及蓄电池和热泵热水器的时间表功能，非常适用于HEMS和智能家居服务。

　　未来，NextDrive公司计划发布一款能够提供更快速的VPP(Virtual Power Plant)服务的云平台。其中，为了支持更多应用场景并扩大能够控制的设备范围，还计划推出支持Wi-SUN Enhanced HAN的Cube。

图5 NextDrive公司的IoE网关“Cube”

  　4 Wi-SUN JUTA

　　4.1 关于Wi-SUN JUTA 

　　Wi-SUN JUTA是面向靠电池驱动的智能仪表领域的新国际无线通信标准，具有长时间驱动和高可靠性通信两大特点。在长时间驱动方面，利用独特的间歇工作（除了以一定间隔发送／接收外，其余时间全部休眠）功能，大大缩短接收时间，从而使依靠电池驱动的智能燃气表和智能水表等设备能够工作长达10年以上。在高可靠性通信方面，接收期间直到捕获到信标才会执行发送，因此即使通信次数增加，电波占用时间也不容易增加，可实现稳定通信。

　　从标准制定阶段开始，ROHM就已致力于开发支持Wi-SUN JUTA的产品。以下为支持Wi-SUN JUTA的ROHM无线通信模块的特点。

　　①可以布建高度可靠的网状网络

　　可以布建能够经由多个中继器（最多3台）的、支持多跳通信和重新布建路径的网状网络。

　　②内置安全功能

　　内置安全功能，在无线通信模块端支持通信加密和安全秘钥更新，因此无需在主机端进行复杂的处理，即可轻松安全地进行通信。

　　4.2 Wi-SUN JUTA 的应用案例

　　东京燃气公司的“生活守护服务”采用了支持Wi-SUN JUTA的ROHM无线通信模块，用于各种传感器和家庭网关之间的通信。

　　“生活守护服务”是一种智能家居服务，不在家时可通过智能手机等确认门窗是否上锁，家人是否回家，因此可以用来守护儿童和老人（图6）。通过采用ROHM的无线通信模块，能够使用符合Wi-SUN JUTA标准的F-RIT方式，实现小型低功耗，以及守护服务所要求的优异的通信可靠性。

图6 东京燃气公司的“生活守护服务”

　　5 Wi-SUN FAN

　　5.1 关于Wi-SUN FAN

　　Wi-SUN FAN (Field Area Network)是一种可以相互通信的低功耗无线通信标准，该标准基于IEEE802.15.4g的低功耗无线传输技术和支持IPv6协议的多级中继技术。

　　该标准具有以下3个特点：

　　①可布建能够覆盖区域空间的多跳网状网络。对于安装后的空间变化和突发性无线电干扰，可通过选择其他路径来使系统稳定运行。例如，在楼宇内部构建网络时，柱子等会成为障碍物，但Wi-SUN FAN可以绕过它们，因此非常适用于智能仪表和智慧城市。

　　②可以通过高级身份认证来保护通信安全。Wi-SUN FAN采用RADIUS/AAA服务器进行身份认证，并采用EAP-TLS方式进行认证。为连接的设备设置客户端证书，并由边界路由器端集中管理被许可的设备，因此，即使路径发生改变，也不需要逐个设置设备。此外，加密采用非常强大的AES加密模式，可实现安全通信。

　　③支持跳频，可在切换频率时进行通信。在日本国内，设备在50 kbps通信时在922.40 MHz（33 ch）到928.00 MHz（61 ch）的28个通道范围内、150 kbps通信时在922.50 MHz（33,34 ch）到927.7 MHz（59,60 ch）的14个通道范围内切换通道并工作。利用跳频功能，可以构建抗无线电干扰和噪声干扰的稳定系统，并可以实现保密性高的通信。

　　2019年，京都大学研究生院信息学研究科的原田博司教授领导的研究小组、日新系统（NISSINSYSTEMS）公司与ROHM联合开发的无线设备，搭载了Wi-SUN FAN技术并成功通过了认证试验，取得了认证。2020年，ROHM计划量产并开始销售支持Wi-SUNFAN的无线通信模块，日新系统公司计划销售搭载Wi-SUN FAN的USB电路板。

　　5.2 Wi-SAN FAN的应用示意图

　　随着物联网设备的普及，Wi-SUN FAN未来有望应用在大规模高可靠性的网络环境中。例如，在新一代智能仪表、智能路灯、电动汽车（EV）联动的智慧城市和基础设施中的应用，在工厂内部的产品管理、在楼宇内部需要定期检查的设备的自动维护、在商业设施内的商品温度监控等物流管理中的应用（图7）。

图7 Wi-SUN FAN的应用示意图　（楼宇）设备维护 

　　6 未来展望

　　ROHM今后将继续致力于促进各种Wi-SUN标准的普及，并开发和量产支持Wi-SUN FAN的无线通信模块。

　　除了在IoT市场（已经在智能家居和智慧城市中被广泛应用）继续推广Wi-SUN之外，ROHM还将努力在LPWA市场（在物流和资产管理、安全／智能楼宇等领域备受瞩目）普及应用范围最广的Wi-SUN，使其与未来有望普及的5G共同为创建更美好的社会贡献力量。

　　（注：本文来源于科技期刊《电子产品世界》2020年第06期第21页，欢迎您写论文时引用，并注明出处。）

关键词： 202006 Wi-SUN 模块 电池驱动 ROHM 罗姆