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技术论文

本页提供了具有代表性的技术论文样本，记录了 Wi-SUN 相关标准和技术的基础、测试和使用情况。

2026

无线智能无处不在网络（Wi-SUN）， 作为基于IEEE 802.15.4智能公用事业网络（SUN）标准的无线通信系统，自2012年作为IEEE 802.15.4g标准正式确立以来，已不断演进，旨在实现低速、长距离、低功耗的分组通信。 通过在电表、传感器和监控设备等设备中嵌入通信功能，Wi-SUN作为用于信息采集和设备控制的物联网（IoT）通信系统，已在全球数千万台设备中得到部署。 IEEE 802.15.4 SUN 标准中规范的、且在 Wi-SUN 中使用的物理层包括频移键控（FSK）和正交频分复用（OFDM），它们分别被称为 SUN-FSK 和 SUN-OFDM。

本文总结了SUN-FSK和SUN-OFDM的技术规范、应用模型及最新研究趋势，并分析了它们的传输特性。特别是在传输特性评估方面，我们整理了参考数据以及室外传输实验结果，并从计算机仿真和硬件评估两个角度进行了呈现。 最后，作为IEEE 802.15.4 SUN标准的未来发展方向，我们基于基本传输特性，展示了利用低频段（如甚高频VHF频段）的潜力。

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无线智能公用事业网络现场区域网（Wi-SUN FAN）是一项针对物联网应用设计的无线通信系统国际标准。该标准采用多跳路由技术，通过其他设备传输数据，从而能够构建广域网状网络。

此外，为了在频率域和时间域中抵御各种信号干扰，同时采用多种协议来维持高质量的多跳通信。然而，Wi-SUN FAN 中采用的许多协议是通过不同的标准化会议分别制定的。

此外，关于这些协议之间相互作用的讨论仍显不足。因此，通过调整各协议以应对这些相互作用，仍有提升通信质量的空间。本研究聚焦于Wi-SUN FAN中数据链路层所使用的多种协议，旨在识别这些协议组合使用时产生的相互作用及其引发的问题。

此外，我们提出了一种协议协调方法，旨在解决这些问题并改善通信成功率和通信时延等通信质量指标。通过计算机仿真和实验验证，我们证实所提方法能够提升通信质量，与参数调整前的传统方法相比，通信成功率提高了20%。 此外，我们还证明，通过采用所提方法调整各项参数以提高通信效率，平均通信延迟时间减少了约85%（从5.98秒降至0.93秒）。

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无线智能公用事业网络现场区域网（Wi-SUN FAN）是一种基于IPv6的多跳无线标准，可在保持低功耗的同时实现每秒数百千比特的高吞吐量，约为典型低功耗广域技术吞吐量的10至100倍。 然而，通过 Wi-SUN FAN 传输视频颇具挑战性，因为大量短小的实时传输协议（RTP）数据包以高速流的形式传输，会产生相当大的每包开销，从而显著降低了传输效率。

本研究提出了一种基于标准 Wi-SUN FAN 协议的 H.265/RTP 传输应用层多层优化框架。 该框架由三个组成部分构成：1) 在经验证不会产生感知影响的条件下，在源端有选择地排除冗余的网络抽象层单元（接入单元分隔符和选定的视频可用性信息）； 2) 接近最大传输单元大小的用户数据报协议（UDP）聚合，即将多个RTP有效载荷打包以减少信道访问尝试； 以及 3) 可靠性约束的速率规划，将跳数和流并发数映射到最小发送间隔和每流可持续比特率，以满足目标端到端数据包交付率（PDR）。

该框架在梯级网络环境中，通过大规模计算机仿真和硬件测试平台进行了评估，重点针对视频监控用例。 视频质量采用视频多方法评估融合（VMAF）进行评估。结果表明，在处理多路摄像头流时，该框架不仅能保持约80分的稳定且符合实际应用要求的VMAF评分，同时将无线UDP数据报的传输量减少了高达84.5%。 一种基于拓扑索引的查找表将跳数和流并发数映射到安全的发送速率，从而在实际部署中实现了99.9%的PDR。

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无线智能无处不在网络（Wi-SUN）现场区域网络（FAN）作为物联网系统中一种新兴的无线多跳通信标准，被广泛应用于智慧城市、计量及工厂基础设施的建设。 Wi-SUN FAN 采用了适用于低功耗和丢包网络的互联网协议第 6 版（IPv6）路由协议，并运用了指数加权移动平均法，该方法会参考链路指标的历史值来构建鲁棒的多跳网络。

由于移动节点的部署是智能城市和智能工厂基础设施发展中不可或缺的一环，因此 Wi-SUN FAN 应具备路由移动节点的能力。 为此，本研究采用计算机仿真和现场实验，评估了在传统路由协议下运行的移动 Wi-SUN FAN 节点的数据包送达率（PDR），从而揭示了 PDR 下降的原因。

为克服这些局限性，我们提出了一种考虑移动节点移动方向的路由协议，以确保在 Wi-SUN FAN 内实现可靠的移动通信。 计算机仿真表明，当节点以 10 m/s 的速度移动时，与传统路由协议相比，在所提出的协议下，PDR 最高可提高 87%（PDR 分数范围为 0.125 至 0.995）。 在使用实际设备的实验中，当节点以 0.26 米/秒的速度移动时，PDR 提高了 38%（PDR 分数范围为 0.476 至 0.859）。 仿真和实验结果证实，无论移动方向如何，所提出的路由协议都能通过快速的父节点切换和选择，克服传统路由协议的局限性。

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无线智能公用事业网络现场区域网（Wi-SUN FAN）依赖于面向低功耗和丢包网络的IPv6路由协议（RPL）来构建大规模多跳IP网络。然而，本地父节点选择可能会导致流量集中于少数几个中继节点，增加路径深度，并加剧数据包丢失。

我们提出了一种集中式路由构建框架，该框架在边界路由器处聚合邻居报告，并应用零抑制决策图（ZDD）来枚举所有符合目标导向有向无环图（DODAG）一致性的生成树结构，同时满足跳数限制和每个父节点子节点数量限制等全局约束条件。

从该可行集出发，根据全网目标选择路由，然后对总中继数进行最小化优化。 在一项包含 75 个路由器、4 公里 × 4 公里的仿真中，采用真实的 Wi-SUN PHY/MAC 及传播设置，所选路径提高了端到端成功率和降低了延迟，在低负载条件下实现了约 90% 的端到端数据包交付率 (PDR)。 通过在安装前进行全局优化，我们的方法生成了层级较浅的 DODAG，既减少了跳数，又平衡了中继负载，从而显著提高了通信可靠性。

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2025

无线智能公用事业网络现场区域网（Wi-SUN FAN）是Wi-SUN的一个子规范，Wi-SUN是一种面向物联网（IoT）设备的无线通信标准，专为需要大规模、户外、基于网状网络的通信网络的应用而设计，例如智能电表系统。 Wi-SUN FAN采用“适用于低功耗和丢包网络的IPv6路由协议”（RPL）作为其网络层路由协议。RPL主要设计用于固定节点之间的通信，这给在移动通信环境中构建最优通信路径带来了挑战。

为解决这一问题，此前已开展相关研究，旨在改进基于Wi-SUN FAN实现移动通信的路由方法。然而，先前的研究存在以下缺点：当节点移动时，需要调整与路由构建相关的时限参数，且无法适应超过一定速度的情况。 本文提出了一种路由方法，通过优化控制帧的生成并消除路由更新的时间限制，从而解决了这一问题，该方法适用于基于Wi-SUN FAN的移动通信系统，且不受速度影响。

我们通过计算机仿真，对路由控制方法中的传统方法（即 RPL）、前人研究中的改进方法以及本文提出的方法进行了比较和评估。 结果表明，所提方法能够优化控制帧，即使在高速移动的情况下也能构建可靠的通信路径；当移动节点以19 m/s的速度移动时，其传输成功率与传统方法相比提高了约2.9倍。

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无线智能公用事业网络（Wi-SUN）是一项旨在实现低功耗和广域通信的物联网（IoT）无线通信标准。Wi-SUN 已被部署于大规模商业应用中，主要应用于智能电表领域。 Wi-SUN的物理层目前基于IEEE 802.15.4智能公用事业网络（SUN）标准，目前正在推进国际标准化工作，旨在基于现有的标准化SUN标准延长传输距离，以满足物联网日益增长的需求。

在此方案中，不仅需要在各种物联网用例环境中实现所需的传输特性，还必须能够容忍许多相关频段中存在的同信道干扰。 本文提出了一种基于IEEE 802.15.4 SUN正交频分复用（OFDM）的新型物理层方案，该方案采用单载波OFDM（SC-OFDM），通过扩频和频跳技术实现长距离通信，并在干扰环境中提高通信质量。

我们通过计算机仿真，评估了该系统在多径和同信道干扰条件下的基本传输特性及传输距离。 即使在城市地区，所提出的方案在甚高频（VHF）频段下，在10⁻²的包误码率要求下，仍实现了超过20公里的传输距离，这是传统SUN OFDM传输距离的三倍。

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本文报告了 Wi-SUN FAN 1.0 [1] 网络重构时序特性的结果。作者详细探讨了 Wi-SUN FAN 网络中所有节点上电重置条件下的行为，前提是节点已通过身份验证进入网络并保留了相关安全材料。特别令人感兴趣的是一般的重启时间，以及这种时间如何随网络规模而变化。

我们提供以下方面的详细信息

  • 节点数分别为 100、256、530 和 1024 的稀疏等向分布网络的网络重构所需时间，以及
  • 重构率的详细信息，以及网络在特定时间内重构的相关概率密度和概率。

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无线智能公用事业网络局域网（Wireless Smart Utility Network Field Area Network，Wi-SUN FAN）是 Wi-SUN 的一项技术规范，它为先进的智能城市基础设施引入了多跳机器对机器传输。Wi-SUN FAN 采用互联网协议第六版（IPv6）低功耗和有损网络路由协议（RPL）作为路由协议，预期传输数（ETX）作为路由度量标准，构建多跳网络。ETX 用于将通信次数转换为链路指标，以衡量节点之间的通信质量。该指标衡量通过相邻节点到根节点的相对距离，以确定父节点。

然而，这种确定链路指标的方法可能会导致节点频繁更换父节点。如果节点选择了链路质量较差的父节点，通信可靠性就会下降；因此，每个节点都必须恰当地选择候选父节点。本文介绍了 Wi-SUN FAN 的传输特性，并强调了传统链路指标存在的问题。在此基础上，提出了一种计算链路指标的新方法。在数据包生成率不受切换父节点的控制帧生成率影响的情况下，所进行的计算机模拟验证了所提指标的优越性。

此外，基于所提出的方法，使用 Wi-SUN FAN 通信模块在办公楼中对媒体访问控制（MAC）帧的传输成功率进行了实验测量。评估结果证实，所提出的链路指标将最小 MAC 帧传输成功率提高了 24.2%，平均成功率提高了 10.4%。

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2024

Wi-SUN FAN （无线智能普适网络现场区域网）标准因其具备多跳和网状拓扑、相对较高的数据速率、频段跳变以及不同厂商间的互操作性等优势，在智能电表、智慧城市和物联网（IoT）设备等各类应用中引起了广泛关注。 然而，研究表明，Wi-SUN FAN 网络中节点连接的过程（包括发现、加入和形成网络）速度较慢，特别是在多跳环境中，这促使研究人员开展研究和实验以分析这一过程。 在现有文献中，为测量网络形成时间，部分研究者曾进行多达100台设备的实验，这种方法成本高昂且耗时。另一些研究者则使用了难以复现的仿真工具，原因在于其方法论信息匮乏，或是因工具属于专有技术。 尽管进行了这些努力，但由于文献中报道的实验测试成本高昂且耗时，目前仍缺乏充分评估 Wi-SUN FAN 网络形成时间的信息。因此，人们探索了计算机仿真等替代方案，以加快不同场景下的性能分析。 基于此，本文聚焦于利用Contiki-NG开源操作系统和Cooja仿真器实现Wi-SUN FAN网络的形成过程，其中新增的功能使得高效分析网络性能成为可能，从而促进了实施新方法以缩短网络训练时间。 该仿真工具已集成到Contiki-NG中，并被用于估算各种室内环境下的网络形成时间。实验结果与数值结果的一致性表明，我们的方案对于研究此类网络的形成过程是有效的。

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本文报告了组成 Wi-SUN FAN 1.0 [1] 网络的特定节点部署的组播延迟和往返时间测量结果。作者详细探讨了之前一篇论文[2]的作者 Hee-Jun Lee 和 Sang-Hwa Chung 所使用的 Wi-SUN FAN 网络的行为，以便就该论文中引用的延迟和延时提供更多细节。

我们提供以下方面的详细信息

  • 构成李和钟往返和延迟测量的组件请求和响应的时间，以及
  • 在 Lee and Chung 测试网络上使用的 Wi-SUN FAN 协议的 MPL [3] 重传参数变化的其他定时和数据包传送率结果。

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近年来，人们对物联网（IoT）进行了广泛的研究。无线智能泛在网络（Wi-SUN）作为物联网的无线通信标准受到了广泛关注。Wi-SUN 场域网（Wi-SUN FAN）是 Wi-SUN 的一种技术规范，可在室内和室外物联网通信基础设施中实现多跳路由。虽然 Wi-SUN FAN 1.0 版（Wi-SUN FAN 1.0）已被 IEEE 2857-2021 标准化，但目前还没有利用计算机模拟和涉及实际设备的实验评估环境，对 Wi-SUN FAN 1.0 在传输成功率和延迟时间方面的传输性能进行研究或评述。本研究回顾了 Wi-SUN FAN 的规格，并使用计算机模拟作为参考数据测量了基本传输性能，如平均传输成功率和平均延迟时间。为验证计算机模拟评估的特性，开发了一个涉及实际设备的实验评估环境。计算机模拟和实验评估环境确定的特性非常吻合。利用经过验证的模拟器，我们评估了无线物联网环境中的传输性能，在边长为 4,000 米的平坦正方形场地中随机布置了一个边界路由器和 100 个路由器。平均传输成功率约为 1，即 1.00 ×10-1 s-1或更低。因此，Wi-SUN FAN 1.0 即使在传输频繁的物联网数据（每十秒一次）时，也能以较高的传输成功率进行通信。

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IEEE 802.15.4 智能公用事业网络（SUN）频移键控（FSK）作为物联网（IoT）系统所需的基本应用而设计的无线通信标准引起了广泛关注。然而，要支持下一代物联网系统中的各种应用，如车对物、自动驾驶和无人机控制系统，就需要在高度移动的环境中实现更远的传输距离。虽然有关广域高移动通信的研究已通过计算机模拟进行，但用于进一步研究的实验评估平台尚未开发出来。在本研究中，我们开发了一个用于超高频段 SUN FSK 的实验评估平台。开发的平台包括一个基于信号发生器的发射器和一个基于软件定义无线电的接收器。实验证明，该平台能够通过功率放大器发射功率≥5 W 的信号，适用于实验室和现场实验。此外，我们还开发了接收信号处理方法，包括数据包检测方法和信道估计方法，旨在实现广域高移动通信。在实验室实验中，即使在传输距离为>10 千米、车速为几十千米/小时的情况下，也能达到 IEEE 802.15.4 所要求的数据包错误率特性。

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2023

与目前可用的物联网系统相比，下一代物联网（IoT）系统需要更快的数据传输、支持移动物体和长距离传输。IEEE 802.15.4 智能公用事业网络（SUN）正交频分复用（OFDM）可满足这些要求。面向移动通信的接收器系统通常用于城市环境中的 SUN OFDM。然而，评估依赖于计算机模拟，需要一个基于软件定义无线电（SDR）的实验评估平台，该平台可修改发射机-接收机功能。我们提出了一种可实现高速移动通信的 SUN OFDM 平台。所提议的平台包括一个基于信号发生器的发射器和一个基于 SDR 的接收器；接收器的基带信号处理由 MATLAB 完成。我们还提出了信号处理功能，即使在几十公里/小时的速度下也能接收 SUN OFDM 数据包。我们将简化的通用时域窗口（UTW）-OFDM 方案应用于该平台，即使在频谱掩码较为有限的 1 GHz 以下频率也能运行。在实验评估中，SUN OFDM 在 80 km/h 的多径衰落环境中达到了所需的数据包错误率，带外发射的峰值功率被抑制了 43 dB 以上，性能与未应用简化 UTW 时的性能相当。

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近年来，无线智能公用事业局域网（Wireless Smart Utility Network for Field Area Network，Wi-SUN FAN）作为一种国际标准被广泛应用于智能计量系统和无线传感器网络等物联网系统的无线通信系统。该标准使用互联网协议第六版（IPv6）低功耗和有损网络路由协议（RPL）作为路由协议，动态构建通信路由。然而，根据终端布置条件，在某些情况下，传输特性会因流量集中在特定终端而变差。本文首先介绍了 Wi-SUN FAN 的传输特性。然后，评估了数据包缓冲区溢出对传输特性的影响。然后，我们提出了一种控制方法，通过根据数据包缓冲区的数量选择通信路由来避免流量集中。最后，我们通过计算机仿真评估了所提方法的传输特性，结果表明该方法在小规模密集部署中保持了较高的传输特性，几乎没有因缓冲区溢出而造成的丢弃。

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与智能计量系统中的现有商业系统相比，基于 IEEE 802.15.4 智能公用事业网络 (SUN) 的下一代物联网系统需要 (1) 更高的数据传输速率、(2) 移动性支持和 (3) 同时连接多个终端。对于 (1)，考虑使用 IEEE 802.15.4-2020 SUN 正交频分复用（OFDM）。针对 (2)，提出了移动环境中 SUN OFDM 的接收方案。针对 (3)，有必要确保尽可能大的通信区域。然而，在以 920 MHz 为代表的超高频（UHF）频段，假设在典型的城市环境中进行固定通信，发射功率约为 20 mW 的 SUN OFDM 的最大传输距离为几公里。要延长传输距离，就必须使用低于 UHF 频段的频率或提高发射功率。为了解决这个问题，本文提出在甚高频（VHF）频段使用 SUN OFDM，其优点是波长比 UHF 频段长，传输距离更远。然而，由于多次反射，会接收到许多延迟信号。特别是在农村地区，延迟波的最大延迟时间可长达 20 µs。因此，即使在延迟波较长的环境中，也有必要接收到高质量的信号，并且在终端移动时也能满足所需的误包率（PER）。本文首先提出了 VHF 波段传播环境下 SUN OFDM 传播信道的估计方法，并通过计算机仿真评估了固定和移动环境下的 PER 特性。结果表明，即使在移动速度为 80 km/h 的农村地区，VHF 波段的传输距离也能达到 10 km 以上。

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以使用 UHF 频段（即 Sub-1GHz）的智能计量系统为代表的无线物联网（IoT）系统已得到研究。其中许多系统采用了 IEEE 802.15.4-SUN 和标准化频移键控 (FSK)。虽然 IEEE 802.15.4-SUN-FSK 是一种适用于传输数字数据、静态图像数据等的传输方案，但在 50 kbps 至数百 kbps 的范围内，最大传输距离为 2 km，而数百 kbps 则需要更远的传输距离。本文提出了一种改进的 IEEE 802.15.4-SUN-FSK 方案，以实现广域传输。具体而言，我们提出的 IEEE 802.15.4-SUN-FSK 方案有四项改进：(1) 使用 VHF 频段；(2) 扩展卷积码；(3) 采用简单方法计算 Viterbi 解码的软决策；(4) 采用 MRC 分集方法，无需对接收信号进行解码。通过计算机模拟对传输特性进行了评估。模拟结果表明，尽管存在超过 20 μs 的长延迟波，即使在车速为 80 公里/小时的情况下，也能达到所要求的误包率，并能在大都市环境中实现超过 12.0 公里的传输距离，在农村环境中实现 66.0 公里的传输距离。

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目前，IEEE 802.15.4 标准化的正交频分复用（OFDM）作为一种传输方案备受关注，它可实现更高的数据传输速率、长距离传输和移动通信，以扩展物联网（IoT）应用以及传统物联网应用（如智能计量系统和家庭区域网络）。其中，使用基于 IEEE 802.15.4 的 OFDM 的接收方案已被积极研究，以实现移动通信。本研究针对高速移动物联网通信系统提出了一种基于 IEEE 802.15.4 OFDM 的接收方案。在时间轴方向上，所提出的方案与之前的方案以相同的方式获取信道估计值。然而，在频轴方向，拟议方案根据多径衰落信道的相干带宽，通过复制相邻子载波的估计值来获取信道估计值，从而频繁更新信道估计值。计算机仿真结果表明，包括延迟扩展估计在内的拟议方案可在城市环境中以 200 公里/小时的移动速度实现数据速率为 100 Kb/s 的移动通信。

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近年来，人们对物联网（IoT）进行了广泛的研究。无线智能泛在网络（Wi-SUN）作为物联网的无线通信标准受到了广泛关注。Wi-SUN 场域网（Wi-SUN FAN）是 Wi-SUN 的一种技术规范，可在室内和室外物联网通信基础设施中实现多跳路由。虽然 Wi-SUN FAN 1.0 版（Wi-SUN FAN 1.0）已被 IEEE 2857-2021 标准化，但目前还没有利用计算机模拟和涉及实际设备的实验评估环境，对 Wi-SUN FAN 1.0 在传输成功率和延迟时间方面的传输性能进行研究或评述。本研究回顾了 Wi-SUN FAN 的规格，并使用计算机模拟作为参考数据测量了基本传输性能，如平均传输成功率和平均延迟时间。为验证计算机模拟评估的特性，开发了一个涉及实际设备的实验评估环境。计算机模拟和实验评估环境确定的特性非常吻合。利用经过验证的模拟器，我们评估了无线物联网环境中的传输性能，在边长为 4000 米的平坦正方形场地中随机布置了一个边界路由器和 100 个路由器。平均传输成功率约为 1，即 1.00 × 10-1s-1或更低。因此，Wi-SUN FAN 1.0 即使在传输频繁的物联网数据（每十秒一次）时，也能以较高的传输成功率进行通信。

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2022

最近，人们对物联网（IoT）的需求日益增长，它通过无线通信将所有类型的设备连接到互联网。面向室外基础设施的物联网无线通信标准-无线智能泛在网络场域网（Wi-SUN FAN）备受关注。Wi-SUN FAN 采用了互联网协议版本 6、低功耗和有损网络路由协议（RPL）作为路由协议。在 RPL 中，每个节点根据网络状态自主选择父节点，并通过多跳通信将数据发送到根节点（边界路由器）。为了在不降低连接性的情况下降低功耗，节点有必要根据通信环境自适应地控制传输功率。本文提出了一种使用 Wi-SUN FAN 标准帧的自适应传输功率控制方法，可应用于上行链路。对传输成功率和每个接收比特所需的能量进行了评估，结果表明功率控制能有效降低功耗。

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近年来，随着电网需求的不断增长，多种不同的智能电表（SM）应运而生，以应对各种挑战。然而，由于协议、数据模型和接口的多样性，智能电表供应商之间的互操作性面临挑战。因此，无线智能泛在网络（Wi-SUN）是解决这一问题的直接方案。在这项工作中，我们提出了一个简单、低成本、开源的平台，用于评估与 Wi-SUN 场域网（FAN）设备的互操作性。该平台允许在不同条件下对设备进行测试，以检查它们是否符合 Wi-SUN 标准。

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能源公用事业公司越来越需要一种通信媒介，这种媒介不仅要确保良好的性能，还要保证不同厂商设备之间的互操作性。 作为一项最初为能源公用事业公司开发的开放协议，Wi-SUN FAN 在满足这一需求方面具有巨大潜力。 本技术报告描述了针对Wi-SUN设备（该设备是在ANEEL研发项目PD-00047-0080/2017框架下开发的）所进行的现场测试结果，测试采用了两种不同的通信网络；测试结果表明，对于涉及分组接收控制的应用，网络可用性约为99%。

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在本研究中，我们开发了一种 USB 型无线电板，该无线电板配备了一个能够执行数百个单元多跳的无线智能泛在网络（Wi-SUN）场域网（FAN）无线模块，以及一个集成评估板，用于在实验室中评估 Wi-SUN FAN 与数百个无线设备的传输性能。USB 型无线电板通过从外部控制安装在板上的 Wi-SUN FAN 无线模块的运行，实现了低功耗。因此，本研究测量了电流消耗特性。此外，通过使用 100 块 USB 型无线电板和集成评估板配置具有树形和星形拓扑结构的大型无线评估系统，对网络配置时间和数据包传输成功率等传输性能进行了基本评估。当所有终端以 150 秒的间隔向 Wi-SUN FAN 的边界路由器发送数据率为 100 kbps、数据包长度为 200 字节的 UDP 数据时，传输成功率在 12 小时内连续达到 95% 或更高。

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在本研究中，为了评估由众多无线电设备组成的大规模物联网应用，我们开发了一种无线仿真器，该仿真器不需要实际的无线电设备，就可以评估网络空间中的各种无线电通信系统，还可以在与实际操作类似的操作中验证传输性能。由于无线仿真器可以通过将实际无线电设备上实现物理层以外协议的软件移植到仿真器上，从而分别独立地操作各个无线电节点，因此在完成仿真后，这些软件可以原封不动地在实际无线电设备上实施。此外，在仿真器中，网络的拓扑结构可以在网络空间中自由改变。此外，由于物理层的仿真是在仿真器中独立分析的，因此可以对各种应用进行评估，而无需考虑移动通信和固定通信。本研究以 Wi-SUN FAN 系统作为无线通信系统的评估实例，利用该仿真器，在网络空间中形成了 Wi-SUN FAN 节点的星形和树形拓扑结构，并评估了平均数据包传输成功率和平均延迟时间等传输特性。这些特性与没有实际操作的计算机模拟结果进行了比较，结果一致。

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鉴于智能电网、智慧城市和物联网正处于蓬勃发展的阶段，我们探讨了不同网络技术之间整合的若干可能性，以拓展智能终端设备的使用场景。 本文提出了一系列针对LoRaWAN网关及其网络服务器通信的改进方案，使这些技术能够部署在低速率无线网络通信信道上，例如Wi-SUN智能电网网络。所提出的改进方案已在Lactec实验室搭建的网络原型上进行了验证。 研究结果不仅证实了这种集成的可行性，还表明通过协议修改，经由Wi-SUN网络发送的控制消息数量最多可减少99%。

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除了传感器和仪表之外，物联网（IoT）也越来越多地实现了各种设备之间的通信。物联网具备通信功能，需要通过互联网实现互联，以收集和使用各种数据。无线智能泛在网络（Wi-SUN）符合国际标准 IEEE 802.15.4，因此被视为物联网的无线通信标准。Wi-SUN 使用 IEEE 802.15.4 标准化的频移键控（FSK），典型数据传输速率为 100 kbps。但是，当 Wi-SUN 用于其他物联网应用以实现智能城市和智能工厂时，需要更高的数据传输速率和更远的通信距离。IEEE 802.15.4 标准化的正交频分复用（OFDM）已被用作一种传输方法来满足相关要求。在本研究中，首先利用开发的评估板通过计算机模拟和实验室实验评估了 IEEE 802.15.4 OFDM 的基本传输特性。接着，使用开发的评估板对 IEEE 802.15.4 OFDM 的室外传输性能进行了评估。实验结果表明，IEEE 802.15.4 OFDM 可以用较小的发射功率实现与 FSK 相同的传输距离，从而使误包率 (PER) 小于 10%。

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Wi-SUN FAN（无线智能普适网络场域网）标准目前正因满足各类智能设备之间大规模互联的需求，而受到各应用领域的广泛关注。 然而，该标准的网络形成过程较慢，这对高密度网络构成了挑战。本研究通过对由八个设备（七跳）组成的多跳网络进行实验，分析了网络形成时间，重点关注标准的加入状态1和3，这两种状态使用由Trickle定时器算法控制的不同网络发现数据包。 本文考察并讨论了这两个状态下的多种配置设置，从而揭示了该标准固有的网络形成过程特征。

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使用 IEEE 802.15.4-SUN 标准所规范的频移键控（FSK）方案的无线电通信系统可实现低功耗和高可靠性通信，主要用于作为物联网（IoT）一部分的智能计量。然而，最近智能计量的应用范围有所扩大，现在需要宽带和长距离通信。为了满足这些要求，正交频分复用（OFDM）已被纳入 IEEE 802.15.4-SUN 和 802.15.4x 标准。然而，目前尚未对 OFDM 在静态和多径衰落环境下的传输性能进行全面分析。在本文中，我们首先使用计算机模拟评估了假定固定通信的 OFDM 的数据包错误率 (PER)。然后，我们对 OFDM 的传输距离进行了评估，结果表明 OFDM 的通信传输距离比 IEEE 802.15.4-SUN FSK 规定的传输距离长 3.0 倍。接下来，我们利用计算机模拟评估了移动通信环境中的 PER。当仅使用长训练场（LTF）来估计多径无线电信道时，即使在移动通信环境中以几公里/小时的速度进行通信，也无法达到所要求的 10%的 PER。为了解决这个问题，我们提出了一种接收方案，其中包括一种新的信道估计方案。该方案不仅连续利用 LTF，还利用插入发射机的先导信号来估计无线电传播特性。计算机模拟结果表明，即使在时速 30-40 公里的移动通信环境中，使用所提出的方案也能达到所需的 PER。

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智慧城市和物联网（IoT）已成为不可逆转的趋势；几年前还在贸易展和会议上展示的概念，如今已迅速发展成为现实。这些解决方案有什么共同点？它们都需要连接性，才能使系统获取数据、进行必要的处理，并为用户生成信息。 若没有连接设备、系统和用户的网络，智慧城市和物联网便无从谈起。本文介绍了ANEEL计划下名为“伊皮兰加智能电网网络上的智慧城市应用”的研究与开发项目的成果。

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无线智能泛在网络局域网（Wi-SUN FAN）是室外大规模多跳网络中的物联网（IoT）无线通信标准。目前，Wi-SUN FAN 的物理层采用了 IEEE 802.15.4 标准的频移键控（FSK）。要实现下一代物联网系统的预期要求，提高物理层的数据传输速率至关重要。本文将 IEEE 802.15.4 标准化的正交频分复用（OFDM）引入 Wi-SUN FAN，在不增加系统带宽的情况下提高数据传输速率。我们通过计算机仿真评估了物理层从 FSK 到 OFDM 过渡期间信号间干扰下的数据包错误率（PER）特性。结果表明，与 FSK 之间的干扰相比，OFDM 混合造成的新干扰降低了 PER 特性。然而，不同信道之间的干扰是有限的，因为要达到 PER=10% 所需的载波与干扰功率比低于 -10dB。此外，我们还评估了 Wi-SUN FAN 在媒体访问控制层的传输特性，并验证了在进行跳频时，OFDM 的引入能有效地将最大系统吞吐量提高 1.9 倍。

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2021

本文提出了一种考虑负载平衡的新型路由方法，以改善基于 IEEE 802.15.4 的大规模 Wi-SUN 现场区域网络（Wi-SUN FAN）的传输特性。Wi-SUN FAN 是一种无线通信标准，可实现室外众多物联网（IoT）设备的互联。Wi-SUN FAN 通过媒体访问控制（MAC）层的跳频来防止数据包碰撞。此外，Wi-SUN FAN 在网络层使用面向低功耗和有损网络的互联网协议版本 6 路由协议（RPL）自主构建多跳网络。在 RPL 协议中，每个节点根据通信质量确定其父节点。因此，许多节点可能会选择具有良好无线电可达性的同一父节点，从而导致许多数据包被发送到父节点。特定节点的重负载使得跳频无法有效发挥作用，传输特性也会变差。建议的路由方法采用负载均衡算法，消除了负载集中现象，并将特定节点的平均传输成功率提高了约 9.4%。

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频移键控（FSK）具有实现简单、功耗低等优点，因此被广泛应用于物联网（IoT）无线通信系统中，如 Wi-SUN 现场区域网络（Wi-SUN FAN）。为了扩大物联网容量或丰富物联网应用场景，人们对更高的数据传输速率寄予厚望。本文为基于 IEEE 802.15.4 的 2-FSK 传输方案提出了一种新的数据传输速率增强设计，该方案符合日本 ARIB STD-T108 法规规定的无线电要求。本文利用开发的集成电路（IC）进行了基础评估和现场实验，以评估具有增强数据速率参数的 FSK 的传输性能。结果表明，与传统的 100 kbps 数据传输速率相比，使用集成电路所需的输入功率增加 7.0 dB，即可实现 600 kbps 的数据传输速率，而且在城市环境中的视距（LoS）路由上，250 m 的数据包错误率（PER）小于 10%。此外，还测量了拟议 FSK 方案的频率干扰水平，以评估其在实际无线电条件下的性能。研究结果为基于 FSK 的通信系统的信道管理提供了参考。

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无线电干扰或干扰会导致基于无线智能公用事业网络（Wi-SUN）的高级计量基础设施（AMI）出现孤立区域，而传统的恢复技术无法应对这种情况。在本文中，我们在一些智能电表上部署了窄带物联网（NB-IoT）接口，作为应急网关，称为 ResiLite。本文提出了一种增强网络弹性的最佳 ResiLite 放置算法。我们根据路径多样性和集群紧密度定义了一个隐式弹性指标。定义的指标被用于形成一个整数线性规划（ILP）问题，然后我们求解 ILP，以获得最优的 ResiLite 布局。仿真结果表明，与没有 ResiLite 的 AMI 相比，最佳 ResiLite 布局可将 Wi-SUN AMI 网络弹性（定义为在干扰条件下数据包传输率 (PDR) 超过 99% 的存活节点数）提高 167%，与均匀随机 ResiLite 布局相比，可提高 29%。

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本文在世界上首次对 Wi-SUN 日本公用事业遥测协会（JUTA）配置文件兼容的羽毛状接收器启动传输（JUTA F-RIT）协议进行了实验评估。首先，通过理论分析和计算机模拟评估了干扰环境下的传输成功率。分析是根据以载波感知为重点的干扰模型得出的。在 JUTA F-RIT 协议的传输成功率方面，分析和模拟结果一致。其次，我们开发了承载 JUTA F-RIT 协议的加密狗型原型。在同信道干扰环境下的测量结果表明，当终端数量为 20 个时，下层 MAC 层的传输成功率约为 94%。当建立通信链路的等待时间可延长至超过 10 秒时，JUTA F-RIT 协议无需重新建立通信链路和重新传输数据帧，即可实现 90% 以上的传输成功率。此外，还从帧传输性能和超时事件两个角度检验了实验结果，并讨论了 JUTA F-RIT 协议的特点。

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智能电网（SG）已在多个国家成功部署。 在巴西，负责大规模部署智能电网的主要机构是受联邦或州政府特许经营的电力公司。本文提出了一个将智能电网通信基础设施与智慧城市应用共享的框架。这种共享将加速新应用的开发和实施，特别是在欠发达国家或通信资源匮乏的地区。 我们针对现有的智能电网呈现了初步的性能结果。结果表明，仅运行能源计量应用时，网络的占空比低于2%。我们的工作将评估智能城市应用共享智能电网对整体性能的影响。

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本文旨在利用物理层指纹识别 Wi-SUN 设备。我们首先根据接收到的 Wi-SUN 信号提取物理层特征，特别是设备特有的时钟偏移和 FSK 调制中的频率偏差。然后，利用这些物理层指纹来训练基于机器学习的分类器，最后由分类器识别出授权的 Wi-SUN 设备。在 Wi-SUN 认证芯片上进行的初步实验表明，采用所建议的物理层指纹的验证器能以 100% 的准确率识别 Wi-SUN 设备。由于设备端不涉及额外的认证计算复杂度，我们的方法可应用于任何有安全要求的基于 Wi-SUN 的物联网设备。

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本文旨在利用物理层指纹识别 Wi-SUN 设备。我们首先根据接收到的 Wi-SUN 信号提取物理层特征，特别是设备特有的时钟偏移和 FSK 调制中的频率偏差。然后，利用这些物理层指纹来训练基于机器学习的分类器，最后由分类器识别出授权的 Wi-SUN 设备。在 Wi-SUN 认证芯片上进行的初步实验表明，采用所建议的物理层指纹的验证器能以 100% 的准确率识别 Wi-SUN 设备。由于设备端不涉及额外的认证计算复杂度，我们的方法可应用于任何有安全要求的基于 Wi-SUN 的物联网设备。

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在本研究中，利用无线智能无处不在网络现场区域网络（Wi-SUN FAN）配置文件，对不同供应商设备之间的互操作性进行了实验测试。该配置文件隶属于Wi-SUN联盟，支持低功耗和有损网络（LLNs）。 互操作性实验在该配置文件的两种不同工作模式下进行。此外，利用分配给巴西的915 MHz-b频段，分别启用了安全功能和禁用了安全功能，并测试了信道跳频功能。通过不同设备之间的通信验证了互操作性，并采用响应时间和成功率作为通信分析的指标。

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2020

本文为家庭区域网络（HAN）系统提出了一种异构无线管理方案。该 HAN 系统集成了多种无线系统（如工作在 2.4 GHz 频段的 Wi-Fi 和工作在 sub-GHz 频段的 Wi-SUN 场域网 (Wi-SUN FAN)），用于家庭医疗保健管理系统。该系统以医疗保健和主动健康管理为假设，通过物联网网关（IoT-GW）向协调器收集生命数据、环境数据和用户活动数据等各种数据。关于 loT-GW 之间的传输方案，我们比较了两种方案：传统的 FAN 方案和建议的快速路径方案。在 FAN 方案中，所有测量数据都是通过 Wi-SUN FAN 多跳传输收集的。另一方面，拟议的快速路径方案同时使用 Wi-Fi 和 Wi-SUN FAN，并将部分数据从 Wi-SUN FAN 卸载到 Wi-Fi。我们通过计算机模拟对这两种方案进行了评估。在只向协调器收集生命和环境数据的情况下，与传统 FAN 方案的 92% 相比，拟议快速路径方案的端到端 (E2E) 传输成功率高达 98%。

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基于无线智能公用事业网络（Wi-SUN）的高级计量基础设施（AMI）采用载波感知多路访问（CSMA），因此当节点数量增加时，如果没有适当的数据采集调度设计，网络性能会很差。在本文中，我们介绍了一种类似于 TDMA 的干扰感知最优数据收集调度，其中通过考虑干扰约束形成了一个链路时隙分配问题，以实现更好的空间时隙重用。此外，还引入了实现多跳传输连续流的约束，以避免对原始 CSMA 协议的修改，因此所提出的调度符合标准。我们的研究结果表明，与传统的 Wi-SUN AMI、传统的 TDMA 调度和基于 2-rank 距离干扰模型的启发式调度相比，所提出的调度方法可将具有 100（200）个智能电表的 Wi-SUN AMI 网络的总数据采集时间分别缩短 59%（48%）、33%（32%）和 19%（13%）。

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无线智能泛在网络局域网（Wi-SUN FAN）作为物联网（IoT）应用（如智能计量和监控）的无线通信标准，一直备受关注。传统上，Wi-SUN FAN 传输的信息是数值和/或字符串，如计量信息。人们一直认为 Wi-SUN FAN 无法传输视频图像，因为数据传输速率最多只有几百 kbps。然而，由于近年来视频压缩和传输技术的改进，视频图像的传输速率可以达到数百 kbps。本研究利用低速率视频压缩和传输技术评估了通过 Wi-SUN FAN 传输视频的可行性。首先，通过计算机模拟评估了当前 Wi-SUN FAN 多跳视频传输的几种网络拓扑结构。因此，推荐了 Wi-SUN FAN 中适当的节点和多跳数量。随后，利用推荐值配置实验系统，并通过实验评估 Wi-SUN FAN 的视频传输性能。

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无线智能泛在网络（Wi-SUN）局域网（FAN）作为大规模物联网（IoT）系统的无线通信标准备受关注。目前，Wi-SUN FAN 的物理层采用了 IEEE 802.15.4 中定义的频移键控（FSK）。为了提高下一代物联网系统的网络性能，有人提出了一种 FSK 数据速率增强方案。然而，目前还没有评估采用数据速率增强型 FSK 对 Wi-SUN FAN 传输特性的数据速率改进效果。此外，引入数据速率增强型 FSK 会导致带宽增加。为了在有限的频段内实现多系统共存，即使 Wi-SUN FAN 采用数据速率增强型 FSK，也必须实现较高的频谱效率。本文通过计算机仿真评估了 Wi-SUN FAN 采用 600 kbps 高速 FSK 的传输特性。仿真结果表明，与现有系统相比，系统吞吐量提高了 2.5 倍，带宽也增加了 2.5 倍。此外，我们还提出了基于新型信道安排方案的高密度跳频，以提高频谱效率，并在采用数据速率增强型 FSK 的同时与现有系统设计兼容。评估结果表明，与传统的信道安排方案相比，建议方案的系统吞吐量是现有系统的 2.4 倍，而使用的带宽却不到一半。

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无线智能公用事业网络局域网（Wi-SUN FAN）可配置超大规模的多跳网络，已被标准化，以促进机器对机器（M2M）通信的互操作性开放标准。在媒体访问控制（MAC）层，Wi-SUN FAN 采用带碰撞避免（CSMA/CA）的载波感知多路访问和信道跳频（CH）来避免设备间的干扰。信道调度控制着 CH 的工作信道，它对单播和广播传输性能都起着主导作用。本文研究了信道调度对网络性能的影响，以提高单播传输吞吐量。通过计算机仿真，评估了 Wi-SUN FAN 系统在四种多串联拓扑结构中不同信道调度方案下的传输吞吐量。仿真结果表明，采用 CH 并将广播间隔（BI）系数设置为取决于网络拓扑结构的最佳值，可以获得更高的单播吞吐量，并且广播控制帧的传输间隔可以保持在 131 秒。在由 33 个设备组成的多串联拓扑结构中，采用 CH 并将 BI 系数设置为 30，单播吞吐量与 Wi-SUN FAN 标准中推荐的默认参数配置相比最多提高了 12.2%。

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2020 年之前

无线智能公用事业网络（Wi-SUN）已经标准化，可在低功耗和低损耗网络（LLN）中提供机器对机器（M2M）通信。Wi-SUN 场域网（FAN）是在先进的智能城市基础设施上维持无线多跳通信的规范。Wi-SUN FAN 采用了互联网协议版本 6（IPv6）路由协议（RPL），该协议已在固定终端中成功优化。为了建立嵌入式智慧城市，移动节点也需要实施 RPL。然而，当终端移动时，RPL 无法选择合适的路由节点，导致数据包丢失严重。为了提高传输性能，首先开发了基于期望传输数（ETX）算法的 Wi-SUN FAN 系统仿真器，通过多跳传输评估端到端传输成功率，仿真结果表明，导致传输性能低下的关键因素是接收节点在第一跳的不平滑交接。然后，提出了一种基于 ETX 转换的动态路由算法，仿真结果最终确保了平滑切换，从而提高了传输性能。

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近来，千兆赫以下频段（如日本的 920 MHz）被广泛用于无线物联网（IoT），因为它具有无线电波可达性好、干扰少等优点，而且通过使用媒体访问控制（MAC）协议和跳频等干扰规避技术，开发和实现了许多大规模无线多跳网络。物联网无线通信系统有两种类型：作为异步无线系统的 Wi-SUN FAN 和作为同步无线系统的带时隙信道跳频（TSCH）的 MAC 协议。Wi-SUN FAN 和 TSCH 系统已经商业化并安装到多个物联网环境中，预计未来将扩大规模。由于这两个系统都工作在相同的千兆赫以下频段，系统间干扰是系统共存的一个问题。本文研究了两种系统共存的可能性。通过计算机模拟评估了两个系统单独运行时的系统内干扰和系统间干扰，以及两个系统在同一频率信道同时运行时的系统间干扰。

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本文提出并开发了广域无线智能公用事业网络（Wi-SUN）系统，并通过现场实验测量了该系统的传输性能。在广域 Wi-SUN 系统中，高性能基站（BS）可通过丰富 BS 功能，即在下行链路（DL）中扩大传输功率，在上行链路（UL）中使用高增益定向天线，扩大与带传感器和仪表的无线设备的直接通信距离。为验证拟议系统的有效性和可用性，对系统进行了现场实验。实验系统符合日本的规定，即 BS 和设备的传输功率分别为 250 mW 和 20 mW，调制方案为高斯频移键控（GFSK），工作频段为 920 MHz。实验结果表明，在实际城市环境中，拟议系统比传统系统的直接通信距离延长了约 4.33 倍。

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无线智能无处不在网络现场区域网（Wi-SUN FAN）是由 Wi-SUN 联盟（该联盟负责制定现场区域网规范）开发的一种配置文件，旨在支持低功耗和丢包网络（LLNs）。 Wi-SUN FAN 配置文件提供基于 IPv6 的传输服务，并在网络层采用 IPv6 低功耗网络路由协议（RPL）进行网络构建和数据包路由。RPL 支持在 FAN 内进行数据包传输之前完成初始网络构建，并利用多种度量标准来确定连接各节点的路径成本。 在本研究中，RPL 根据 Wi-SUN FAN 定义的参数进行了配置。利用 Cooja 仿真器，针对三种具有不同节点布局的场景进行了仿真。通过分析各场景下的收敛时间、与 RPL 控制消息相关的流量开销、网络延迟以及数据包送达率，对网络性能进行了评估。

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本文概述了 Wi-SUN 通信系统及其物理（PHY）层和媒体访问控制（MAC）规范。首先，Wi-SUN 通信系统分为三类。说明了配置这些系统的关键物理层和媒体访问控制标准（IEEE 802.15.4-SUN 和 .4e），并通过计算机模拟评估了这些系统在物理层和媒体访问控制层的基本传输性能。然后，解释了 Wi-SUN 联盟和包括 IEEE 802.15.4-SUN 和 .4e 的 Wi-SUN 配置文件。最后，为了了解实际 IEEE 802.15.4-SUN Wi-SUN 无线电设备的传输性能，使用符合 IEEE 802.15.4-SUN 标准和 Wi-SUN 联盟认证的无线电模块测量了 AWGN 和多径衰落环境下的 PER 性能。本文是基于 Wi-SUN 的通信系统初学者的指导文件。

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Wi-SUN FAN（无线智能公用事业网络局域网）是 Wi-SUN 的一项技术规范，它为先进的智能城市基础设施引入了多跳 M2M（机器到机器）传输。为了构建多跳网络，Wi-SUN FAN 采用了 RPL（用于低功耗和有损网络的 IPv6 路由协议）和 ETX（预期传输次数）分别作为路由协议和路由度量。RPL 和 ETX 的组合可能会导致节点频繁更换父节点。如果节点选择了链路质量较低的父节点，通信可靠性就会降低。为避免频繁更换父节点的问题，应适当选择每个节点的候选父节点。本文提出了两种为每个节点选择候选父节点的方案（即优化的 RSL（接收信号电平）阈值方案和 MAC（媒体访问控制）地址过滤方案），以稳定 Wi-SUN FAN 系统中的多跳路由构建。所提出的方案在办公楼的实际现场进行了实验评估，使用的是带有 Wi-SUN FAN 模块的 IoT-GW（物联网网关）。通过使用优化的 RSL 门限方案，与未优化的 RSL 门限相比，父级变化的次数最多可减少 96%。此外，与未使用拟议方案的情况相比，使用拟议的 MAC 地址过滤方案可将父级更改次数最多减少 77%。

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