低功耗

在理想的情況下，無線傳感器不應要求外部饋電，從而實現(xiàn)“即撕即貼型”安裝的概念。SmartMesh IP 采用 7.5ms 的集中管理預定義時隙，以實現(xiàn)節(jié)點之間數(shù)據(jù)包通信的同步。時隙根據(jù)應用的帶寬要求進行分配，但一個 >1% 的占空比是常見的。節(jié)點僅在預定的時間喚醒，因而提供了超低的功耗。路由節(jié)點消耗的平均電流通常 < 50μA，故可依靠兩節(jié) AA 鋰電池運行 5~10 年。

由于路由節(jié)點在接收模式中連續(xù)供電 (因而需要線路功率級別)，所以ZigBee Pro 方案的功耗較高。Snap 和 Digi-Mesh 雖然提供了低功耗路由器，但依賴于 IEEE 802.15.4 標準里的 “信標” 特性，此時是整個網(wǎng)絡進入睡眠狀態(tài)和被喚醒，從而導致嚴重的帶寬限制。

安全性

SmartMesh 網(wǎng)絡中的所有數(shù)據(jù)包都在每一層上進行鑒定，并實施端到端加密。在鏈路層上，采用一個運行時間密鑰和一個基于時間的計數(shù)器在每一跳上對數(shù)據(jù)包進行鑒定。此外，還采用運行時間會話密鑰和一個共享計數(shù)器對數(shù)據(jù)包實施鑒定和端到端加密。這些鑒定層共同提供了針對重放攻擊和中間人攻擊的防護作用。

利用一種基于會話的 128 位 AES 對稱密鑰加密為數(shù)據(jù)包載荷提供了竊聽保護。新的節(jié)點最初采用一個特殊的連接密鑰，然后使用一個隨機數(shù)發(fā)生器將多個密鑰分配至該新節(jié)點。利用多個此類加密密鑰，一個節(jié)點的妥協(xié)折衷就不會危及網(wǎng)絡其他節(jié)點的安全性。SmartMesh 的安全性大大強于 Snap 和 Digi-Mesh 解決方案，后兩者都只為整個網(wǎng)絡采用了單一的加密密鑰。

可靠性

Dust Networks SmartMesh IP™ 協(xié)議采用 16 通道 FHSS (跳頻擴頻) 實現(xiàn)了時隙同步消息傳送與頻率分集的組合，通�？商峁� >99.999% 的數(shù)據(jù)可靠性。每對節(jié)點采用一個 16 通道的偽隨機序列，這里，通道的使用由網(wǎng)絡管理器來分配以避免干擾相鄰的節(jié)點。FHSS 不僅實際上使帶寬增加了 16 倍，而且還最大限度地提高了消息傳遞的機會，即使當大多數(shù)頻段皆被 RF 干擾所阻塞的時候也不例外。相比之下，ZigBee Pro 在任何時間點上都使整個網(wǎng)絡在單一頻道上運作，因而使其容易遭受多徑衰落的不良影響。

結論

Dust Networks SmartMesh IP 產(chǎn)品系列建立在 IEEE 802.15.4 LR-WPAN 標準上，以超低功耗全面實現(xiàn)了自愈、自優(yōu)化時間同步網(wǎng)格網(wǎng)絡。

通過將時間同步時隙與跳頻和強加密組合起來，就能實現(xiàn)一個消息傳遞可靠性 >99.999% 的安全無線網(wǎng)絡，從而令其成為有線傳感器網(wǎng)絡的一種現(xiàn)實的替代方案。

對于下一代軍用設備基礎設施中的無線傳感器網(wǎng)絡而言，SmartMesh IP 產(chǎn)品有可能形成其技術平臺的基礎，并在節(jié)省成本、縮短構建時間和改善運作靈活性方面提供巨大的潛力。