工业物联网 (IoT) 需求具有严厉可靠性和安全性的工业无线传感器网络 (WSN)。1 由于此类网络有必要在无人干涉的状况下可靠地作业 10 年以上，因而工业 WSN 有必要应对跟着时刻的推移而剧烈改变的环境条件。此外，它们还有必要具有可扩展性和灵活性，以便网络可以在适当长的一段时刻里支撑不断增加的事务需求和数据流量。
由凌力尔特供给的 SmartMesh® 无线网格网络产品专门针对工业 IoT 运用进行规划和严厉的测验，可在某些极为严厉的环境中供给 >99.999% 的数据可靠性。在每款新式 SmartMesh 软件产品发布之前，凌力尔特会累计超越 100 万节点-小时和可靠性最小达 “五个 9” (>99.999% 的数据可靠性) 的网络运作，然后才会宣告其具有了出产质量。
本文侧重论述凌力尔特用于经过无线电硬件认证、自动化网络测验办法和体系化网络测验来验证数据可靠性的办法。别的，还对来自一个运用中的出产网络之功用统计数据进行了调查。
无线电硬件认证测验
WSN 的功用与首要的无线电硬件及在该芯片上运转的协议相关联。SmartMesh 无线电芯片 (例如：凌力尔特的 LTC5800) 阅历了严苛的测验以承认其操作参数。这些测验的成果经过多个出产批次进行承认，然后再发布产品手册 (其包含针对硬件的一切相关规范目标)。与凌力尔特专心于工业商场的战略相一致，硬件的规划认证包含运转网络测验，被称为高加快寿数实验 (HALT)，其在使一个通电网络运转的一起让硬件遭受极点条件，包含冷热阶跃应力、烫热阶跃应力、电压裕度调理、快速热跃迁、振荡阶跃应力、热和振荡的组合应力、以及扩展温度测验。3 见图 1。
图 1： 在一个高低温实验箱中作业的 SmartMesh 节点
自动化网络测验办法
为确保服务期间的可靠性，测验有必要全面地包含网络在跨过多年的运作中将会遇到的各种状况。凌力尔特大量地运用了测验自动化以简化数百项网络测验，每项测验验证一组共同的测验条件。为做到这一点，可以很容易地把一个由包含几百个无线节点的节点组构成的网络实验台 (见图 2) 配备成任何数目的测验网络 (可大可小)。一个集中式测验服务器可以快速地起动整个共存网络、运转多项体系测验、并经过运用每个无线节点的运用程序接口 (API) 进行编程以重新起动用于下一组测验的节点。运用自动化使全回归测验变得有用，可确保现有的功用和运转方法在后续的软件版别中得以保存。
图 2：测验自动化 D 经过用一个自动化测验夹具给几百个无线节点配备外表，一项包含几百项测验之测验方案的履行可在几天 (而不是数月) 的时刻里完结。
该实验台具有一种密布的 RF 噪声环境，由于每个被测网络都“沉溺”在一个由一起运作的其他网络所发生之无线流量的“大海”之中。这种网络流量，再加上附近的 Wi-Fi 路由器、蓝牙和蜂窝无线电设备，发生了一个代表着极具挑战性之 RF 环境的升高 RF 噪声层。
体系化网络测验
选用该网络实验台在几百种网络拓扑上验证可靠性。例如，建立了下面的网络 (表 1) 以用基准测验一个典型的 100 节点网络、四跳频网络。每个节点每分钟发生两个数据包，并且网络最少接连运转 500 小时 (在 21 天里)。此环境模拟的是一种典型的商业或轻工业场景，这儿存在着电子设备和金属结构以及络绎在整幢楼宇之中的人流。虽然是有损耗的 RF 环境，可是网络经过包重试以及途径和通道分集在发送超越 4,300 万个数据包的进程中完成了优于 99.999% 的数据可靠性。
经过清点在每个节点的 API 端口注入和在网关节点 API 成功接纳的数据包，网络实验台独登时验证 SmartMesh 网络软件的内置可靠性衡量目标。这些内置统计数据可经过一个坐落网关节点的软件 API 接口供给给用户，并使开发人员和用户可以在初始评价进程中以及网络运用期限内在其自己的运用中鉴定 SmartMesh 的可靠性。
为了取得 >99.999% 的数据可靠性，凌力尔特的工程师们在体系测验期间对每个数据包传输过错进行毛病排解，而不论犯错概率怎么之低。为在此类过错的确呈现之时进行监督和捕获，每个节点的 API 端口、CLI 端口和 SPI 闪存编程端口在网络实验台中是衔接的，然后使得凌力尔特的工程师能在一条音讯经过网格网络传达时督查每个节点并调试初级软件。
表 1：网络实验台成果示例 (关于一个 100 节点网络)
此外，还给网络实验台配备了外表以搜集具体的功用衡量目标，包含节点的均匀电流耗费、数据吞吐量和网络推迟 (一条音讯穿越网格网络所需的时刻)。网络实验台从每个无线节点把传感器数据注入网络，以丈量推迟及对网关节点处理流量的才能进行特性剖析。运用任选的网络配备 (例如一种低推迟形式) 或更多的双向网络流量来重复这些测验。
最终，该网络实验台简化了应力测验，以平稳地验证网络处理问题状况的才能。这些测验在被测网络内部的不同节点上体系地引进搅动，例如：停用节点以验证剩下的相邻节点从未丢掉一个数据包。其他的应力测验则引起广泛的节点毛病，以使网关节点在网络的大部分受损时使流量转向并修正网络的才能经受考验。此类运用测验用于验证工业 WSN 处置这种意外事件的才能，由于它们常被委以监督和操控事务要害型体系的职责。
凌力尔特晶圆制作厂里的一个出产网络
在凌力尔特坐落硅谷的晶圆制作厂里现已布置了 SmartMesh IP™，以监督在晶圆制作的不同蚀刻和清洗阶段中所运用的几百只特种气体钢瓶的压力。曾经，每只钢瓶的压力一天进行三次人工查看，每天的总手作业业时刻为 4 个小时。布置一个 SmartMesh IP 网络以完成丈量的自动化，并把读数直接发送至工厂的操控中心软件。在气体燃料箱中布置了 32 个无线节点，以丈量每个钢瓶的罐体压力和已调压力。每个无线节点衔接至一对钢瓶，用于每 30 秒从每个节点发送的一共 4 个数据包。
晶圆制作厂中的 RF 状况是一种有代表性的工业环境，无线节点被金属和混凝土所围住，并且作业机组和设备在该区域中整天不停地移动。该网络已接连处于作业状况超越 83 天，发送了 2600 多万个数据包，并且完成了高于“七个 9”(99.99999%) 的可靠性。
表 2：网络统计数据 D 布置在凌力尔特晶圆制作厂中的 SmartMesh IP 网络
图 3：凌力尔特晶圆制作厂里的有毒气体柜处于紧密监督之下，以确保正常运转时刻
图 4：密布的金属和混凝土 D 无线节点即便在坐落金属设备和配气管之间时也有必要可靠地运转
定论
用于工业物联网运用的无线传感器网络有必要在很长的运用期限内到达极高的可靠性门槛。为确保网络能满意这些严厉的要求，体系硬件和软件从一开端就有必要专门针对工业功用而规划，并以严苛的规范在组件、接口和网络级上进行测验，并且服务中的网络有必要在压力之下运作，以承认可以满意可接受的寿数可靠性目标。凌力尔特的 SmartMesh 网络在严厉的端到端测验和实践运用中供给了 >99.999% 的数据可靠性。在全世界要求严苛的运用中现已布置了超越 50,000个 SmartMesh 网络，例如：数据中心、工厂、电力公用事业、警戒线安全、室外环境督查、农业运用、采矿和地道、以及工业进程。4
脚注：
1. 面向工业物联网的无线传感器网络。J. Weiss 和 R. Yu。
www.linear.com.cn/docs/47177
2.“Getting Security Right in Industrial Wireless Sensor Networks”，K. Pister 和 J. Simon.
www.linear.com/docs/44216
3. 依据要求，可向凌力尔特的客户供给硬件验证陈述。
4. 经过 www.linear.com.cn/dust_applications 了解有关 SmartMesh 运用的更多信息。
