低功率无线技能正在大幅下降传统有线感测体系的本钱，并为传感器网络供给选用导线彻底无法完结的全新或许性。低功率无线传感器网络 (WSN) 规范，特别是选用时刻同步通道跳频 (TSCH) 的网格架构，可使网络中的每个节点依托电池或搜集能量来运转，并不会献身牢靠性或数据吞吐量。这使得运用开发人员可以自由地安放传感器，并不只是约束在可供给电源的当地，而是运用需求传感器数据的任何当地。凌力尔特公司 (其包含了 Dust Networks 产品组) 一向身处依据 TSCH 之高牢靠、低功率 WSN 和能量搜集技能领域立异的最前沿。这些技能紧密相关，旨在为运用开发人员布置那些要求尽量少 (假设有的话) 替换电池的体系供给更多的时机，然后进一步下降了布置无线传感器的生命周期本钱并影响了物联网 (IoT) 的开展。
ON World 最近所做的一项研讨标明：关于工业客户而言，WSN 最至关重要的两个特性是牢靠性和低功率 (图 1)。本钱则排在第三位：假设不能处理牢靠性和功率问题，那么本钱还不是客户需求优先考虑的要素。
图 1：WSN 特性的感知重要度
明显，精确同步的分时隙 (time slotting)、通道跳频与超低功率无线电电路的组合完结了功率最低、牢靠性最高的 WSN。这种关于低功率的重视使得一切的节点均可依托低本钱电池运转多年，并且为运用多种能量源 (包含能量搜集电源) 敞开了或许性。
低功率无线电
IEEE 802.15.4 规范的推出为 WSN 创立了一种杰出的无线电渠道。IEEE 802.15.4 界说了一个 2.4GHz、16 通道扩频低功率物理 (PHY) 层，许多 IoT 技能均依据该物理层而构建，包含 ZigBee 和 WirelessHART。别的，该规范还界说了一个媒体接入操控 (MAC) 层，其一向是 ZigBee 技能的根底。但是，该 MAC 的单通道性质使其牢靠性变得不行预知。为了进步牢靠性，WirelessHART 协议 (也被称为 IEC62591) 界说了一个依据 15.4 MAC 的多通道链路层以完结高牢靠性 (>99.9%)，这是工业 WSN 运用所要求的。2012 年头，802.15.4 MAC 的一种新版本 (称为 802.15.4e) 正式获批，该 MAC 表现了多通道网格和分时隙。契合 802.15.4 规范之无线电设备的典型功率输出大约为 0dBm，发送和接纳电流在 15mA 至 30mA 规模内。在 0dBm 时的同类最佳发送电流为 5.4mA，而同类最佳之接纳电流为 4.5mA (依据凌力尔特的 LTC5800)。
时刻同步可完结节能和通道跳频
原始 802.15.4 MAC 要求网格网络中担任传送来自相邻节点之信息的节点始终保持接通，而那些仅发送 / 接纳其本身数据的节点 (常被称为 “精简功用设备”) 则可在传输操作之间处于睡觉情况。为了使网络中的每个节点均为低功率，有必要组织节点之间的通讯，并且在网络中必需具有一种时刻的同享感。同步越紧密，路由节点无线电设备有必要处于 “导通” 情况的时刻就越短，然后最大极限地下降功耗。业界最佳的 TSCH 体系可以把一个多跳网格网络中的一切节点同步至几十微秒之内。一旦在网络中具有了精确时刻的同享感，以及用于网络中节点之间成对传输的时隙明细表，即可将通道分配归入该明细表，由此启用通道跳频。
通道跳频减轻了搅扰和多径式微
无线通道在本质上便是不牢靠的，并且许多现象会阻挠已传输的数据包抵达接纳器;而当无线电功率下降时此类情况会进一步恶化。当多个发送器经过相同的频率一起传送数据时，将呈现搅扰。假设它们互相听不见，但是接纳器却可以听见一切的发送器，这就特别成问题了 (“隐性终端问题”)。撤退、重传和承认机理是处理抵触所必需的。搅扰或许来自网络内部、或许另一个作业在相同无线电空间中的相似网络、抑或是某种作业于同频段的不同无线电技能 (这在 WiFi、Bluetooth 和 802.15.4 共用的 2.4GHz 频段中是常见的现象)。
第二种不行预知的现象 (被称为 “多径式微”) 会阻挠传输的成功完结，即便在预期视野链路余量足够的情况下也不破例。当传输信号的多个 “副本” 被环境中的物体 (天花板、门、人 … 等等) 反弹，且每个反射副本传达的间隔不一起，将发生这种现象。当发生破坏性的搅扰时，20dB 至 30dB 的式微是习以为常的。多径式微取决于传输频率、设备方位、以及每一个附近的物体;要想预知它简直是不行能的。图 2 示出了 26 地利刻里在介于两个工业传感器之间的单个无线通路上的数据包递送率 (针对体系所运用的 16 个通道中的每一个)。
图 2：在 26 地利刻里于 16 个通道上的数据包递送率
经过施行时刻同步和把网络区分为时隙的时刻组织，可在特定的已知通道上精确地编列传输的时刻表，并且通道的挑选可以跟着每个传输而改动。此外，组织网络传输还处理了 “隐性终端问题”，并简直消除了网络内的抵触。这样一种机理在超越 10,000 个 WirelessHART 网络中进行了现场实地验证，通常可完结继续多年的电池运用寿数和 >99.9% 的牢靠性。
能量搜集考虑
一旦适当地尽量下降了 WSN 的功率要求，那么电源的挑选面就变宽了。环境能量无处不在：光、振荡和热量只不过是几个比方罢了，它们可以大量地免费供给并被转化为足够的电能以运转一个低功率 TSCH WSN。下面的比方说明晰一些可发生超越 150μW 功率的有用型能量搜集技能，这种功率等级彻底足以运转 802.15.4e 网络 (例如：Dust Networks 的 SmartMesh IP™) 中一个典型的 IPv6 路由节点。
照明
规范办公大楼的大多数区域都具有可运转一个低功率 TSCH WSN 的足够室内照明。依据美国联邦业务服务办理总局 (其担任拟定美国公共建筑的辅导原则) 供给的信息，比方作业站和阅览区等亮度较高的区域具有 500 lux 的照度。即便在如大堂、楼梯间以及机械和通讯室等被以为是 “正常照明” 的区域中，照度至少也有 200 lux，而大部分会议室的照度则遍及达到了 300 lux。凭仗 200 lux 至 300 lux 的照度，有许多室内小型光伏电池可用来供给足够的功率以运作 802.15.4e TSCH 网络中的一个 IPv6 路由器。
热能
热电发生器 (TEG) 运用来自火热外表的热耗散来发生电能，比方：来自一般被以为热哄哄的常用设备 (例如：计算机监视器或大电流电机) 的废热。跟着无线处理计划电源功率的日益进步，运用小到 10°C 的常见温差所发生的能量变得可用作一种能量源。供您参阅：体内温度与室温之间的典型差异约为 15°C。
许多能量搜集换能器只发生几百毫伏输出，因而常常需求选用升压型 DC/DC 转化器将之转化至一个可用的电源电压规模。由凌力尔特供给的 LTC3105 等 %&&&&&% 整合了最大功率点操控功用，所以换能器以峰值功率运作。别的，LTC3105 还在电路中增添了电池后备功用。因为这些电路中的电池仅在环境能量源缺乏或缺失时运用，因而可以大幅度地延伸电池寿数。
结语
物联网的完结是经过使其具有有用性并可不受地域约束地易于布置传感器而得以加快开展。关于客户和开发人员之类的集体而言，低功率的牢靠无线传感器网络将转化为无导线和无忧虑的规划。时刻同步的分时隙多通道体系把对客户至关紧要的优点赋予了 WSN：牢靠性及网络的低功率运作。WirelessHART 和 802.15.4e 规范是这种网络计划的绝佳表现。低功率运作可保证电源挑选的极大灵活性，并供给了完结永久供电的或许性。一切这些要素累加起来将使 IoT 愈加简易和有用。
