德国弗劳恩霍夫应用研究促进协会北京代表处
mioty®-用于工业物联网应用的高抗干扰低功耗网络协议
 

mioty是首批基于ETSI标准TS 103357的IIoT应用的无线电通信解决方案之一。

© Fraunhofer IIS/Kurt Fuchs | 彩色和印刷能力图片: www.iis.fraunhofer.de/pr.

 

埃尔朗根/纽伦堡:用于状态监测和智能计量的传感器数据的可靠传输——这是弗劳恩霍夫集成电路研究所(IIS)工业物联网(IIoT)应用的无线和标准化传输技术mioty的特点。但它可以做得更多:只需一个基站即可连接数十万个传感器。尤其是在有许多终端设备的智慧城市和智能建筑领域,如果每个基站每天可以读取和传输350万条信息,这是一个巨大的优势。

 

在数字物联网 (IoT) 时代,仪表数据和水位、管道的密封性或螺栓连接的预应力通过联网的传感器和无线通讯途径来计算和传输。假设每户平均有四个设备,例如数字水表或加热控制,这意味着对于像纽伦堡这样面积约187平方公里的巴伐利亚大城市,估计有100万个物联网设备在运行。在半径2.5公里的基站范围内最多可以接收110,000个设备。

 

 

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只需一个基站即可实现

350万条数据电报的智能计量

 

但是,并非所有设备都在同一时间传输数据,并因此长期使用可用的无线电信道。通过将一个数据电报分成若干个小数据包,并在时间和频率上进行额外的分配,一个mioty基站最多可以同时接收150个电报,具有每天约350万个电报的传输能力。通过在mioty基站中系统改进的检测算法实现了如此大量的传输,这些算法已经过优化,可在基于广泛且节能的ARM处理器的低成本平台上运行。

 

“根据目前在领域内使用mioty技术的经验,我们现在对技术进行了新的测试和计算,以进一步改进技术。这意味着可以通过优化流程传输更多信息,”负责该技术开发的技术项目经理Josef Bernhard解释道。“我们现在基于测量在实践中取得的每天大量数据电报为智能城市和智能建筑应用提供了最好的基础,在智能城市和智能建筑应用中大量传感器平行传输。这促使我们与商业和mioty联盟的合作伙伴一起,在这些领域,以及在农业和工业领域,促进 mioty 的推出。”

 

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Mioty令人信服的优点:

可靠、节能、可升级

 

mioty是一种基于欧洲电信标准协会(ETSI)标准的无线通信方法,ETSI是一个由独立的研究和开发公司及工业界组成的机构。使用弗劳恩霍夫科学家开发的电报拆分方法,即使多达一半的无线电数据信号出现故障或被干扰,也可以保证完整、可靠的数据传输。这是通过将总的数据分割成小的数据包并在频段内的几个频率上的冗余传输来实现的。此外,该方法比传统方法使用的能源更少。通过评估套件,每个感兴趣的公司都能以一种实际的方式了解该技术的优势。

 

改进的主要议题,即这项技术的可升级,以及与其他无线电技术的并行使用,使mioty对许多现有的应用感兴趣,同时也投资于未来的物联网应用。

mioty评估套件,用于启动和测试状态监测应用。

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Mioty性能指标

 

 

 

广泛的区域覆盖

范围不是一个适当的性能指标,因为它取决于:

●天线高度 

●环境:农村或城市/室内或室外

●额外的外部(人为)噪音 

●天线性能

更好地使用最大耦合损耗:

●视无线电频道而定,153分贝的MCL使覆盖范围从1.5公里(城市)到超过20公里(农村)

●信息大小为10Byte时,在播时间为363ms,消耗为5µAh,报告率为每15min1条信息。

●信息大小为50Byte时,在播时间为968ms,消耗为13.5µAh,报告率为每小时1条信息。

●信息大小为200Byte时,在播时间为3236ms,消耗为45µAh,报告率为每2小时1条信息。

 

低功率运行

 

容量

以不同的信道负荷向基站供电:

●根据分配函数,电报的传输功率

●Mioty参数:数据包大小10字节,数据率2380bit/s,带宽200kHz

结果: 可以同时接收15份以上的电报(PER<1%),相当于每天350万份电报。

●有效载荷为10Byte时,数据率为0.28 Byte/s,容量为24KB/天,数据包速率为36s。

●有效载荷为50Byte时,数据率为0.52 Byte/s,容量为45KB/天,数据包速率为97s。

●有效载荷为200Byte时,数据率为0.62 Byte/s,容量为63KB/天,数据包速率为324s。

不同干扰器类型的影响 :

●宽带干扰器:如果传输时间<无线电突发之间的时间,则一个无线电突发受到影响。

●窄带干扰器:如果传输带宽<一个射电爆发的BW和传输时间<帧间隔。

宽带扩频干扰器可以影响更多的射电爆发事件。

 

抗干扰性能

 

移动性

MIOTY技术是作为一个软件解决方案建立的,支持许多硬件平台:

●短暂的MIOTY射电爆发允许相干的解调

●一些无线电突发可能会出现深度衰减,但由于FEC的存在,它们只会轻微降低探测性能。

●在MIOTY实施中,1dB信噪比损失时可容忍的多普勒频率

●设备协议栈运行在低性能、低功耗的微控制器上性能、低功耗的微控制器上运行

●可以使用许多支持MSK调制的商用Sub-GHz芯片组

●MIOTY基站SW-Stack运行在基于英特尔的物联网网关上,与软件定义的无线电前端相结合

 

设备的复杂性

 

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Mioty®设备架构

 

Mioty®采用了电报拆分超窄带(TS-UNB)的技术以实现横整个物联网价值链的端到端,其中包括终端设备,基站以及互联网平台的全面解决方案。

终端(End-Points) 

终端包括智能仪表、Gateway等。除mioty®协议栈外,终端还包括了传感器、执行器和通信组件,如射频(RF)芯片、收发器和片上系统(SoC)解决方案或RF模块。

通信

空中接口“无线无线电协议”定义了端点与基站之间的无线电通信协议。

基站

基站是通过mioty空中接口与终端通信的网络设备。基站SW-Stack运行在基于英特尔的物联网网关上,与软件定义的无线电前端相结合。

服务中心

服务中心管理由基站组成的mioty网络。它负责通过服务中心应用中心接口在终端应用和应用中心之间路由数据。在具有多个基站的网络中,服务中心负责数据聚合和重复数据删除。

应用中心

应用程序中心通过各种接口协议(如MQTT、Rest、COAP)将应用连接到mioty网络。它可以连接、配置和管理数千个终端。此外,应用中心负责应用层的安全性,并允许在网络和应用域之间严格分离加密密钥。

物联网平台

物联网平台通常由一个数据库和用于可视化和分析应用数据的工具组成。可以轻松地将其整合到商业标准云平台中,如Microsoft Azure、Amazon Web Services、Google Cloud等。