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· 通过模拟真实工作负载验证AI基础设施的性能

· 通过评估新算法、组件或协议提高AI训练的性能

· 在不投资昂贵的大规模部署的情况下，调整和优化AI工作负载和系统基础设施的参数

是德科技（NYSE: KEYS ）推出Keysight AI (KAI)数据中心构建器，这是一款先进的软件套件，通过模拟真实工作负载来评估新算法、组件和协议对AI训练性能的影响。KAI数据中心构建器的工作负载模拟功能将大型语言模型（LLM）和其他人工智能（AI）模型训练工作负载集成到AI基础设施组件的设计和验证中——包括网络、主机和加速器。该解决方案实现了硬件设计、协议、架构和AI训练算法之间的更紧密协同，提升系统性能。

Keysight AI (KAI)数据中心构建器是一款先进的软件套件，通过模拟真实工作负载来评估新算法、组件和协议对AI训练性能的影响

AI服务提供商使用各种并行处理策略（也称为数据或模型并行）来加速AI模型训练。将模型并行与AI集群拓扑和配置对齐可以提高训练性能。在AI集群设计阶段，关键问题最好通过实验来回答。许多问题集中在图形处理单元（GPU）之间的数据传输效率上。关键考虑因素包括：

· AI主机或机架内GPU互连的scale up设计

· Scale out网络设计，包括每个GPU的带宽和拓扑

· 网络负载均衡和拥塞控制的配置

· 训练框架参数的调整

KAI数据中心构建器的工作负载模拟解决方案再现了真实AI训练任务的网络通信模式，加速实验，降低达到熟练程度所需的学习曲线，并更深入洞察性能下降的原因，这些是通过真实AI训练任务实验难以获得的。是德科技客户可以访问包括GPT和Llama在内的LLM工作负载库，以及数据并行（DP）、全分片数据并行（FSDP）和三维（3D）并行等流行的模型分区方案。

使用KAI数据中心构建器中的工作负载模拟应用程序，AI服务提供商可以：

· 实验并行参数，包括并行数据大小及其在可用AI基础设施上的分布（调度）

· 了解并行内和并行间通信对整体任务完成时间（JCT）的影响

· 识别低性能的集合通信操作并深入识别瓶颈

· 分析网络利用率、尾部延迟和拥塞，了解它们对JCT的影响

KAI数据中心构建器的新工作负载模拟功能使AI服务提供商、GPU云提供商和基础设施供应商能够将真实的AI工作负载引入其实验室环境，以验证AI集群和新组件的不断演变的设计。他们还可以通过实验微调模型并行方案、参数和算法，以优化基础设施并提高AI工作负载性能。

是德科技网络测试与安全解决方案副总裁兼总经理Ram Periakaruppan表示：“随着AI基础设施规模和复杂性的增长，对全栈验证和优化的需求变得至关重要。为了避免昂贵的延误和返工，必须将验证转移到设计和制造周期的早期阶段。KAI数据中心构建器的工作负载模拟为AI组件和系统设计提供了非常高的真实性，优化工作负载以实现最佳性能。”

KAI数据中心构建器是是德科技人工智能（KAI）架构的基础，这是一系列端到端解决方案，旨在通过使用真实AI工作负载模拟验证AI集群组件，帮助客户在数据中心扩展人工智能（AI）处理能力。

是德科技在2025年4月1日至3日于旧金山Moscone中心举行的OFC 2025会议上展示KAI数据中心构建器及其工作负载模拟功能，展位号1301。

关于是德科技

是德科技（NYSE：KEYS）启迪并赋能创新者，助力他们将改变世界的技术带入生活。作为一家标准普尔 500 指数公司，我们提供先进的设计、仿真和测试解决方案，旨在帮助工程师在整个产品生命周期中更快地完成开发和部署，同时控制好风险。我们的客户遍及全球通信、工业自动化、航空航天与国防、汽车、半导体和通用电子等市场。我们与客户携手，加速创新，创造一个安全互联的世界。了解更多信息，请访问是德科技官网 www.keysight.com。

作者：Richard Anslow，高级经理

摘要

本文概述了几种无线标准，并评估了低功耗蓝牙^® (BLE)、SmartMesh（基于IEEE 802.15.4e的6LoWPAN）和Thread/Zigbee（基于IEEE 802.15.4的6LoWPAN）在恶劣工业射频环境中的适用性，文中提供了几个比较指标，包括功耗、可靠性、安全性和总拥有成本。SmartMesh时间同步消耗的功耗较低，并且SmartMesh和BLE信道跳频功能带来更高的可靠性。SmartMesh案例研究得出的结论是可靠性达到99.999996%。本文介绍了ADI公司的BLE和SmartMesh无线状态监控传感器，其中包括一款搭载边缘人工智能(AI)的新型无线传感器，它能延长受限边缘传感器节点的电池寿命。

简介

2022年至2024年间，电机驱动系统智能传感器市场的销售额预计将增长一倍以上（达到9.06亿美元）¹。在智能传感器领域，无线和便携式设备预计将成为主要的增长动力。使用无线环境传感器（温度、振动）监控工业机器有一个明确的目标：检测受监控设备是否偏离健康运行状态。

对于工业无线传感器应用，低功耗、可靠性和安全性始终是最重要的要求。其他要求包括低总拥有成本（尽可能少的网关和维护工作）、短距离通信，以及支持在包含大量金属障碍物的工厂环境中形成网格网络的协议（网格网络有助于减轻可能的信号路径屏蔽和反射）。

工业应用和无线标准要求

图1概要展示了几种无线标准，表1根据关键工业要求对选定的无线标准进行了对比评估。显然，BLE和SmartMesh（基于IEEE 802.15.4e的6LoWPAN）在低功耗、可靠性和安全性方面为工业应用提供了出色综合性能。Thread和Zigbee功耗低、实现了安全网格，但可靠性相对较低。

图1.无线标准概览

表1.无线标准与工业应用需求的匹配

表2提供了有关Zigbee/Thread、SmartMesh和BLE网格标准的更多细节。SmartMesh包含时间同步信道跳频(TSCH)协议，根据该协议，网络中的所有节点都同步，通信由预定的时间表进行协调。时间同步消耗的功耗低，并且信道跳频可靠性高。BLE标准也包含信道跳频，但与SmartMesh相比有一些限制，例如线路供电路由节点（会增加系统成本和功耗），而且不支持TSCH。如前所述，Zigbee/Thread的可靠性相对较低，与BLE相比没有太多优势。

表2.工业应用的关键无线标准和性能

本文将重点介绍SmartMesh和BLE网格，这是针对工业状态监控传感器的最适合的无线标准。

ADI无线状态监控传感器

表3概述了ADI公司的Voyager 3无线振动监测平台和下一代无线状态监控传感器。Voyager 3采用SmartMesh模块(LTP5901-IPC)。支持AI的振动传感器（仍在开发中）采用BLE微控制器(MAX32666)。两种传感器均包含温度和电池健康状态(SOH)传感器。Voyager 3和AI版本传感器使用ADI MEMS加速度计（ADXL356、ADXL359）来测量工业设备的振动幅度和频率。通过FFT频谱可以识别出振动幅度和频率的增加，这可能是电机不平衡、未对准和轴承损坏等故障的征兆。

表3.ADI无线工业传感器原型

图2概述了Voyager 3和支持AI的振动传感器典型操作。与许多工业传感器一样，占空比为1%；大多数时候，传感器处于低功耗模式。传感器定期唤醒以批量收集数据（或在发生高振动幅度冲击事件时唤醒），或者向用户发送状态更新。通常通过一个标志通知用户，受监控的机器运行状况良好，并且用户有机会收集更多数据。

低功耗

表3中显示的传感器以1%的占空比运行，其中Voyager 3的最大有效载荷为90字节，AI版本的最大有效载荷为510字节。图4（改编自Shahzad和Oelmann3）显示，对于500字节到1000字节的有效载荷，BLE消耗的能量少于Zigbee和Wi-Fi。因此，BLE非常适合AI使用场景。SmartMesh的功耗非常低，在90字节或有效载荷更少的情况下（如Voyager 3传感器中使用的）尤为如此。网站上提供的SmartMesh功耗和性能估算工具可用于估算SmartMesh能耗。经实验验证，SmartMesh功耗估算工具的精度为87%至99%，具体取决于传感器是路由节点还是叶节点。

图2.工业无线传感器的典型操作

安全性

SmartMesh IP网络采用多重安全层级，这些层级可以归纳为机密性、完整性和真实性。图3总结了SmartMesh安全性。即使网络中存在多个网格节点，AES-128位端到端加密也能确保机密性。传输的数据受消息认证码（消息完整性检查或MIC）的保护，以确保数据没有被篡改。这可以防止中间人(MITM)攻击，如图3所示。SmartMesh支持多级设备身份验证，能够防止未经授权的传感器添加到系统中。

图3.BLE和SmartMesh网络的安全实现方案

采用BLE标准4.0和4.1版本的设备存在安全漏洞，但4.2及更高版本的安全性有所增强（如图3所示）。ADI公司的MAX32666符合BLE标准5.0。此版本引入了P-256椭圆曲线Diffie-Hellman密钥交换用于配对。在该协议中，两个设备的公钥用于创建两个设备之间的共享密钥，即长期密钥(LTK)。该共享密钥用于身份验证和生成密钥，以将所有通信加密，防止MITM攻击。

图4.数据传输（无线电收发器PHY）和能耗（改编自Shahzad和Oelmann）³

除了无线电发射功耗之外，还必须考虑系统总功耗预算和总拥有成本。如表2所示，BLE和Zigbee都使用单个网关运行。然而，两者还需要线路电源来为路由节点供电。这会增加功耗预算和系统总拥有成本。相比之下，SmartMesh路由节点平均仅需要50 µA的电流，并且整个网络可以使用单个网关运行。SmartMesh显然是一种更节能的实现方案。

可靠性和稳健性

前面提到过，SmartMesh采用TSCH，它有以下特点：

►网络中的所有节点都同步。

►通信根据通信时间表进行。

►时间同步带来低功耗。

►信道跳频带来高可靠性。

►通信的计划性带来高度确定性。

全网络同步精度小于15µs。如此高水平的同步可大大降低功耗。平均电流消耗为50 µA，99%以上的时间电流消耗为1.4 µA。

表4列出了一些关键应用挑战，并说明了SmartMesh和BLE网格如何应对这些挑战。

表4.工业应用中无线网络面临的关键挑战以及BLE/SmartMesh性能

SmartMesh在拥有大量节点的密集网络中表现更佳。BLE和SmartMesh在动态工业环境中均表现良好。

ADI公司的晶圆厂针对SmartMesh的可靠性进行了测试⁵，该工厂的射频环境较为恶劣，满是金属和混凝土。三十二个无线传感器节点分布在一个Mesh网络中，最远的传感器节点到网关有四跳。每个传感器节点每30秒发送四个数据包。在83天的时间段里，传感器发送了26,137,382个数据包，接收了26,137,381个数据包，可靠性为99.999996%。

边缘人工智能

下一代无线传感器包括搭载AI硬件加速器的MAX78000微控制器。该AI硬件加速器大幅减少了数据移动，并利用并行性优化了能源使用和吞吐速率。

目前市售无线工业传感器通常以非常低的占空比运行。用户设置传感器休眠时长，此后传感器唤醒并测量温度和振动，然后通过无线电将数据传回用户的数据聚合器。市售传感器通常声称电池寿命为5年，此寿命基于每24小时捕获一次数据，或每4小时捕获一次数据。下一代传感器将以类似方式运行，但利用边缘AI异常检测来限制无线电的使用。当传感器唤醒并测量数据时，只有检测到振动异常时才会将数据传回用户。这样，电池寿命可以延长至少20%。

对于AI模型训练，传感器收集机器的健康数据，然后通过无线方式发送给用户进行AI模型开发。使用MAX78000工具将AI模型合成为C代码，然后传回无线传感器并置于内存中。部署代码后，无线传感器按照预定义的时间间隔或在发生高-g冲击事件时唤醒。收集数据后生成FFT。通过FFT，MAX78000基于该数据做出推断。如果没有检测到异常，则传感器返回休眠状态。如果检测到异常，则会通知用户。然后，用户可以请求所测得异常的FFT或原始时域数据，这些数据可用于故障分类。

结论

本文概述了几种无线标准，并评估了BLE、SmartMesh（基于IEEE 802.15.4e的6LoWPAN）和Thread/Zigbee (IEEE 802.15.4)在恶劣工业射频环境中的适用性。与BLE和Thread/Zigbee相比，SmartMesh具有优异的可靠性和低功耗运行特性。对于需要500字节到1000字节数据传输的网络，BLE相较于Zigbee和Thread可以更可靠地运行，并且功耗更低。搭载嵌入式AI硬件加速器的微控制器可以提升无线传感器节点的决策能力，并延长其电池寿命。

参考文献

1“电机驱动系统的预测性维护–2020年”，Interact Analysis市场研究，2020年4月。

2 Kris Pister和Jonathan Simon，“保护无线传感器网络免受攻击”，Electronic Design（电子设计），2014年4月。

3 Khurram Shahzad和Bengt Oelmann，“数据密集型监控应用的传感器内处理与使用ZigBee、BLE和Wi-Fi传输原始数据的比较研究”，第11届国际无线通信系统研讨会(ISWCS)，2014年8月。

4 Thomas Watteyne、Joy Weiss、Lance Doherty和Jonathan Simon，“工业IEEE802.15.4e网络：性能与权衡”，2015年IEEE国际通信会议(ICC)，2015年6月。

5 Ross Yu，“验证面向工业物联网应用的SmartMesh IP提供超过99.999%的数据可靠性”，ADI公司，2016年1月。

关于ADI公司

Analog Devices, Inc. (NASDAQ: ADI)是全球领先的半导体公司，致力于在现实世界与数字世界之间架起桥梁，以实现智能边缘领域的突破性创新。ADI提供结合模拟、数字和软件技术的解决方案，推动数字化工厂、汽车和数字医疗等领域的持续发展，应对气候变化挑战，并建立人与世界万物的可靠互联。ADI公司2024财年收入超过90亿美元，全球员工约2.4万人。ADI助力创新者不断超越一切可能。更多信息，请访问www.analog.com/cn。

作者简介

Richard Anslow是ADI公司工业自动化事业部的高级经理，从事软件系统设计工程工作。他的专长领域是状态监控、电机控制和工业通信设计。他拥有爱尔兰利默里克大学工程学士学位和工程硕士学位。最近，他完成了美国普渡大学人工智能(AI)和机器学习(ML)的研究生课程。

来源：Coherent高意

MECC：使用nRF9151模组的无缝、可扩展解决方案，实现全球物联网无缝连接

全球领先的低功耗无线连接解决方案供应商Nordic Semiconductor公司与世界先进的综合电信运营商德国电信(Deutsche Telekom)携手推出一款变革性物联网解决方案，旨在增强嵌入式设备之全球连接性。意思为 “使万物移动互连” 的MECC(Make Everything Cellular Connected)解决方案已于3月3日至6日在巴塞罗那举办的世界移动通信大会(MWC)上发布，它是基于nRF9151系统级封装所开发，提供完全集成、可扩展的解决方案，经设计帮助全球范围的开发人员简化物联网应用。

Nordic Semiconductor的nRF9151 蜂窝模组是MECC的核心，它是低功耗的蜂窝物联网解决方案。该产品具有业界领先的电池寿命性能，是高度集成的全球认证模组以显着简化物联网连接。nRF9151 将通过德国电信供货，并配备预激活的集成 nuSIM，这种设置确保在德国电信广泛的网络及其漫游合作伙伴网络实现无缝连接，从而满足物联网领域对可靠、轻松连接的关键需求。

行业领导者建立合作伙伴关系

Nordic Semiconductor长距离业务部执行副总裁 Oyvind Birkenes表示：“在去年的世界移动通信大会上，我们提出了实现全球蜂窝连接的愿景。如今我们与德国电信合作，为所有OEM厂商和设备制造商提供全面的解决方案，看到我们的愿景变成现实，我们感到非常高兴。”

德国电信物联网业务总经理 Dennis Nikles 表示：“Nordic Semiconductor全心全力开发低功耗、高质量和全面的蜂窝技术方案，是这项关键举措的理想合作伙伴。此次合作将会改变物联网连接，实现前所未有的便利性和高效。”

使用 MECC 填补连接空白

研究表明，目前只有大约 25% 的智能设备通过非蜂窝网络连接，这给远程安全、设备管理、用户体验和供应链可视性带来了巨大的挑战。德国电信的 MECC 解决方案旨在弥补这个差距，有潜力将设备连接率提高到 100%。这款功能齐全的软件套件包括连接、调制解调器、位置跟踪、应用托管等，所有这些全部集成在 nRF9151 紧凑12x11 mm封装中。 

OEM厂商和设备制造商将从这项简化方法中获益匪浅。通过采用 MECC 解决方案，他们能够简化供应链，减少管理多个连接解决方案的繁琐，并增强整体安全性和网络管理。德国电信将作为独立联络点，提供内置管理网络服务的 nRF9151。

关于德国电信

https://www.telekom.com/en/company-profile

关于Nordic 半导体公司

Nordic 半导体公司是一家挪威无晶圆厂半导体企业，专业提供助力物联网(IoT)的无线通信技术。Nordic成立于1983年，在全球范围拥有超过1300名员工。Nordic 是 ANT+联盟、蓝牙技术联盟(SIG)、Thread Group、Zigbee联盟、Wi-Fi联盟和全球移动通信系统协会(GSMA)的成员。借助低功耗蓝牙解决方案，Nordic开创了超低功耗的无线通信技术，这使我们成为全球市场领导者。在技术范围方面，补充了ANT+、Thread和Zigbee技术，并于 2018 年推出了紧凑型低功耗LTE-M/NB-IoT蜂窝物联网解决方案，以扩大物联网的渗透率。2021年我们在产品组合中进一步补充了Wi-Fi技术。

我们向用户提供开发工具支持的领先无线技术，这些技术使得设计人员免受RF技术复杂性的影响，可让任何有想法的人能够创建基于 IoT 平台的创新产品。现今，我们屡获殊荣的、高性能且易于设计的低功耗蓝牙解决方案被世界各大领先品牌用于各种产品中，包括无线PC外设、游戏、运动和健身、手机配件、消费电子、玩具、医疗保健和自动化产品。

要了解更多信息，请访问：https://www.nordicsemi.cn/。