2018-07-17
這么多的無線協(xié)議，我們?cè)趺慈ゴ_保它們互聯(lián)互通？未來IoT的發(fā)展又會(huì)是什么情況？電子模塊
IoT的現(xiàn)狀類似于三國時(shí)代混戰(zhàn)的局面，有ZigBee、藍(lán)牙、Sub-GHz、Z-Wave和WiFi（短距窄帶）以及長距的LORA、NB-IoT等很多無線協(xié)議。那么，這么多的無線協(xié)議，我們?cè)趺慈ゴ_保它們互聯(lián)互通？未來IoT的發(fā)展又會(huì)是什么情況？
日前，在ASPENCORE旗下《電子工程專輯》、《EDN》和《國際電子商情》共同舉辦的“IoT技術(shù)與應(yīng)用論壇”上，Silicon Labs（芯科）南中國銷售經(jīng)理何坤在其“物聯(lián)網(wǎng)-無線多協(xié)議的應(yīng)用及探討”主題演講中指出，IoT目前有以下四點(diǎn)趨勢。首先，設(shè)備之間通信存在多協(xié)議連接，因此我們需要有無線多協(xié)議的基礎(chǔ)來保證不同設(shè)備不同協(xié)議能夠連接。第二，在多協(xié)議無線連接領(lǐng)域，如何能夠讓智能手機(jī)發(fā)揮更大作用。第三，實(shí)現(xiàn)近距離的移動(dòng)體驗(yàn)，這也是由手機(jī)帶來的思考。第四，目前整個(gè)市場的生態(tài)非常多樣，像國外的Amazon Echo、Google Home，蘋果Home Kit以及運(yùn)營商和零售商，都在建立自己的生態(tài)環(huán)境，希望不同的用戶能夠接入進(jìn)來?，F(xiàn)在物聯(lián)網(wǎng)處于類似90年代末2000年代初互聯(lián)網(wǎng)的初級(jí)階段，大家并不知道方向在哪里。
我們需要有物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)設(shè)施，提供各種無線連接的方式。未來基于這樣的無線連接方式，能夠產(chǎn)生多種應(yīng)用場景，就像手機(jī)目前能有看視頻、看新聞、各種app等各種豐富的應(yīng)用場景，這在15年前是想不到的。未來5到10年，物聯(lián)網(wǎng)也會(huì)存在各種各樣的應(yīng)用場景。
在智能家居中，智能門鎖是未來一個(gè)很重要的發(fā)展方向。在家庭內(nèi)部，我們可以提供ZigBee連接，同時(shí)，我們希望鎖可以通過手機(jī)進(jìn)行配置——藍(lán)牙最主要的功能就是進(jìn)行配置和跟鎖進(jìn)行連接。當(dāng)主人回到家，在開鎖的過程中，相關(guān)信息就可能傳遞到家里的燈上，燈和鎖在家庭內(nèi)部組成ZigBee網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)用戶開鎖的時(shí)候，就會(huì)通過ZigBee形成聯(lián)動(dòng)機(jī)制，而把燈打開。
同時(shí)，用戶的手機(jī)也可以作為室內(nèi)定位工具。比如燈和鎖不只是連接到ZigBee網(wǎng)絡(luò)，還會(huì)提供藍(lán)牙信標(biāo)功能。當(dāng)你進(jìn)到臥室，藍(lán)牙信標(biāo)會(huì)發(fā)送廣播包信息，它知道你進(jìn)入到臥室中，進(jìn)而打開臥室燈。
目前，智能家居中，WiFi單品賣得比較好，因?yàn)榧壹覒魬舳加新酚善?。但真正的智能家居一定是一個(gè)聯(lián)動(dòng)的系統(tǒng)，未來會(huì)進(jìn)入到更高階層，人會(huì)感受到智能的變化。設(shè)備不僅會(huì)創(chuàng)建聯(lián)動(dòng)機(jī)制，還會(huì)進(jìn)行自我升級(jí)，從智能變智慧。但所有的基礎(chǔ)是無線連接。
下面看一個(gè)商業(yè)場景的例子。比如在一棟大樓或停車場里，藍(lán)牙信標(biāo)部署要額外付出成本——不管是室內(nèi)定位還是在商場推送廣告信息，都要額外付出成本去部署設(shè)備。另外設(shè)備有生命周期要求，比如帶電池、會(huì)帶來繁瑣的維護(hù)工作，商家和用戶對(duì)這一繁瑣過程不可接受。那可不可以在現(xiàn)有物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上，把這一功能加進(jìn)去？比如在燈里面，本身它就是ZigBee網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)設(shè)備并且對(duì)供電要求不高（市電供電，對(duì)功耗不敏感，維護(hù)成本也較低）。除了成本不高以外，在停車場等各種場景下燈的密度也很高，所以很容易實(shí)施。
室內(nèi)定位的標(biāo)準(zhǔn)在明年一季度會(huì)出來，那時(shí)會(huì)為大家?guī)砀庇^的體驗(yàn)。很多朋友會(huì)遇到，在去商場的時(shí)候，回家找車的時(shí)候位置很大，找不到車。室內(nèi)定位越來越成熟時(shí)，會(huì)帶來更好體驗(yàn)，信標(biāo)會(huì)起到真正作用。
他表示，芯科可以提供很多多協(xié)議產(chǎn)品，一個(gè)芯片可以提供多種連接。另外，通過手機(jī)操作能降低維護(hù)成本，因?yàn)槭謾C(jī)人人都有，它可以跟很多設(shè)備對(duì)接，提高使用率。藍(lán)牙BLE可以提供2M PHY功能，提升下載速度；ZigBee和sub-GHz等網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的傳輸速度低。因此，使用BLE下載固件升級(jí)可以帶來更好的用戶體驗(yàn)。如果設(shè)備既要考慮聯(lián)網(wǎng)，又要考慮藍(lán)牙互聯(lián)配置，那單芯片方案的成本可以比多芯片有40%的降低，并且信噪比高，可以傳輸更遠(yuǎn)距離。
舉個(gè)動(dòng)態(tài)多協(xié)議的例子。比如ZigBee和藍(lán)牙，藍(lán)牙信號(hào)是固定間隔；通過動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)機(jī)制可以使兩者信號(hào)不發(fā)生沖突，同時(shí)保證Zigbee設(shè)備不離網(wǎng)。ZigBee有重發(fā)機(jī)制，所以在網(wǎng)絡(luò)傳輸里，藍(lán)牙可以有高優(yōu)先級(jí)。另外，藍(lán)牙傳輸可以通過內(nèi)部協(xié)議棧包括OS來進(jìn)行連接時(shí)間的動(dòng)態(tài)配置，比如在藍(lán)牙下載固件時(shí)，讓它占用更多時(shí)間。
下圖是多協(xié)議軟硬件的支持框架。最底層是芯片的物理層，上層提供了Micrium OS——Micrium OS是一家實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)公司，兩年前被Silicon Labs收購，用來做動(dòng)態(tài)多協(xié)議處理的協(xié)調(diào)工作。在OS層上面提供射頻的協(xié)調(diào)部分，包括無線電抽象層。因此可以用OS去做調(diào)度，確保ZigBee跟藍(lán)牙協(xié)議棧能很好配合。比如將智能鎖配置好，ZigBee配置好，通過手機(jī)把鎖加入到app，進(jìn)行注冊(cè)和認(rèn)證，這樣藍(lán)牙連接就不會(huì)出現(xiàn)問題。最上層是應(yīng)用層，不管是鎖還是照明、開關(guān)等設(shè)備，對(duì)用戶的應(yīng)用層開發(fā)不會(huì)起到任何影響。
藍(lán)牙的連接時(shí)間相對(duì)固定，一般不會(huì)有什么變化，并且在網(wǎng)絡(luò)里相對(duì)ZigBee優(yōu)先級(jí)較高——ZigBee有重發(fā)機(jī)制，第一次不成功則試第二次，這樣可以讓優(yōu)先級(jí)更高的設(shè)備先去傳送信號(hào)。
ZigBee發(fā)送報(bào)文時(shí)，如果和藍(lán)牙沒有發(fā)生沖突，那相安無事；如果發(fā)生時(shí)間沖突，那ZigBee優(yōu)先級(jí)就放下來，讓藍(lán)牙先完成報(bào)文接收，然后轉(zhuǎn)為ZigBee工作。這種機(jī)制可以保證通信不發(fā)生沖突。
芯科提供的入門套件和無線電板如下，可以接到電腦上進(jìn)行調(diào)試。它包括三塊電路板，用戶可以用來組網(wǎng)。
另外看下Mighty Gecko SoC。它包括射頻、模擬、串口等各種模塊，每個(gè)模塊有能耗要求，把它們分成多個(gè)功耗模式（EM0-4S），可以使它保持最低功耗。這里有兩個(gè)重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)一下，射頻部分同時(shí)支持2.4GHz（ZigBee和藍(lán)牙都是這個(gè)頻段）和sub-GHz；內(nèi)部也集成了PA和報(bào)文，可以實(shí)現(xiàn)更好的傳輸距離。另外它提供各種串口支持，比如提供4個(gè)UART以及2個(gè)I2C接口。
另外，Silicon Labs也提供很多經(jīng)認(rèn)證的模塊，包括SiP封裝和電路板形式，可以加快工程師的開發(fā)時(shí)間。
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