IoT無(wú)線(xiàn)連接的技術(shù)方案與未來(lái)趨勢

作者 / 王瑩 毛爍 《電子產(chǎn)品世界》記者

摘要：無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品越來(lái)越趨于多樣化，器件不斷創(chuàng )新出更多功能。為此，《電子產(chǎn)品世界》特邀請業(yè)內部分代表廠(chǎng)商就無(wú)線(xiàn)連接現有技術(shù)和未來(lái)發(fā)展趨勢方面進(jìn)行了深入探討。

無(wú)線(xiàn)芯片

中興微電子：獨立無(wú)線(xiàn)芯片的未來(lái)趨勢

　　藍牙，LoRa, NB-IoT, zigbee/ 802.15.4，sigfox，eMTC等不同的無(wú)線(xiàn)短距離通信技術(shù)，由于其各自技術(shù)特點(diǎn)的不同，導致他們在不同的應用場(chǎng)景中，有各自的優(yōu)勢，當然也有交叉的使用場(chǎng)景。大家在各自的優(yōu)勢領(lǐng)域扮演重要角色，不存在誰(shuí)全部替代誰(shuí)的問(wèn)題，長(cháng)期看，應該是一個(gè)共存的狀態(tài)。

　　其中，NB-IoT是一種遠距離無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，這種技術(shù)在水氣表、煙感等場(chǎng)景中，和LoRa技術(shù)有較大重疊的市場(chǎng)。但是，LoRa技術(shù)被企業(yè)獨家壟斷、基站維護成本高、工作在非授權頻段、演進(jìn)困難等等困難，但是NB-IoT技術(shù)開(kāi)放，多家芯片廠(chǎng)家加入，形成競爭并且形成了終端芯片、模組廠(chǎng)家、終端廠(chǎng)家完整的產(chǎn)業(yè)鏈。NB作為5G的演進(jìn)技術(shù)，必將在不久的將來(lái)，成為最重要的一種通信技術(shù)。

　　市面上的無(wú)線(xiàn)解決方案中，有些是獨立的無(wú)線(xiàn)芯片，有些是集成到MCU中，有的是做成模塊，其中，獨立或整合的好處是什么?

　　對于無(wú)線(xiàn)芯片，其獨立的好處是，無(wú)線(xiàn)芯片作為模組提供，僅僅提供通信功能，可以隨時(shí)更換。有利于廠(chǎng)家選擇更優(yōu)的無(wú)線(xiàn)芯片，也有利于芯片的優(yōu)勝劣汰，但是這一般是無(wú)線(xiàn)芯片發(fā)展早期的狀態(tài)，隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展會(huì )越來(lái)越成熟，最終技術(shù)都會(huì )趨于穩定。在穩定的基礎上，成本的需求會(huì )越來(lái)越重要，最終就會(huì )走向集成MCU的整體方案，整體方案的好處首先是成本的下降，另外，整體解決方案使解決方案更加簡(jiǎn)單。

　　各項功能在芯片層面的集成化，是一個(gè)趨勢，這個(gè)從現有的行業(yè)發(fā)展規律可以看出來(lái)。水氣表和煙感的MCU不斷集成外圍功能，最早的智能機也是AP+CP的方案到SoC方案的演進(jìn)。所以，未來(lái)，獨立無(wú)線(xiàn)芯片集成到MCU中是個(gè)確定的事情。

　　中興在NB-IoT終端芯片解決方案上，一直在安全和OpenCPU方案上走在世界的前列。

　　中興的朱雀7100 NB-IoT終端芯片使用了中天微(注：已被阿里收購，又整合成平頭哥半導體)的CK802核，自帶TEE功能，支持安全啟動(dòng)、版本數字簽名、安全運行、安全隔離區、提供芯片級的硬件加減密算AES/HASH/RSA等?；赥EE，中興聯(lián)合阿里、中天微、果通科技做了TEE eSIM方案，簡(jiǎn)稱(chēng)SiT(SIM in TEE)。該方案具有低成本、高安全的特點(diǎn)，解決了Soft SIM不夠安全的缺點(diǎn)。同時(shí)，基于TEE，實(shí)現了整套的云接入安全方案，通過(guò)預先分配的密鑰，在產(chǎn)線(xiàn)燒錄，不可修改，保證接入終端的云是合法的。

　　基于未來(lái)通信功能集成到MCU的趨勢判斷，中興已提前開(kāi)始布局。在OpenCPU方案上，中興在煙感上已有案例在商用，水氣表的OpenCPU方案也在進(jìn)行中。

Dialog：無(wú)線(xiàn)低功耗元器件和專(zhuān)有安防機制

　　在過(guò)去的幾年里，無(wú)線(xiàn)連接和物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域經(jīng)歷了巨大而迅速的變化?？纱┐髟O備的大規模使用，新的藍牙mesh協(xié)議推出，智能家居、智能辦公室和智能汽車(chē)功能的部署 - 從燈泡到恒溫器再到輪胎等各種應用。世界正以前所未有的速度進(jìn)行互連 – Dialog就活躍在技術(shù)最前線(xiàn)，為他們客戶(hù)的產(chǎn)品提供互連解決方案。

　　Dialog提供一系列藍牙低功耗器件，以滿(mǎn)足市場(chǎng)上的各種應用需求。由于很多應用都采用電池供電，因此Dialog將很多重心放在降低器件的功耗上，這是Dialog產(chǎn)品的關(guān)鍵差異化特性之一。

　　此外，Dialog在理解最終客戶(hù)的應用上投入了大量精力，并確保Dialog的芯片產(chǎn)品能提供盡可能多的必要功能，例如將外部元件數量減到最少，從而降低終端產(chǎn)品的成本。

　　隨著(zhù)需要連接的設備數量增加，有各種方法可以嘗試并減少可用帶寬的壓力?；A設施將在很大程度上取決于應用的需求，并根據后者的需求進(jìn)行定制。

　　從Dialog的角度來(lái)看，作為藍牙低功耗元件制造商，Dialog與藍牙協(xié)議標準制定機構 - 藍牙技術(shù)聯(lián)盟(Bluetooth SIG)緊密合作，以盡可能地減少傳輸數據所需的時(shí)間。通過(guò)這樣做，Dialog減少了設備占用帶寬的時(shí)間。這還可以帶來(lái)另一層好處，即允許其他設備在帶寬空載期間運行。

　　Dialog還部署了先進(jìn)的共存接口，使Dialog的器件能夠與同一系統中的其他相似無(wú)線(xiàn)電協(xié)調其活動(dòng)。比如說(shuō)，在Dialog的SmartBond?藍牙低功耗芯片旁有一個(gè)Wi-Fi無(wú)線(xiàn)電，通過(guò)使用Dialog的共存接口，應用將可以協(xié)調在這兩個(gè)無(wú)線(xiàn)電上傳輸的數據，達到干擾最小，甚至無(wú)干擾。

　　Dialog相信市場(chǎng)最有可能使用的協(xié)議是藍牙、Wi-Fi、4/5G和NB-IoT。這些協(xié)議都具有一個(gè)優(yōu)勢，就是它們都能為智能手機和平板電腦等智能設備所采用，這使它們無(wú)處不在。

　　此外，盡管這些標準在應用中的部署存在一些重疊，但它們都有各自的強項和弱項，使它們既適用于特定應用，又能夠相互補充。藍牙和Wi-Fi在短到中等距離內運行。前者涵蓋低功耗、低數據速率應用，Wi-Fi擴展到需要更高數據速率的應用。4/5G和NB-IoT分別針對遠距離、高數據速率應用，和遠距離、低數據速率應用。

　　由于這種互補性，這些標準將在相應的應用中共存和繁榮。

　　根據威脅級別，多種安全機制正被集成到設備中，以滿(mǎn)足應用的安全需求。

　　Dialog最新的SmartBond器件集成了一系列硬件安全模塊，有助于客戶(hù)檢查設備上正在執行的軟件的安全性，然后在應用程序層對數據通信加密，實(shí)現端到端的加密，同時(shí)在鏈路層符合藍牙標準安全規范。

　　此外，Dialog的器件具有專(zhuān)用機制來(lái)進(jìn)行安全密鑰的存儲和處理，確保黑客無(wú)法從設備盜取安全密鑰。

　　有了所有這些安全措施后，還有一件事至關(guān)重要：那就是，Dialog的客戶(hù)和終端用戶(hù)實(shí)際上會(huì )使用這些工具，來(lái)確保他們的數據安全。再好的安全措施，如果沒(méi)有啟用并正確使用，那也是毫無(wú)價(jià)值的。

　　隨著(zhù)越來(lái)越多的設備實(shí)現無(wú)線(xiàn)連接，需要解決兩個(gè)關(guān)鍵挑戰才能繼續擴展。

　　第一個(gè)挑戰源于這樣一個(gè)事實(shí)，即企業(yè)希望將無(wú)線(xiàn)連接擴展到成本結構很緊湊的產(chǎn)品和設備中。如何為只使用一個(gè)月或一周的產(chǎn)品(即一次性用品)添加無(wú)線(xiàn)連接功能?為了實(shí)現這些應用的連接功能，需要權衡這些產(chǎn)品的總體系統成本，并通過(guò)創(chuàng )新找到方法，將無(wú)線(xiàn)連接成本降低到像藍牙低功耗這樣的協(xié)議以前無(wú)法想象的低水平。

　　第二個(gè)挑戰涉及為數十億連接設備供電所需的電量。鑒于絕大多數設備多數時(shí)間不會(huì )連接著(zhù)主電源，因此需要開(kāi)發(fā)出創(chuàng )造性的解決方案，使設備能夠以越來(lái)越少的電量運行，從而使能量采集電源解決方案在藍牙低功耗應用中成為現實(shí)。

　　Dialog公司非常重視這些挑戰，已經(jīng)在提供低功耗的藍牙低功耗芯片，并且在持續投資技術(shù)創(chuàng )新，以進(jìn)一步推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步，解決挑戰，助力實(shí)現具有數百億臺無(wú)線(xiàn)連接設備的未來(lái)。

Nordic：超低功耗無(wú)線(xiàn)通信領(lǐng)域

　　Nordic一直專(zhuān)注在超低功耗無(wú)線(xiàn)(ULP Wireless)通信領(lǐng)域，最開(kāi)始Nordic公司做的是低功耗的2.4GHz，該協(xié)議被無(wú)線(xiàn)鼠標和鍵盤(pán)廣泛采用，獲得了巨大的成功。經(jīng)過(guò)多方和多年的努力，該協(xié)議最終演變?yōu)榇蠹沂熘牡凸乃{牙，所以說(shuō)Nordic是低功耗藍牙協(xié)議的重要貢獻者。Nordic舉全公司之力，深耕低功耗藍牙領(lǐng)域，為用戶(hù)打造低功耗藍牙整體解決方案，大大降低了低功耗藍牙的開(kāi)發(fā)門(mén)檻。

　　低功耗藍牙主要應用場(chǎng)景為一對一或者一對多短距離無(wú)線(xiàn)通信場(chǎng)合，隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來(lái)，更多的低功耗無(wú)線(xiàn)通信場(chǎng)景被發(fā)掘。比如智能家居，這是一個(gè)典型的低功耗多對多通信場(chǎng)景，即mesh組網(wǎng)應用，而802.15.4目前在智能家居市場(chǎng)占據了一個(gè)主導位置，其與低功耗藍牙有很強的互補性，而且802.15.4對低功耗要求也是很高的，而低功耗無(wú)線(xiàn)正是Nordic一貫的優(yōu)勢和戰略，所以Nordic公司進(jìn)入了802.15.4領(lǐng)域?；?02.15.4，Nordic推出了Thread和ZigBee兩種解決方案。Thread支持IPv6，具有自動(dòng)恢復、高可靠性、低延時(shí)等特點(diǎn)，是智能家居理想的解決方案之一。ZigBee是一種典型的Mesh解決方案，技術(shù)成熟，市場(chǎng)接受度高，生態(tài)系統也比較齊全。

　　低功耗藍牙和802.15.4都是低功耗短距離無(wú)線(xiàn)通信協(xié)議，物聯(lián)網(wǎng)應用還有很多低功耗長(cháng)距離無(wú)線(xiàn)通信需求，比如共享單車(chē)、水表燃氣表、智慧城市管理、物流追蹤等，目前看起來(lái)，低功耗蜂窩物聯(lián)網(wǎng)將成為這些市場(chǎng)的主流解決方案。蜂窩物聯(lián)網(wǎng)包括NB-IoT和eMTC兩種協(xié)議，主打長(cháng)電池續航時(shí)間，有很高的低功耗要求，符合Nordic一貫的優(yōu)勢和戰略，所以Nordic公司又進(jìn)入了NB-IoT和eMTC領(lǐng)域。NB-IoT和eMTC，兩者各有所長(cháng)，NB-IoT更專(zhuān)注在少量數據通信，靜態(tài)部署，更低功耗的應用場(chǎng)合，而eMTC的優(yōu)勢則在于高通信速率，可移動(dòng)性，以及空中升級。

　　對于創(chuàng )新解決方案問(wèn)題，Nordic表示，主要提的就是Nordic公司的低功耗，Nordic公司的SoC是全Flash制程(Flash制程好處是方便開(kāi)發(fā)和維護，但是它的功耗會(huì )比較高)，即便如此，Nordic公司的功耗也是業(yè)界最低的。比如，在每1秒收發(fā)一包數據的低功耗藍牙連接通信條件下，Nordic公司的平均功耗只有6μA左右，可以說(shuō)非常的低。

無(wú)線(xiàn)射頻技術(shù)

　　Semtech的LoRa器件及無(wú)線(xiàn)射頻技術(shù)(LoRa技術(shù))是一種經(jīng)過(guò)大量現場(chǎng)部署驗證過(guò)的低功耗廣域網(wǎng)絡(luò )(LPWAN)技術(shù)，雖然很難去與這里提到的其他短距離無(wú)線(xiàn)協(xié)議直接相比，但LoRa的優(yōu)勢在于其長(cháng)距離和低功耗等特性，以及許多短距離技術(shù)無(wú)法企及的穿墻能力。LoRa技術(shù)適合在智能表計、智能家居和智能樓宇領(lǐng)域中廣泛應用，例如中國的智能表計提供商采用LoRa技術(shù)不僅滿(mǎn)足了中國的智能化公用事業(yè)管理需求，而且他們的產(chǎn)品更是銷(xiāo)往全球市場(chǎng)。

　　通過(guò)使用長(cháng)距離的數據通信且消耗極少的功率，LoRa技術(shù)徹底變革了物聯(lián)網(wǎng)。當連接到LoRaWAN?網(wǎng)絡(luò )時(shí)，LoRa設備通過(guò)傳輸帶有重要信息的分組信息來(lái)適應廣泛的IoT應用。LoRaWAN標準填補了其他網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的空白，這些網(wǎng)絡(luò )需要高帶寬或高功率，或者具有有限的范圍或者不能穿透深層室內環(huán)境。實(shí)際上，對于智能城市、智能住宅和建筑、智能農業(yè)、智能計量以及智能供應鏈和物流中的農村或室內應用場(chǎng)景，LoRa技術(shù)是非常靈活的。憑借其在全世界80個(gè)國家和地區擁有的超過(guò)8000萬(wàn)臺連接到網(wǎng)絡(luò )的設備，并且不斷增長(cháng)，LoRa技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)的DNA (device, network and application)，致力于創(chuàng )造更加智慧的星球。

　　當前LoRa在物聯(lián)網(wǎng)應用中的挑戰，也來(lái)自于其極為廣泛的、可滿(mǎn)足物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域多種需求的適用性，它既可以為家庭、樓宇或者小區里的單個(gè)/臺或者數個(gè)/臺傳感器或者物聯(lián)網(wǎng)設備提供便捷經(jīng)濟的網(wǎng)絡(luò )連接，也可以利用開(kāi)放的LoRaWAN協(xié)議為一座城市、一個(gè)省/州、一個(gè)國家甚至跨洲提供物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )，而物聯(lián)網(wǎng)包含了不同應用方式或者商業(yè)模式，因此LoRa技術(shù)所面臨的挑戰是如何盡快去滿(mǎn)足全球物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的廣泛需求。

　　總之，LoRa技術(shù)是一種顛覆性的無(wú)線(xiàn)傳輸方式，具有靈敏度高、功耗低、簡(jiǎn)單靈活、易于部署等特點(diǎn)，更為重要的是它可以根據客戶(hù)的需求來(lái)形成創(chuàng )新的物聯(lián)網(wǎng)連接解決方案，因而基于LoRa技術(shù)的各種創(chuàng )新解決方案被廣泛應用在智慧城市、智能家居與建筑、智慧農業(yè)、智能表計以及智能供應鏈和物流。

　　此外，Semtech及其合作伙伴目前已經(jīng)在國內乃至全球都已為L(cháng)oRa建立了很完整的、豐富的生態(tài)，因而可以很快為最終客戶(hù)形成更多創(chuàng )新的解決方案。LoRa生態(tài)中有專(zhuān)門(mén)做LoRa芯片、SiP的公司，有專(zhuān)門(mén)提供LoRa模組和節點(diǎn)傳感器的公司，有專(zhuān)門(mén)做LoRa網(wǎng)關(guān)和網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器的公司，還有專(zhuān)門(mén)做LoRa應用、服務(wù)運營(yíng)的公司，Semtech與這些合作伙伴一起，給不同行業(yè)提供了很多LPWAN的解決方案。所以Semtech認為，只有與行業(yè)客戶(hù)一起共建和擴展LoRa生態(tài)，才能創(chuàng )造出針對各種各樣不同的應用場(chǎng)景的解決方案。

無(wú)線(xiàn)模塊

u-blox講述無(wú)線(xiàn)

　　對于本地網(wǎng)絡(luò )連接設備，u-blox公司看好在移動(dòng)設備上廣泛應用的兩種技術(shù)——低功耗藍牙和Wi-Fi。這兩種技術(shù)具有高度互操作特性，并且在將來(lái)可以支持物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)功能，如網(wǎng)狀網(wǎng)、安全性或室內定位。由于無(wú)需申請許可的頻段，通過(guò)短距離無(wú)線(xiàn)技術(shù)連接的設備成本較低。

　　對于較遠距離的無(wú)線(xiàn)連接或移動(dòng)設備連接，運營(yíng)商的NB-IoT網(wǎng)絡(luò )可以為其提供服務(wù)。該技術(shù)可與現有的3G和4G移動(dòng)通信標準無(wú)縫集成。

　　其他技術(shù)面臨的挑戰是沒(méi)有電信運營(yíng)商的強力推廣，也沒(méi)有集成到手機和平板電腦等大量的移動(dòng)設備中。

　　u-blox公司首先關(guān)注MCU與無(wú)線(xiàn)芯片的集成。一旦某種無(wú)線(xiàn)技術(shù)變得成熟并且廣泛使用時(shí)，它的收發(fā)器就會(huì )集成到MCU中。之前的移動(dòng)通信技術(shù)是這樣，現在的Wi-Fi和藍牙技術(shù)也是如此。對集成解決方案的資金投入遠遠高于獨立的無(wú)線(xiàn)芯片，特別是當客戶(hù)使用的收發(fā)器和MCU之間存在多種組合的情形下，投入會(huì )更大。

　　無(wú)論設計團隊設計的是芯片還是集成模塊，都要考慮到生產(chǎn)率和總體擁有成本的問(wèn)題。雖然獨立的無(wú)線(xiàn)芯片只需要最少的成本就能實(shí)現大批量生產(chǎn)，但模塊集成解決方案在設計和認證方面需要較少的專(zhuān)業(yè)知識，工作量和風(fēng)險也少得多。

　　u-blox為蜂窩和短距離無(wú)線(xiàn)技術(shù)提供完整系列的小型模塊，用于工業(yè)、汽車(chē)和消費類(lèi)應用場(chǎng)景。u-blox公司的客戶(hù)可以首先選擇一種外形規格，然后選擇一種或多種適用的通信技術(shù)?；谶x定的外形規格可以支持后期的快速升級或調整，同時(shí)保持控制軟件和PCB設計不變。u-blox公司為全球大多數國家和地區提供全面的設計服務(wù)，包括模塊設計、設計審核及模塊認證等。

村田：無(wú)線(xiàn)傳感器的細分市場(chǎng)

　　隨著(zhù)IoT產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，以個(gè)人、家庭為單位的智能生活正在朝著(zhù)以城市為單位的智慧城市轉變，越來(lái)越多的節點(diǎn)將會(huì )一同連入城市大網(wǎng)之中，所以對節點(diǎn)數量、通信距離、可靠性等提出了更高的要求。LPWAN無(wú)疑是應時(shí)代而生的產(chǎn)物。但是全面鋪開(kāi)LPWAN依然面臨著(zhù)不小的挑戰，如何建設一體化的城域網(wǎng)就是其中的難點(diǎn)，NB-IoT是運營(yíng)商在現有通信基站上加以更新以實(shí)現全城布網(wǎng)的效果，LoRa?則需要網(wǎng)絡(luò )服務(wù)商在城市主要干點(diǎn)新建網(wǎng)關(guān)來(lái)搭建城市級網(wǎng)絡(luò )，其中涉及到的資源也是非常巨大的。

　　作為國際知名的電子元器件制造商，村田在通訊模塊領(lǐng)域已經(jīng)耕耘多年。前些年互聯(lián)網(wǎng)飛速發(fā)展的時(shí)代里，村田2.4G Hz的通訊模塊就已經(jīng)在各行各業(yè)扮演著(zhù)舉足輕重的角色，從手機內的Wi-Fi模塊，到汽車(chē)內使用的藍牙模塊，再到智能家居涉及到的ZigBee模塊，村田靠著(zhù)廣泛的產(chǎn)品線(xiàn)和優(yōu)異的品質(zhì)口碑一次又一次贏(yíng)得了客戶(hù)的信賴(lài)。如今正值物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)呈爆發(fā)增長(cháng)趨勢的關(guān)鍵時(shí)期，村田也緊隨著(zhù)市場(chǎng)的浪潮，在LPWAN(低功耗廣域網(wǎng))領(lǐng)域里搶得了先機?；贚oRa?技術(shù)的種種優(yōu)點(diǎn)，村田搶先抓住了某些細分市場(chǎng)。眾所周知，歐美技術(shù)水平和自動(dòng)化程度較高，人口密度低，因此類(lèi)似于水電公司、通信燃氣公司對抄表這個(gè)問(wèn)題一直很頭疼。這種情況下，國外抄表行業(yè)率先使用了LPWAN的技術(shù)，結合村田L(fēng)oRa?模組，基礎服務(wù)供應商(水電公司、通信燃氣公司)可以遠程進(jìn)行抄表，節省了大量人力物力以及時(shí)間進(jìn)行用戶(hù)資費核算，并且通過(guò)后臺的大數據分析，對用水用電高峰區域和時(shí)間進(jìn)行定位，加強維護措施及應急預案，更好地為用戶(hù)提供服務(wù)。

　　在國內市場(chǎng)，村田同樣以L(fǎng)oRa?模塊為切入點(diǎn)，在消防煙感產(chǎn)品上加上了無(wú)線(xiàn)功能，依托于國內LoRa?平臺商的后臺管理系統，用戶(hù)可以很方便地進(jìn)行遠程監控、實(shí)時(shí)警報等功能，非常適合用于家庭或是九小場(chǎng)所等。

　　村田對NB-IoT市場(chǎng)的高速增長(cháng)也十分重視，不斷推出針對NB-IoT市場(chǎng)的模塊及產(chǎn)品。

無(wú)線(xiàn)SoC

TI：兼容多種無(wú)線(xiàn)通信協(xié)議的開(kāi)發(fā)平臺

　　短距離無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品的主要應用場(chǎng)景來(lái)自于方興未艾的物聯(lián)網(wǎng)應用。物聯(lián)網(wǎng)的應用場(chǎng)景多種多樣，各類(lèi)短距離的無(wú)線(xiàn)標準在數據采集端設備均有用武之地，TI通過(guò)統一的SimpleLink開(kāi)發(fā)平臺可以支持低功耗藍牙、ZigBee/ 802.15.4、Thread，WiFi、6LoWPAN，Sigfox 等各種不同協(xié)議。開(kāi)發(fā)者面對碎片化的物聯(lián)網(wǎng)應用，其最大挑戰是需要花費大量的研發(fā)資源在不同的芯片平臺上開(kāi)發(fā)不同的協(xié)議軟件。TI SimpleLink平臺的推出以SDK的方式支持不同的短距離無(wú)線(xiàn)協(xié)議，節省開(kāi)發(fā)者開(kāi)發(fā)時(shí)間，應用層代碼可實(shí)現100%兼容，真正做到統一平臺。

　　獨立RF收發(fā)芯片的好處是靈活，可以配合不同主控芯片實(shí)現不同應用。無(wú)線(xiàn)SoC集成度高，可以提供更優(yōu)的系統成本和更小的PCB尺寸。無(wú)線(xiàn)模塊可降低系統設計復雜度，特別針對無(wú)RF經(jīng)驗的用戶(hù)可以快速上手。TI提供全面的無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品系列，包括無(wú)線(xiàn)SoC和RF收發(fā)芯片，針對部分型號也有模塊產(chǎn)品。在中國市場(chǎng)，TI也有專(zhuān)業(yè)的模塊合作伙伴提供模塊產(chǎn)品。

　　TI創(chuàng )新的SimpleLink開(kāi)發(fā)平臺可以支持低功耗藍牙，ZigBee/ 802.15.4，Thread，WiFi，6LoWPAN，Sigfox 等各種不同協(xié)議.以SDK的方式支持不同的短距離無(wú)線(xiàn)協(xié)議，讓物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)者縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間，應用層帶碼可實(shí)現100%兼容，輕松實(shí)現物聯(lián)網(wǎng)應用開(kāi)發(fā)。

具有無(wú)線(xiàn)功能的SoC的應用場(chǎng)景

　　不久前，意法半導體(ST)宣布出貨STM32WB系列SoC，它是雙核無(wú)線(xiàn)通信芯片，整合一個(gè)功能豐富的Arm Cortex-M4微控制器和一個(gè)Arm Cortex-M0+內核處理器。Arm Cortex-M4微控制器用于運行主要應用軟件;Arm Cortex-M0+內核用于減輕主處理器負荷，執行低能耗藍牙(BLE) 5和IEEE 802.15.4射頻實(shí)時(shí)處理任務(wù)。射頻控制器還能同時(shí)運行其它無(wú)線(xiàn)通信協(xié)議，包括OpenThread、ZigBee或專(zhuān)有通信協(xié)議，為設備聯(lián)入物聯(lián)網(wǎng)(IoT)提供更多連接選擇。

　　那么，為何ST現在才推出無(wú)線(xiàn)的SoC?實(shí)際上，此前ST有單獨的MCU以及藍牙BlueNRG來(lái)支持無(wú)線(xiàn)或者是物聯(lián)網(wǎng)應用，但是注意到客戶(hù)用的“MCU+藍牙雙芯片”方案會(huì )有成本壓力，所以希望可以把內部的IP放到STM32里，做成單芯片。

　　STM32WB為何選擇藍牙或2.4G射頻協(xié)議?以照明為例，傳統上用得較多的是mesh，其中的ZigBee有一個(gè)小問(wèn)題，需要專(zhuān)用的設備去控制燈，而現在人們希望用平板、手機或智能設備去控制燈。當使用智能設備控制時(shí)，藍牙是現有的最好連接方式。當要以這種連接方式去改變傳統的已經(jīng)存在的ZigBee的應用時(shí)，最好的方式是當中有一個(gè)橋接，有一個(gè)設備可以同時(shí)支持這兩種協(xié)議，這也就是為什么STM32WB要支持不同的協(xié)議，而且在應用場(chǎng)景下，能夠同時(shí)支持這兩種協(xié)議。

　　在工業(yè)應用上，“MCU+射頻模塊”組合目前有三塊比較大的應用市場(chǎng)。一是工業(yè)照明，它可能需要mesh的方式來(lái)覆蓋，在較大的工廠(chǎng)環(huán)境以及多鐵和金屬的條件下要做到廣覆蓋，用藍牙的方式會(huì )比較好。第二是表計，表計是一項對連接有較大需求的應用，這個(gè)應用的趨勢是用藍牙的方式進(jìn)行控制(如平板、手機控制)來(lái)監測表的狀態(tài)?；蛘呖梢宰鳛閭鹘y應用的補充，因為它本身是會(huì )接到網(wǎng)關(guān)，再連接到網(wǎng)絡(luò )，這個(gè)網(wǎng)關(guān)如果需要帶藍牙功能，就可以采用STM32WB來(lái)實(shí)現。第三，在工業(yè)應用上會(huì )有更多的傳感器，工業(yè)設備需要較多的傳感器用于監測狀態(tài)，監測到的信息通過(guò)藍牙的方式傳遞會(huì )比較方便。STM32WB具有低功耗，而且里面的藍牙5.0有長(cháng)距離優(yōu)勢，可以在較大的廠(chǎng)區里去完成相應的工作。

　　分立的藍牙芯片或ZigBee芯片今后的市場(chǎng)機會(huì )如何?客戶(hù)的需求是多樣化的，特別是物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)特別碎片化，有的可能需要比較小的資源，只是做一些透傳的射頻的功能，有的可能需要非常強大的資源，外部要加很強大的處理功能的主芯片，如MCU或者M(jìn)PU。因此，傳統的射頻芯片還會(huì )存在，而集成化也是一個(gè)趨勢，STM32WB的出現覆蓋了很多主流的應用，它可以用單芯片來(lái)完成控制和射頻的功能，所以說(shuō)這兩種架構的芯片其實(shí)是互補的，都會(huì )存在，關(guān)鍵是看市場(chǎng)有什么需求。

　　STM32WB主要的技術(shù)挑戰是什么?實(shí)際上，做一個(gè)芯片相對來(lái)講不是特別難的事情，但是如何讓芯片用起來(lái)，則存在很大的差距。芯片應用與生態(tài)系統、軟件和第三方合作伙伴支持是相關(guān)的，STM32WB作為STM32家族里其中一個(gè)產(chǎn)品，它受益于整個(gè)現有的STM32生態(tài)，這個(gè)生態(tài)會(huì )讓新的STM32WB用戶(hù)更快建立它的項目，而現有的項目也很容易做升級。

　　STM32WB采用了雙核方案，開(kāi)發(fā)的難度是否增加了?Hakim稱(chēng)，雙核中的M0+不開(kāi)放給用戶(hù)使用，M0+只是運行藍牙協(xié)議棧以及安全密鑰的權限，客戶(hù)的應用是在M4上運行，因此雙核對客戶(hù)來(lái)講只是單核的MCU，因為M0+加上藍牙只是外設或者可以看成一個(gè)鏈接，而客戶(hù)做應用是基于M4。這比過(guò)去的單核藍牙芯片更簡(jiǎn)單，過(guò)去單核MCU需要處理應用，還需要處理協(xié)議棧，因此更加復雜。而WB是把藍牙的協(xié)議包起來(lái)，是獨立的內核，不會(huì )跟應用的內核搶占它的資源，這是非常巧妙的設計。

　　無(wú)線(xiàn)協(xié)議包在M0+里面，對用戶(hù)不可見(jiàn)，那么用戶(hù)如何去做這部分的修改?首先WB出廠(chǎng)就包含協(xié)議棧，放在M0+里;同時(shí)ST有HCI的接口，客戶(hù)可以不用標準協(xié)議棧，而使用自己的私有協(xié)議棧，這個(gè)協(xié)議?？煞旁贛4里，也可以放在M0+里面，但是M0+是密私鑰，你需要通過(guò)鑰匙的認證，才可以把自己的ZigBee、Thread和私有協(xié)議棧放在M0+里。

　　在WiFi的方案方面，ST的計劃是什么? WiFi現在是物聯(lián)網(wǎng)中非常主流的應用。WiFi與藍牙最大的區別在于WiFi通常用于功耗要求比較高的應用中，藍牙則用于功耗比較敏感的應用。另外WiFi在智能家居領(lǐng)域覆蓋較多。ST也注意到在智能家居中，WiFi通過(guò)網(wǎng)關(guān)轉成藍牙這一趨勢，當然藍牙現在還是多用于可穿戴和個(gè)人近場(chǎng)通訊方面。從ST的產(chǎn)品路線(xiàn)來(lái)看，STM32WB是第一款無(wú)線(xiàn)的產(chǎn)品線(xiàn)，ST將會(huì )投資更多的無(wú)線(xiàn)或者連接的產(chǎn)品來(lái)擴充STM32的產(chǎn)品線(xiàn)，未來(lái)大家可以期待更多產(chǎn)品面世，甚至是帶有WiFi的SoC。

無(wú)線(xiàn)IP

Ensigma連接方案

　　Imagination的Ensigma半導體知識產(chǎn)權(IP)產(chǎn)品包括2.4 GHz和5 GHz頻段的Wi-Fi，以及2.4 GHz頻段的藍牙和802.15.4。提供這些頻段的產(chǎn)品是因為它們在全球范圍內都可用;而其他技術(shù)則使用例如1 GHz以下的其他頻譜，其中的監管框架和頻譜可用性則因國家和地區而異。經(jīng)驗告訴我們，對于大多數大眾市場(chǎng)應用，客戶(hù)更愿意使用全球可用的頻段而不是各個(gè)國家/地區各自不同的頻譜。諸如LoRa和sigfox等技術(shù)傾向于使用不是全球性標準的頻譜。

　　對于無(wú)線(xiàn)解決方案，獨立芯片解決方案和集成化解決方案都具有各自的優(yōu)勢。這實(shí)際上取決于用戶(hù)想要實(shí)現的目標，因為這將影響最終的選擇。

　　如果制造商正在推出一種全新的、前沿的產(chǎn)品，并且制造商預計它會(huì )發(fā)生變化，或者制造商計劃基于一種通用架構來(lái)創(chuàng )建一系列產(chǎn)品，那么采用一個(gè)單獨芯片或獨立的方法是最有效的，它將為制造商帶來(lái)可以更改連接的靈活性，然而這時(shí)所使用的解決方案尺寸會(huì )更大，但隨著(zhù)產(chǎn)品的發(fā)展演變，這種靈活性是值得的。

　　Ensigma連接解決方案旨在為半導體產(chǎn)品設計制造商提供超低功耗且具靈活性的解決方案。這種方案非常適合集成到MCU中，從而實(shí)現快速、輕松的連接。

CEVA：無(wú)線(xiàn)應用的趨勢與優(yōu)勢

　　物聯(lián)網(wǎng)(IoT)是一個(gè)巨大的市場(chǎng)，未來(lái)能達到數十億個(gè)連接設備，有數百個(gè)甚至數千個(gè)使用案例。因此，CEVA公司相信至少在未來(lái)幾年內，許多無(wú)線(xiàn)標準都有發(fā)展空間。例如，Wi-Fi和藍牙成為在家中的主導標準是合理的，因為這種標準已經(jīng)融入了智能手機中，因而可以輕松用于控制其它設備。但是， Thread、ZWave和Zigbee已經(jīng)存在，不想被趕出市場(chǎng)。但CEVA公司認為，在接下來(lái)的十年左右，Wi-Fi和藍牙最終將超越ZWave和ZigBee，不過(guò)在此之前，所有這些協(xié)議將并行存在，ZWave和ZigBee至少具有相容性。而且，每一代新的藍牙和Wi-Fi標準的發(fā)展，都增加了其競爭優(yōu)勢。

　　例如，Wi-Fi 6包含專(zhuān)門(mén)用于IoT應用的低功耗版本，這是Wi-Fi標準首次針對IoT設備的規范級別。至于針對一般IoT用例的更長(cháng)距離連接，CEVA公司認為最終將圍繞NB-IoT和Cat-M1蜂窩技術(shù)進(jìn)行整合，因為這些是3GPP定義的標準，將在全球范圍內實(shí)施，這樣可以降低成本并且獲得很高的互操作性。

　　對芯片獨立或整合的好處，實(shí)際上取決于客戶(hù)和最終應用。

　　? 如果用戶(hù)正在開(kāi)發(fā)一款不計成本的產(chǎn)品，并且需要非?？斓纳鲜袝r(shí)間，那么帶有所需連接功能的現成無(wú)線(xiàn)芯片是很方便的方案。雖然總體材料成本會(huì )較大，但用戶(hù)有很好的選擇，這可降低設計的復雜性。

　　? 如果用戶(hù)想到一個(gè)更具體的應用，需要專(zhuān)用解決方案，例如智能電表或健身可穿戴設備，那么可以使用專(zhuān)用的MCU器件，以此將所有必需的模塊集成到低功耗解決方案中。雖然這將增加開(kāi)發(fā)設備的復雜性，但由于芯片的專(zhuān)用特性，因此可以提供更好的性能。

　　? 最后有第三種選擇，即是針對市場(chǎng)開(kāi)發(fā)自己的芯片。當用戶(hù)看到市場(chǎng)對產(chǎn)品的需求數量足夠多時(shí)，讓“中間人”無(wú)線(xiàn)芯片或MCU供應商參與進(jìn)來(lái)不再合算，用戶(hù)可以省下購買(mǎi)這些芯片的費用。這方面的很好例子是無(wú)線(xiàn)揚聲器或無(wú)線(xiàn)耳機市場(chǎng)，每年的產(chǎn)品數量達到數億，因此市場(chǎng)容量足夠大，使得某些公司為其產(chǎn)品進(jìn)行自己的工程研發(fā)變得合理。

　　CEVE擁有不同的客戶(hù)，他們分別采用采購無(wú)線(xiàn)芯片、MCU和定制芯片這三種商業(yè)模式。

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　　本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》2018年第11期第9頁(yè)，歡迎您寫(xiě)論文時(shí)引用，并注明出處。