工業(yè)無(wú)線(xiàn)標準豐富多樣，Silicon Labs提供多種解決方案

1 IIoT對無(wú)線(xiàn)連接的要求

在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）應用中有三種通用類(lèi)型的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )：（1）由客戶(hù)開(kāi)發(fā)、實(shí)施和維護的專(zhuān)有網(wǎng)絡(luò )；（2）由客戶(hù)部署和維護的基于標準的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )；（3）客戶(hù)以付費形式接入的現有蜂窩物聯(lián)網(wǎng)（IoT）網(wǎng)絡(luò )，例如LTE-M或NB-IoT。蜂窩物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應用的一個(gè)理想選擇，例如應用在跨越遠距離和大區域（如城市、州/省甚至全國范圍）內的資產(chǎn)跟蹤。

在為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應用選擇通信網(wǎng)絡(luò )時(shí)，客戶(hù)必須考慮各種技術(shù)和成本因素。對于許多客戶(hù)而言，這些考慮因素將繼續推動(dòng)他們使用專(zhuān)有的或基于標準的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )來(lái)構建和維護他們自己的網(wǎng)絡(luò )。我們預測，在可預見(jiàn)的將來(lái)，這些網(wǎng)絡(luò )還將與蜂窩技術(shù)共存。盡管5G在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)方面具有廣闊的應用前景，但現有的無(wú)線(xiàn)技術(shù)可以為僅需要低數據速率的機器對機器（M2M）和機器對云端應用提供可擴展且經(jīng)濟高效的連接。

Silicon Labs副總裁兼物聯(lián)網(wǎng)工業(yè)和商業(yè)產(chǎn)品總經(jīng)理 Ross Sabolcik

2 看好哪類(lèi)無(wú)線(xiàn)通信標準

Silicon Labs的無(wú)線(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)解決方案廣泛支持多樣化的無(wú)線(xiàn)協(xié)議，包括Zigbee、Thread、藍牙mesh、低功耗藍牙、Wi-Fi、Z-Wave和專(zhuān)有協(xié)議等。我們?yōu)槲锫?lián)網(wǎng)應用提供了豐富的器件組合，包括無(wú)線(xiàn)SoC和模塊、微控制器和傳感器，使客戶(hù)能夠構建完整的系統，來(lái)監測環(huán)境變化、在本地處理數據，并使用無(wú)線(xiàn)技術(shù)將數據傳輸到云端進(jìn)行分析。我們的客戶(hù)和合作伙伴還可以使用我們的射頻產(chǎn)品，來(lái)實(shí)現Wireless M-Bus、Wi-SUN、ISA-100和WirelessHART等更多的無(wú)線(xiàn)通信協(xié)議，以滿(mǎn)足特定的工業(yè)應用需求。

作為Silicon Labs的關(guān)鍵差異化要素之一，我們?yōu)楣I(yè)物聯(lián)網(wǎng)提供了不偏不倚的無(wú)線(xiàn)連接。Silicon Labs為客戶(hù)提供了前所未有的靈活性，使他們可以從多種可選的無(wú)線(xiàn)協(xié)議中選擇任何一種，這是因為我們的無(wú)線(xiàn)器件是在一個(gè)可支持多種標準和專(zhuān)有協(xié)議的通用的、可擴展的平臺上構建的。針對工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)，Silicon Labs提供了靈活的連接技術(shù)選擇，包括能夠在2.4 GHz運行各種領(lǐng)先的、基于標準的協(xié)議，以及大部分在1 GHz以下運行的專(zhuān)有協(xié)議，所有這些功能都可以集成在同一個(gè)無(wú)線(xiàn)系統級芯片（SoC）器件上。

Silicon Labs的無(wú)線(xiàn)器件還支持多協(xié)議操作，允許連接器件在運行時(shí)在不同的協(xié)議之間進(jìn)行動(dòng)態(tài)切換，從而為應用開(kāi)發(fā)人員設計具有出色互通性和連接性的設備提供了巨大的發(fā)揮空間。在同一個(gè)無(wú)線(xiàn)器件中支持多協(xié)議連接，使客戶(hù)能夠連接到不同的異構網(wǎng)絡(luò )，或隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)標準的不斷發(fā)展演進(jìn)而對其網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行現場(chǎng)升級。我們?yōu)闊o(wú)線(xiàn)硬件和軟件開(kāi)發(fā)了平臺化方法，還使客戶(hù)能夠在多樣化的通信網(wǎng)絡(luò )中充分利用其投資。這項功能支持客戶(hù)將產(chǎn)品部署到當今細分化的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)中，并在生態(tài)系統繼續演進(jìn)發(fā)展的同時(shí)實(shí)現互聯(lián)互通最大化。

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)涉及數量眾多、各自不同的應用和市場(chǎng)。Silicon Labs將關(guān)注點(diǎn)放在了樓宇自動(dòng)化、智能照明、智能表計、資產(chǎn)管理和其他類(lèi)似的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應用上，它們需要基于標準的和專(zhuān)有的低功耗無(wú)線(xiàn)連接。為滿(mǎn)足這些應用需求，Silicon Labs提供了不同硬件集成度和連接技術(shù)的各種無(wú)線(xiàn)SoC和模塊器件，以增強整個(gè)系統的集成，并幫助開(kāi)發(fā)人員降低系統成本和復雜性。

3 Silicon Labs的解決方案

3.1 Wireless Gecko Series 2平臺（無(wú)線(xiàn)SoC芯片和模塊）：Silicon Labs的新一代Series 2 Wireless Gecko產(chǎn)品組合設計旨在使物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品更加強大、高效和可靠?；赪ireless Gecko產(chǎn)品組合已經(jīng)過(guò)驗證的射頻和多協(xié)議能力，Series 2提供了一個(gè)通用的、可擴展的物聯(lián)網(wǎng)連接平臺和小型化的無(wú)線(xiàn)SoC，這些芯片具有專(zhuān)用的安全防護內核和片上射頻；相比競爭性解決方案，它們可提供2.5倍的無(wú)線(xiàn)覆蓋范圍。隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)設備不斷被采用和持續增長(cháng)的多樣性，開(kāi)發(fā)人員在尋求靈活的連接解決方案，以幫助他們快速地將差異化的產(chǎn)品推向市場(chǎng)，同時(shí)降低成本和設計復雜性。Series 2滿(mǎn)足了這一需求，并改進(jìn)了多個(gè)設計要素，包括無(wú)線(xiàn)性能、可靠性、軟件重用和增強的安全性，以加速物聯(lián)網(wǎng)的開(kāi)發(fā)、部署和采用。首個(gè)Series 2產(chǎn)品包括支持Zigbee、Thread和藍牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )等多協(xié)議的EFR32MG21 SoC芯片，以及專(zhuān)用于低功耗藍牙和藍牙mesh的EFR32BG21 SoC芯片。這些SoC為包括網(wǎng)關(guān)、集線(xiàn)器、照明、語(yǔ)音助手和智能電表電線(xiàn)供電的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品提供了理想的解決方案。

Silicon Labs最近推出了一個(gè)全新的高集成度的、安全的Series 2模塊產(chǎn)品組合，它們可減少開(kāi)發(fā)成本和復雜性，從而可更輕松地在多樣化的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品上添加強大的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )連接。新型的MGM210x和BGM210x Series 2模塊支持領(lǐng)先的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )協(xié)議（Zigbee、Thread和藍牙mesh）、低功耗藍牙和多協(xié)議連接。Series 2模塊產(chǎn)品組合的初始系列包括業(yè)界首款針對LED燈泡優(yōu)化的、預先通過(guò)認證無(wú)線(xiàn)模塊，和旨在滿(mǎn)足各種超小型物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品需求而設計的通用印刷電路板（PCB）外形模塊。

為了幫助物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)人員保護其產(chǎn)品免受惡意攻擊，Silicon Labs在設計Series 2 SoC和模塊時(shí)都包含了一流的安全功能。例如，利用可信根和安全加載器（RTSL）技術(shù)的安全啟動(dòng)有助于防止惡意軟件注入和回滾，確保了可靠安全的固件執行和無(wú)線(xiàn)（OTA）更新。專(zhuān)用安全內核隔離了應用處理器，并且通過(guò)差分算能分析（DPA）對策提供快速、高效的加密操作。符合NIST SP800-90和AIS-31的真隨機數發(fā)生器（TRNG）可加強器件加密。具有鎖定/解鎖功能的安全調試界面支持通過(guò)驗證的訪(fǎng)問(wèn)以增強故障分析。該模塊的Arm Cortex-M33內核集成了TrustZone技術(shù)，可為可信軟件架構實(shí)現系統級硬件隔離。

3.2 Wireless Gecko Series 1平臺（無(wú)線(xiàn)SoC和模塊）：Silicon Labs于2016年初推出了第一代Wireless Gecko。從那時(shí)起，Wireless Gecko Series 1平臺的SoC、模塊和軟件已成為業(yè)界領(lǐng)先的多協(xié)議、多頻段物聯(lián)網(wǎng)連接解決方案，為各種的物聯(lián)網(wǎng)應用和市場(chǎng)提供靈活的無(wú)線(xiàn)協(xié)議和性?xún)r(jià)比選擇。該平臺集成了一個(gè)功能強大的Arm  Cortex-M4內核、節能的Gecko技術(shù)、具有高達19.5 dBm輸出功率的2.4 GHz射頻以及先進(jìn)的硬件加密技術(shù)。為了加速無(wú)線(xiàn)應用設計，Wireless Gecko SoC采用用于網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )的、業(yè)內最佳的Thread和Zigbee協(xié)議棧，為專(zhuān)有協(xié)議提供的直觀(guān)的射頻接口軟件、用于點(diǎn)對點(diǎn)連接的低功耗藍牙，以及可簡(jiǎn)化無(wú)線(xiàn)應用開(kāi)發(fā)、配置、調試和低能耗設計的Simplicity Studio工具。

（注：本文刊登于《電子產(chǎn)品世界》雜志2020年11期）