萬(wàn)物互聯(lián)的無(wú)限可能：從“物聯(lián)網(wǎng)+”到“物聯(lián)網(wǎng)X”（下）

“貿澤與你大咖說(shuō)”攜手Silicon Labs和TE Connectivity（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“TE”），以“物聯(lián)網(wǎng) 連接智能世界”為主題，和大家一起探討物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的技術(shù)。

上期內容中，我們談到從物聯(lián)網(wǎng)到智能物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)挑戰，在本期內容中，我們將分享關(guān)鍵技術(shù)痛點(diǎn)等精彩內容：

從物聯(lián)網(wǎng)到智能物聯(lián)網(wǎng) 關(guān)鍵技術(shù)挑戰和痛點(diǎn)

挑戰一：碎片化痛點(diǎn)

物聯(lián)網(wǎng)應用碎片化和技術(shù)標準碎片化

物聯(lián)網(wǎng)應用的碎片化問(wèn)題困擾了物聯(lián)網(wǎng)廠(chǎng)商很長(cháng)時(shí)間。而隨著(zhù)聯(lián)網(wǎng)的設備越來(lái)越多，應用場(chǎng)景越來(lái)越豐富，覆蓋的區域越來(lái)越廣，碎片化的痛點(diǎn)也進(jìn)一步凸顯。

劉俊解釋?zhuān)湍壳皝?lái)看，由于沒(méi)有一個(gè)技術(shù)標準可以涵蓋所有的應用場(chǎng)景，事實(shí)上，工業(yè)、家庭等不同應用面臨不同的技術(shù)標準。這就導致了當前需要多種標準協(xié)議共存的狀態(tài)。這就勢必會(huì )增加部署的復雜度以及設備及其維護成本。在他看來(lái)，碎片化問(wèn)題的解決終究是要靠市場(chǎng)來(lái)推動(dòng)的?！氨热缯f(shuō)某一天，當一個(gè)技術(shù)能夠覆蓋更多應用場(chǎng)景，勢必很多技術(shù)就會(huì )慢慢趨于整合。事實(shí)上，我們也看到各個(gè)無(wú)線(xiàn)通信標準也在不斷地演進(jìn)，所以有待時(shí)日由市場(chǎng)去推動(dòng)?！?/p>

無(wú)線(xiàn)協(xié)議是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵焦點(diǎn)，當前主流的協(xié)議包括Wi-Fi、藍牙、Zigbee、Matter和Thread等。面對當前多個(gè)無(wú)線(xiàn)連接協(xié)議標準共存的情況下，采用不同協(xié)議的物聯(lián)網(wǎng)設備如何實(shí)現兼容，也成為物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)界近年來(lái)努力的方向。

2022年10月發(fā)布的Matter標準是一大成果。100%投入物聯(lián)網(wǎng)的Silicon Lab深度參與了Matter這項全球性物聯(lián)網(wǎng)標準的制定、開(kāi)發(fā)、驗證等工作Matter這項全球性的物聯(lián)網(wǎng)連接標準。Matter構建在現有的IP連接協(xié)議之上，可以實(shí)現包括終端產(chǎn)品、移動(dòng)應用和云服務(wù)在內的跨平臺物聯(lián)網(wǎng)通信。

據介紹，Silicon Labs已經(jīng)推出了可量產(chǎn)的Matter無(wú)線(xiàn)解決方案，并且通過(guò)了CSA連接標準聯(lián)盟的認證，可用于開(kāi)發(fā)支持Thread、Wi-Fi和藍牙協(xié)議的Matter終端產(chǎn)品。通過(guò)為L(cháng)ED燈泡、門(mén)鎖、暖通空調（HVAC）、商業(yè)照明和門(mén)禁控制等各種不同的智能家居和商業(yè)應用提供統一的連接標準，Matter可簡(jiǎn)化產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和用戶(hù)體驗。

圖2：無(wú)線(xiàn)Gecko系列產(chǎn)品

在此之前，Silicon Labs則致力于通過(guò)一顆芯片實(shí)現多協(xié)議解決多種應用場(chǎng)景。2015年，Silicon Labs推出業(yè)內首顆多協(xié)議物聯(lián)網(wǎng)芯片無(wú)線(xiàn)Gecko EFR32xG系列，到目前已經(jīng)是第三代。該芯片可以支持Zigbee、藍牙、Wi-SUN、Z-Wave等多種協(xié)議。也就是說(shuō)，當用戶(hù)需要設計一個(gè)產(chǎn)品適合不同的應用的時(shí)候，完全可以通過(guò)這一顆芯片去符合所有的應用場(chǎng)景，大大簡(jiǎn)化了設計流程。

挑戰二：低功耗是物聯(lián)網(wǎng)方案成敗的關(guān)鍵

隨著(zhù)應用層面日趨豐富，物聯(lián)網(wǎng)的功耗問(wèn)題也越來(lái)越受關(guān)注。低功耗已經(jīng)成為物聯(lián)網(wǎng)解決方案的標配，幾乎可以說(shuō)是成敗的關(guān)鍵。

劉俊解釋?zhuān)膯?wèn)題存在于兩個(gè)部分。一個(gè)是硬件層面，芯片本身的功耗。而半導體行業(yè)幾十年來(lái)的發(fā)展，工藝制程從90納米到40納米到28納米、14納米，不斷提高集成度以實(shí)現更多功能的同時(shí)，一個(gè)重要的目標就是降低功耗。另一個(gè)是軟件層面，即無(wú)線(xiàn)協(xié)議或標準方面，因為物聯(lián)網(wǎng)數據傳輸帶來(lái)的功耗其實(shí)跟發(fā)送數據的頻率和數據量有很大的關(guān)系。

除此之外，低功耗問(wèn)題還不僅僅與芯片和標準協(xié)議有關(guān)系，與許多被動(dòng)元器件，比如藍牙天線(xiàn)等的相關(guān)指標也是息息相關(guān)的。

公配偉以心臟起搏器監視器方案為例做解釋?zhuān)赋?，在該方案中，除了藍牙芯片以及相關(guān)的藍牙協(xié)議外，在被動(dòng)元件上同樣可以圍繞低功耗做文章。以藍牙天線(xiàn)的功耗為例，有一個(gè)叫做“效率值”的概念，如果天線(xiàn)的效率值只有10%，那么意味著(zhù)芯片的功率再大，也有90%已經(jīng)損失了，而如果天線(xiàn)效率值能達到90%，同樣對降低功耗做出了貢獻。

挑戰三：電磁干擾問(wèn)題

電磁干擾問(wèn)題是困擾工程師的另一大難題。隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)設備和應用越來(lái)越多，各個(gè)頻段的應用幾乎達到了極致，這就導致了不同模塊之間的相互干擾，對于濾波以及抗干擾性的要求不斷提升。

比如，城市應用就中有太多的同頻干擾問(wèn)題，讓眾多工程師犯難。要如何克服？

公配偉解釋?zhuān)瑥脑O計上看，電磁干擾之所以會(huì )產(chǎn)生，是因為當兩個(gè)設備之間，幾個(gè)天線(xiàn)離得太近，就會(huì )容易產(chǎn)生串擾。他指出，目前行業(yè)中用于解決電磁干擾問(wèn)題通常會(huì )有多種方法，從被動(dòng)元件的角度，比如用一些方法控制射頻信號對外的輻射量，以及盡量讓元器件接地來(lái)將這些輻射信號做一個(gè)屏蔽。

不過(guò)他也指出，由于目前各類(lèi)物聯(lián)網(wǎng)方案的應用場(chǎng)景復雜，且需求和設計規范等都各有不同，因而現階段難以有一個(gè)可以解決所有問(wèn)題的方案，只能根據不同設備的要求去不停地調試解決。而從長(cháng)遠來(lái)看，要讓電磁干擾問(wèn)題更有效地解決，需要多方的綜合努力，包括要有一整套統一嚴格的物聯(lián)網(wǎng)方案設計規范等。

深耕垂直應用 智慧城市、智慧醫療

智能家居市場(chǎng)潛力無(wú)限

隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在各個(gè)行業(yè)中的滲透和深化，或將掀起“下一個(gè)工業(yè)革命”，它將深刻改變人們生活、工作、出行、娛樂(lè )的方方面面，甚至改變全球的企業(yè)或組織的交互方式。如今，物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)進(jìn)入到快速發(fā)展期，涵蓋穿戴設備、智能家居、智慧城市、物流管理、智能制造、智慧農業(yè)等眾多垂直應用領(lǐng)域，有著(zhù)非常廣闊的市場(chǎng)前景。

物聯(lián)網(wǎng)正在我們的身邊發(fā)生，比如在智慧城市應用中，智能電表的應用可以實(shí)現可聯(lián)網(wǎng)化遠程抄表，節省了城市運營(yíng)中的大量人工和時(shí)間成本。而在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的應用中，我們也看到很多的工廠(chǎng)在讓更多的設備能夠聯(lián)網(wǎng)貢獻數據，從而為進(jìn)一步優(yōu)化產(chǎn)線(xiàn)、提高效率提供數據洞見(jiàn)。

熱門(mén)垂直應用一：智慧城市

智慧城市是指利用各種信息技術(shù)或創(chuàng )新概念，將城市的系統和服務(wù)打通、集成，以提升資源運用的效率，優(yōu)化城市管理和服務(wù)，以及改善市民生活質(zhì)量。創(chuàng )造出更加人性化、便捷化的都市生活。

在一座城市里，包含的應用非常多，比如配電設施、表計設施、屋頂太陽(yáng)能面板以及路燈管理，以及智能樓宇、車(chē)、路系統管理等等。要讓城市具備“智慧”，數字化管理是非常重要的方面。但要實(shí)現數字化管理的前提是，城市里的各類(lèi)設施要逐漸成為物聯(lián)網(wǎng)化的設備，它能夠實(shí)時(shí)采集城市的運行中的各類(lèi)數據，并把這些數據貢獻到云端，來(lái)進(jìn)一步分析從而優(yōu)化城市管理、提升整體效率。

劉俊介紹，在智慧城市的方案設計上面臨諸多挑戰。首先必須要求具備可擴展性，要實(shí)現100-100,000+裝置，在惡劣環(huán)境下保持長(cháng)距離通信。

其次是復雜性，面臨多個(gè)標準需要共存，線(xiàn)路和電池供電等問(wèn)題。比如智慧城市里面有非常多的應用場(chǎng)景，勢必會(huì )帶來(lái)有不同的通信方式。比如常見(jiàn)的有5G，像是攝像頭應用就需要5G的高帶寬高速率。也有一些低功耗的設備，比如廣域網(wǎng)的就可以用NB-IoT。此外還有一些新的應用趨勢，比如在電表中加入藍牙，用戶(hù)就可以實(shí)現實(shí)時(shí)讀取家中耗電情況。

另外還有兼容性，要支持傳統和未來(lái)的技術(shù)標準。此外，更重要的是，智慧城市方案的部署時(shí)間往往要持續5-20年，其可靠性和安全性至關(guān)重要。

例如，智能表計應用，在智慧城市應用中已經(jīng)十分廣泛。主要有用于住宅用電和監控的智能電表，用于住宅和商業(yè)天然氣的使用和監控智能燃氣表以及一些能量表或熱量表及熱量計。

公配偉指出，這對傳感器和連接器提出更高要求。如在工業(yè)儀表系統中，綜合成本壓力推動(dòng)壓力傳感器性能升級。其中，高精度數字壓力傳感器吸收了很大一部分校準成本，以及內嵌定制通訊協(xié)議等；在住宅計量系統，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和節能驅動(dòng)了智能住宅燃氣計量升級的需求。

智能表計的連接挑戰，則要必須足夠耐用，能夠可靠地運行數十年，并在其整個(gè)生命周期內準確無(wú)誤地傳輸使用數據；許多組件在保證堅固耐用的同時(shí)，還要實(shí)現小型化，以便為高級功能留出空間；量表的無(wú)線(xiàn)傳輸通常需要抗干擾，可能需要定制天線(xiàn)，以適應不同的應用環(huán)境；戶(hù)外無(wú)線(xiàn)連接常常會(huì )遇到一些挑戰，包括各種潛在干擾源及信號阻塞的問(wèn)題。

熱門(mén)垂直應用二：智慧健康

過(guò)去三年的疫情，也讓公眾對健康問(wèn)題關(guān)注度大幅提升。

智慧醫療或健康方面，物聯(lián)網(wǎng)能做什么？劉俊指出，很多醫療健康設備變得越來(lái)越智能，具有便攜化、小型化、可聯(lián)網(wǎng)，即物聯(lián)化的特點(diǎn)。從脈搏血氧儀和心電圖監測儀到健身可穿戴設備，智能醫療設備可續監控和跟蹤患者的生理狀況，并且通過(guò)藍牙連接在智能手機應用程序上遠程查看收集的健康數據。

另外一個(gè)重要的趨勢是，當健康數據可以被收集并分析，就意味著(zhù)我們可以對自己的身體健康趨勢有一個(gè)提前的預判。劉俊認為，這也是醫療健康設備的物聯(lián)網(wǎng)化帶來(lái)的重要發(fā)展。隨著(zhù)健康數據積累得越來(lái)越多，就更有可能對疾病做提前的預防和改善，而不是等到出現癥狀才進(jìn)行治療干預。這其實(shí)才是更有意義的一步。

而這其中涉及的技術(shù)層面的問(wèn)題，包括傳感器精度的提升以及算法的發(fā)展。劉俊介紹，現在可以利用機器學(xué)習等手段，通過(guò)大數據、云端運算的方式來(lái)訓練出算法，再把這個(gè)算放放到本地，以低功耗、低成本的方式來(lái)運行，同時(shí)這個(gè)算法也是不斷在進(jìn)化的?！半S著(zhù)數據量的增加和時(shí)間的推移，這個(gè)算法會(huì )變得越來(lái)越精準，也就是說(shuō)我們每一個(gè)智能的醫療設備，它其實(shí)帶了一個(gè)小大腦，它能夠給你的趨勢或者數據做出更精確的一個(gè)診斷?！眲⒖≌f(shuō)。

據了解，Silicon Labs通過(guò)打造可擴展平臺方法來(lái)提供的物聯(lián)網(wǎng)連接，使客戶(hù)能夠為其智能家居中的主要應用場(chǎng)景選擇合適無(wú)線(xiàn)解決方案（Zigbee、Z-Wave、Thread、藍牙 Mesh、低功耗藍牙、Wi-Fi和專(zhuān)有協(xié)議），同時(shí)利用硬件、軟件棧來(lái)實(shí)現這些無(wú)線(xiàn)傳輸。

公配偉也強調，隨著(zhù)人口老齡化的大趨勢，未來(lái)大健康數據將是迅速增長(cháng)的產(chǎn)業(yè)。物聯(lián)網(wǎng)連接便是革新醫療保健和實(shí)現各種挽救生命應用載體。TE近年來(lái)一直專(zhuān)注于基于智慧健康設備的電源、信號、天線(xiàn)、數據的互聯(lián)方案。公配偉指出，智慧健康的關(guān)鍵技術(shù)指標包括堅固耐用設計、小型化以及數據連接。此外還有對使用壽命、一體化解決方案、容錯等方面的額外要求。

熱門(mén)垂直應用三：智能家居

智能家居是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的一個(gè)重要的應用領(lǐng)域。近年來(lái)，在智能化、5G、AI、物聯(lián)網(wǎng)等新興技術(shù)的驅動(dòng)下，智能家居行業(yè)得以快速發(fā)展。消費者正在采用智能家居技術(shù)，并從其帶來(lái)的增強便利性、安全性和舒適性中受益。在全球新冠疫情反復、無(wú)接觸服務(wù)需求增長(cháng)、居家辦公模式逐步走向常態(tài)化的大背景下，預計將進(jìn)一步催化智能家居技術(shù)行業(yè)的快速發(fā)展。

圖3：全球智能家居設備市場(chǎng)

劉俊指出，智能家居行業(yè)已經(jīng)發(fā)展了20多年，尤其是過(guò)去幾年，隨著(zhù)越來(lái)越多的智能設備進(jìn)入家庭，比如智能燈泡、智能插座以及各類(lèi)帶有傳感器的智能家居設備。一大顯著(zhù)的趨勢是，智能家居設備的成本大幅降低。只有普通人能夠消費得起，整個(gè)行業(yè)才能進(jìn)入規模發(fā)展。而成本問(wèn)題不單單是器件層面，還包括開(kāi)發(fā)成本。所以對于物聯(lián)網(wǎng)廠(chǎng)商而言，如何開(kāi)發(fā)出低成本、更易用的產(chǎn)品是接下去的重點(diǎn)。

不過(guò)這其中也伴隨著(zhù)新問(wèn)題。隨著(zhù)你的家越來(lái)越“懂”你，家里的每一個(gè)智能設備也同時(shí)保留了大量的私人數據，數據安全隱私保護成為智能家居產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵的一環(huán)。

據了解，Silicon Labs很早就已經(jīng)和生態(tài)合作伙伴一起研究物聯(lián)網(wǎng)設備以及數據安全的問(wèn)題，其新一代的EFR32xG2x系列芯片提供了高級安全功能Security Vault，這是業(yè)內第一顆通過(guò)PSA高等級Level 3的物聯(lián)網(wǎng)芯片。

此外，生態(tài)化發(fā)展也是目前智能家居產(chǎn)業(yè)的重要趨勢。比如，現在有智能家居的設備都是來(lái)自于不同的廠(chǎng)家，我們需要讓各個(gè)廠(chǎng)家的設備都能夠互聯(lián)互通的，才能真正讓用戶(hù)體驗到智能化的魅力?！八越酉聛?lái)產(chǎn)業(yè)面臨的狀況就是，生態(tài)有了以后，大家未來(lái)會(huì )打破這樣一個(gè)生態(tài)的壁壘，讓用戶(hù)無(wú)需考慮品牌或是來(lái)自于哪一個(gè)生態(tài)的產(chǎn)品，都可以讓整個(gè)家智能的運作起來(lái)?！眲⒖≌f(shuō)。

相應地，在智能家居方面，TE內部有一個(gè)單獨的家電事業(yè)部。公配偉介紹，TE的天線(xiàn)、應用工具、電纜組件、連接器、無(wú)源元件、繼電器和開(kāi)關(guān)、傳感器、端子和管道解決方案可滿(mǎn)足客戶(hù)的特定設計要求，并預測設計挑戰的發(fā)生。

未來(lái)趨勢 萬(wàn)物互聯(lián) 無(wú)限可能

萬(wàn)物互聯(lián)正在不斷深入，并創(chuàng )造無(wú)限可能。從現階段的產(chǎn)業(yè)發(fā)展來(lái)開(kāi)未來(lái)更多的趨勢和可能性，本期的大咖觀(guān)點(diǎn)總結下來(lái)主要集中在小型化、便攜化、低功耗等需求將繼續攀升。這對于方案設計端到應用落地端而言，都將不斷提出新挑戰。

在創(chuàng )新應用場(chǎng)景層面，則會(huì )有更多的可能性。

智慧農業(yè)

在智慧農業(yè)的應用上，更多的深入創(chuàng )新已經(jīng)萌芽。嘉賓們提到，已經(jīng)有運營(yíng)商在農場(chǎng)奶牛監測的應用上更進(jìn)一步，他們開(kāi)始利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來(lái)監測奶牛的體溫、健康狀況、甚至關(guān)心奶牛們的運動(dòng)狀況和情緒狀態(tài)——給它們播放音樂(lè )，鼓勵它們每天走一萬(wàn)步…… 這些都可能影響奶牛的產(chǎn)奶質(zhì)量。人們越來(lái)越相信，一頭健康且心情愉悅的奶牛，會(huì )產(chǎn)出更高質(zhì)量的牛奶。這是非常有趣的視角，也是技術(shù)發(fā)展帶來(lái)的觀(guān)念革新。

電動(dòng)工具

物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線(xiàn)連接技術(shù)的發(fā)展，未來(lái)也將改變電動(dòng)工具的應用。據劉俊介紹，比如電動(dòng)工具在流水線(xiàn)上打螺絲的應用，可以通過(guò)藍牙的方式去配置電動(dòng)工具的力矩，來(lái)針對某一個(gè)產(chǎn)品線(xiàn)進(jìn)行標準化的操作。此外，無(wú)線(xiàn)連接技術(shù)還可以用于對電動(dòng)工具等資產(chǎn)的追蹤管理上，以及預測性維護等。

Matter智能家居協(xié)議：Matter協(xié)議的發(fā)展也值得物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)界進(jìn)一步期待。Matter智能家居協(xié)議在成立之初就承諾，使用Matter協(xié)議的設備將可以兼容Aamzon、Google、Apple、Samsung等智能家居生態(tài)。Matter無(wú)疑將加速全球智能家居生態(tài)以及企業(yè)的融合，通過(guò)Matter來(lái)無(wú)縫對接全球智能家居市場(chǎng)，加快企業(yè)全球化戰略拓展速度為企業(yè)帶來(lái)的新增長(cháng)。

從未來(lái)技術(shù)趨勢層面，5G、AIoT以及智能邊緣技術(shù)也將隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)一步發(fā)展，成為物聯(lián)網(wǎng)應用的重要支持技術(shù)。

低延遲、高可靠性的物聯(lián)網(wǎng)應用連接將越來(lái)越關(guān)鍵。而5G的超可靠、低延遲通信容量和對時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò )的支持對于物聯(lián)網(wǎng)的采用非常重要。醫療保健領(lǐng)域的可穿戴技術(shù)，將增大從5G中的受益。

AI和物聯(lián)網(wǎng)（IoT）的相互融合滲透形成AIoT的概念，即將AI技術(shù)嵌入到IoT組件中，這一技術(shù)趨勢將越來(lái)越重要。將連接的傳感器和執行器收集的數據與AI相結合，可以在邊緣減少延遲、增加隱私和實(shí)時(shí)智能。

此外，智能邊緣計算也是另一個(gè)重要技術(shù)趨勢。隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，傳感器無(wú)處不在，這將導致收集的數據量大幅增加。然而，大多數物聯(lián)網(wǎng)設備的處理能力有限，因此數據處理在云端/上位機系統進(jìn)行，數據中心通常遠離生成傳感器數據的物聯(lián)網(wǎng)設備。隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統變得更加復雜，以減少延遲并在響應來(lái)自物聯(lián)網(wǎng)設備的傳感器信號時(shí)實(shí)現近乎自主的決策，一些數據分析功能正在轉移到網(wǎng)絡(luò )邊緣，更靠近數據生成源。

“物聯(lián)網(wǎng)就是把一個(gè)沒(méi)有生命的東西變成有生命了?！边@或許能從一個(gè)側面形象地總結物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對于當前的物理世界和數字世界所產(chǎn)生的影響。而技術(shù)的魅力正在于這種無(wú)限的可能性。

來(lái)源：貿澤電子微信公眾號