IoT 布局有“道”，看 IC 廠(chǎng)商如何化繁為“簡(jiǎn)”？

從互聯(lián)網(wǎng)、到移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、再到物聯(lián)網(wǎng)，連接的形態(tài)正在發(fā)生著(zhù)翻天覆地的變化。

從互聯(lián)網(wǎng)、到移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、再到物聯(lián)網(wǎng)，連接的形態(tài)正在發(fā)生著(zhù)翻天覆地的變化?；ヂ?lián)網(wǎng)時(shí)代，主要是電腦與網(wǎng)絡(luò )間的連接;移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，則使得手機與電腦和網(wǎng)絡(luò )連接在一起。而物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，將會(huì )讓各種各樣形態(tài)的智能產(chǎn)品，從手機、手表、手環(huán)等個(gè)人相關(guān)的產(chǎn)品，到汽車(chē)、音箱、空調等家用產(chǎn)品，再到智慧農業(yè)、智慧工業(yè)等相關(guān)的產(chǎn)品，都將進(jìn)行相互連接。

據研究數據顯示，到 2020 年，物聯(lián)網(wǎng)連接的設備將達 750 億臺。這些產(chǎn)品間的互聯(lián)，是實(shí)時(shí)而且是長(cháng)久的，有些需要幾年甚至幾十年。要實(shí)現這種互聯(lián)，超低功耗成為物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵要素。如何實(shí)現設備間的超低耗連接，關(guān)鍵要從無(wú)線(xiàn)連接技術(shù)、到芯片、傳感器、微處器理等上游技術(shù)方案的優(yōu)化。

藍牙發(fā)布2016技術(shù)藍圖 提升距離、速度及MESH聯(lián)網(wǎng) 

藍牙技術(shù)、Zigbee、Wi-Fi 是三種主流無(wú)線(xiàn)連接技術(shù)，藍牙以點(diǎn)對點(diǎn)的超低低功耗見(jiàn)長(cháng)，Zigbee 以低功耗和 MESH 自組網(wǎng)見(jiàn)長(cháng)，而 Wi-Fi 則以大數據高帶傳輸見(jiàn)長(cháng)。為強化在物聯(lián)網(wǎng)的應用，Wi-Fi 聯(lián)盟推出低功耗 Wi-Fi 技術(shù)，Zigbee 聯(lián)盟宣布 Zigbee3.0 獲批。在發(fā)布藍牙 4.2 之后，近日藍牙聯(lián)盟發(fā)布了 2016 年的技術(shù)藍圖。

對于藍牙 2016 年的技術(shù)藍圖，藍牙技術(shù)將實(shí)現更長(cháng)通信距離、更快傳輸速度及 Mesh 聯(lián)網(wǎng)功能。同時(shí)，宣傳其開(kāi)發(fā)工具 Bluetooth Developer Studio 上線(xiàn)以及發(fā)布全新藍牙網(wǎng)關(guān)架構發(fā)布。“今年，藍牙技術(shù)的演進(jìn)將進(jìn)一步為包括智能家居、工業(yè)自動(dòng)化、基于位置的服務(wù)和智能基礎設施等高速增長(cháng)行業(yè)注入更多動(dòng)能。”藍牙技術(shù)聯(lián)盟開(kāi)發(fā)者計劃總監何根飛指出。

在通信距離上，Bluetooth Smart 的射程范圍最多將可擴大 4 倍，改變智能家居和基礎設施領(lǐng)域的應用，為整個(gè)室內空間或戶(hù)外中的不同使用情境提供傳輸距離更長(cháng)、連接品質(zhì)更穩健的無(wú)線(xiàn)連接。傳輸速度在不增加功耗的情況下也將提升至當前的 100%，可為關(guān)鍵性應用如醫療設備實(shí)現更快速地數據傳輸，以提高反應速度并降低時(shí)間延遲。而Mesh聯(lián)網(wǎng)功能則能讓藍牙網(wǎng)絡(luò )的覆蓋范圍得以遍及整棟建筑或整戶(hù)住宅，使得范圍內的藍牙設備彼此互聯(lián)，開(kāi)啟智能家居和工業(yè)自動(dòng)化的更多應用可能。

同時(shí)，為了推動(dòng)藍牙設備與其他連接技術(shù)設備的連接，藍牙技術(shù)聯(lián)盟宣布推出傳輸發(fā)現服務(wù)(Transport Discovery Service;TDS)，提供利于設備發(fā)現并連接的通用框架。未來(lái)，無(wú)論設備采用哪種無(wú)線(xiàn)技術(shù)，透過(guò) TDS，設備間能夠實(shí)現彼此發(fā)現并連接。何根飛指出：“TDS 讓設備僅需最少的電量即可運行，將為物聯(lián)網(wǎng)(IoT)解決了一項重要的難題。

此外，宣布開(kāi)放藍牙網(wǎng)關(guān)架構并推出入門(mén)工具套件，助力開(kāi)發(fā)者快速為藍牙產(chǎn)品創(chuàng )建互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)。具有藍牙功能的傳感器能透過(guò)藍牙技術(shù)連接網(wǎng)關(guān)設備，向云端傳遞數據并進(jìn)行數據交換。該架構讓所有人都能對固定式的、具有藍牙功能的傳感器進(jìn)行遠程監測和控制，藉此擴展了物聯(lián)網(wǎng)的潛在應用領(lǐng)域。

多協(xié)議 SoC 方案應運而生 簡(jiǎn)化 IoT 連接 

在多種無(wú)線(xiàn)連接技術(shù)真正融合之前，仍存在著(zhù)多種連接方式。為了簡(jiǎn)化物聯(lián)網(wǎng)的連接，半導體企業(yè)開(kāi)始推出多協(xié)議芯片方案。

近日，Silicon Labs 公司推出多協(xié)議片上系統(SoC)Wireless Gecko 產(chǎn)品系列，為物聯(lián)網(wǎng)設備提供靈活的連通性和價(jià)格/性能選擇。Wireless Gecko產(chǎn)品包括三個(gè)系列的多協(xié)議 SoC，分別針對 IoT 使用場(chǎng)景和最普遍的無(wú)線(xiàn)協(xié)議而優(yōu)化：一是Blue Gecko系列，Bluetooth Smart連接，具有理想的輸出功率和傳輸距離。二是Mighty Gecko系列，針對網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )的最佳 ZigBee 和Thread連接。三是 Flex Gecko 系列，針對各種應用中靈活的專(zhuān)有無(wú)線(xiàn)協(xié)議選項。

“多協(xié)議 SoC 是一個(gè)新概念。具體來(lái)說(shuō)，就是指能夠在一個(gè)芯片上實(shí)時(shí)運行兩種協(xié)議。從單一協(xié)議到多協(xié)議并行的不同類(lèi)型，其復雜程度逐漸增加。其實(shí)，最令客戶(hù)感興趣的是，多協(xié)議產(chǎn)品系列能夠創(chuàng )造出更智能的應用場(chǎng)景。” Silicon Labs物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品營(yíng)銷(xiāo)副總裁 Daniel Cooley 表示。

在應用案例上，Daniel Cooley 指出在醫院的實(shí)際應用。以前的控制方式主要是醫院護士站中有一個(gè)系統控制病床。不過(guò)，當護士離開(kāi)時(shí)就無(wú)法操控?，F在廠(chǎng)商在生產(chǎn)的醫用病床上裝有很多傳感器，且使用的是網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )，實(shí)現病床之間、病床和醫院的信息總控室之間的連接和通信。同時(shí)病床里面還有很多動(dòng)力組件，可以進(jìn)行床位的位置調控。護士人手配一臺平板電腦，操控的動(dòng)作可以轉移到平板電腦上，當護士走近病床時(shí)，通信從 ZigBee 網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )切換到藍牙連接，平板電腦可以獲得與病床相關(guān)的信息，并且對病床進(jìn)行操控;而當護士離開(kāi)病床時(shí)，該病床的通信協(xié)議又會(huì )從藍牙切換到 ZigBee 網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )，直接和護士站的信息控制中心進(jìn)行溝通和互動(dòng)。

此外，Silicon Labs 推出即插即用型模塊解決方案來(lái)簡(jiǎn)化 Wi-Fi 連接。WGM110 模塊是添加Wi-Fi功能到各類(lèi)設備的解決方案，例如工業(yè)/ M2M 系統、無(wú)線(xiàn)傳感器、遙控器、恒溫器、可連接家居產(chǎn)品、汽車(chē)信息娛樂(lè )系統、銷(xiāo)售終端設備、健身和醫療設備等。

芯片廠(chǎng)商思路調整 從系統角度整合硬件、軟件和套件 

此前，半導體廠(chǎng)商重點(diǎn)在于推動(dòng)技術(shù)的提升，隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)應用的多樣化和應用需求的多元化，企業(yè)開(kāi)始從專(zhuān)注于技術(shù)的提升轉向如何更好地滿(mǎn)足客戶(hù)的需求。從芯片廠(chǎng)商的思維轉向系統思維。

在推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)的連接應用上，ST 在推動(dòng) MCU 的發(fā)展上開(kāi)始有所轉變。“我們從系統角度考慮來(lái)整合器件、軟件和套件，而不僅僅是芯片。”意法半導體大中華與亞太區微控制器市場(chǎng)及應用總監 James Wiartge 指出。

在推進(jìn) MCU 在物聯(lián)網(wǎng)的應用中，需要有 4 個(gè)要素。意法半導體 STM32 超低功耗和網(wǎng)絡(luò )微控制器市場(chǎng)經(jīng)理 Hakim Jaafar 指出：“一是低功耗，未來(lái)會(huì )有很多傳感器和傳感器相連的供電電池，整個(gè)系統要更低的功耗。二是怎么優(yōu)化動(dòng)態(tài)模式下的功耗非常關(guān)鍵。電池能量是固定的，如何延長(cháng)其壽命，需要從功耗入手。功耗有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種，優(yōu)化動(dòng)態(tài)模式的功耗是關(guān)鍵。三是如何把系統做得更加精簡(jiǎn)。四是成本，BOM 需要越簡(jiǎn)單，這就要求集成度越高，用戶(hù)采購成本和制造成本、系統成本會(huì )更低。

針對物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的應用，未來(lái) MCU 的布局將以低功耗、小引角、無(wú)線(xiàn)為主。對此，為推出對能效應用敏感的微控制器，意法半導體今年推出了 ARM CortexM0+STM32L0 微控制器，該產(chǎn)品的主要低功耗外設包括低功耗 ADC，它1000 次/秒進(jìn)行12位分辨率采樣時(shí)，功耗為 41μA，以及超低功耗定時(shí)器(16位定時(shí)器)，在超低功耗模式下可以運行;低功耗模式包括停止模式，在保留 RAM 全部數據且能夠自動(dòng)喚醒情形下，消耗 340nA。

隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)應用的不斷深入，半導體廠(chǎng)商的的競爭點(diǎn)發(fā)生了變化，企業(yè)開(kāi)始從打造技術(shù)優(yōu)勢轉向打造整體方案優(yōu)勢。“我們已經(jīng)不會(huì )在意到底是 8 位還是 32 位，而是在意客戶(hù)需要的性能、功耗和成本，什么樣的內核對用戶(hù)來(lái)講是最合適的。”Hakim Jaafar 表示，“過(guò)去應用比較簡(jiǎn)單，現在應用會(huì )越來(lái)越復雜，特別是軟件、系統層面要求會(huì )越來(lái)越多，僅僅靠一個(gè)供應商很難做 Sub System，我們會(huì )和合作伙伴一起做 Sub System。

在應用案例上，一是手機傳感器融合，提供的方案是MCU+傳感器+合作伙伴軟件，這是 Sub System，用戶(hù)把 sub System 集成到手機里，加上自身的應用系統可以形成完整的應用系統;二是可穿戴方面，方案是 MCU + 傳感器+算法+顯示+用戶(hù)自身的軟件/算法，從而形成完整的系統。

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