無線物聯(lián)網(wǎng)連接：如何選擇無線技術(shù)

　　物聯(lián)網(wǎng)受到很多當(dāng)之無愧的關(guān)注是因?yàn)樗峁┝撕芏酀撛诘暮锰?。?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/IoT">IoT-connected節(jié)點(diǎn)安裝在5、10年或以上是投機(jī)和市場研究的主題（以及猜測，），有一件事是明確的：數(shù)字將是巨大的。物聯(lián)網(wǎng)是密切相關(guān)的工業(yè)機(jī)器對機(jī)器（M2M）應(yīng)用程序的兄弟姐妹，所以有很多技術(shù)相似性和實(shí)現(xiàn)兩類之間的重疊。

　　從高層的角度來看，一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)包含三個(gè)系統(tǒng)功能塊（圖1）：1）傳感器或傳感器（溫度、流量、打開/關(guān)閉門的位置，為例）；2）數(shù)字處理器單元（單片機(jī)），抓住了傳感器數(shù)據(jù)的處理和分析；3）連接端口，可以是有線或無線。前者是一個(gè)選項(xiàng)如果有一個(gè)可用的低成本網(wǎng)絡(luò)或安裝，如果安全是一個(gè)重要的考慮因素，如果背景是嚴(yán)重EMI/RFI區(qū)域，或者只有幾個(gè)點(diǎn)被連接。然而，對于大多數(shù)物聯(lián)網(wǎng)安裝，一個(gè)無線連接方式是首選由于易于安裝和整體的靈活性在初始位置，甚至如果需要遷移物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)。

　　圖1：物聯(lián)網(wǎng)的高級(jí)系統(tǒng)框圖或M2M節(jié)點(diǎn)顯示三個(gè)主要功能：傳感器、處理器和連接接口。

　　選擇一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的無線連接并不意味著完成設(shè)計(jì)決策和設(shè)計(jì)過程很簡單。無線連接必須遵守行業(yè)和監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)，在很多情況下和地區(qū)批準(zhǔn)。有許多設(shè)計(jì)師可能需要考慮無線物聯(lián)網(wǎng)選項(xiàng)。在一些設(shè)施，決定已經(jīng)由于授權(quán)或現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)。另一方面，設(shè)計(jì)師可以評估選項(xiàng)和做出選擇基于性能的權(quán)衡和優(yōu)先級(jí)，網(wǎng)絡(luò)類型（網(wǎng)、無線局域網(wǎng)、點(diǎn)對點(diǎn)），范圍，權(quán)力，頻帶（s），健壯性和，當(dāng)然，成本。也有安全的重大問題，身份驗(yàn)證和加密。

　　選擇可以很容易變得令人困惑

　　如果全部或大部分無線物聯(lián)網(wǎng)連接選項(xiàng)可供考慮，可以挑戰(zhàn)由于near-overwhelming設(shè)計(jì)分析的可行的可能性。除了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)接口選項(xiàng)，總有選擇設(shè)計(jì)一個(gè)專有鏈接如果標(biāo)準(zhǔn)的不足或需要某種形式的“鎖定”競爭或安全原因。作為一般規(guī)則，除非有一個(gè)強(qiáng)烈的令人信服的理由去使用專有的無線方法，它更容易，低風(fēng)險(xiǎn)，低成本，更快的進(jìn)入市場的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。即使這些標(biāo)準(zhǔn)版本和版本有很多變化；再次，通常最好選擇一個(gè)常見的一個(gè)，同樣的實(shí)際原因，非專利方法被選中。

　　競爭者之間的物聯(lián)網(wǎng)無線連接是wi-fi，藍(lán)牙（包括藍(lán)牙智能，以前藍(lán)牙低能量），無線個(gè)域網(wǎng)，z-wave，DECT、ANT+。當(dāng)然各有支持者和追隨者，以及不同程度的供應(yīng)商支持硬件，軟件，和遵從性。表1顯示了每一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的主要屬性，但注意標(biāo)準(zhǔn)總是在不斷變化，所以表只是一個(gè)粗略的向?qū)??？偟膩碚f，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序不需要太多的范圍或高數(shù)據(jù)率，并保持低那些屬性結(jié)果遠(yuǎn)低于電力需求供應(yīng)和射頻階段。

　　實(shí)現(xiàn)下一個(gè)步驟

　　無線連接決定之后，下一步是決定如何真正實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)。的選擇分為三大組：

　　1）設(shè)計(jì)和建造一個(gè)從頭設(shè)計(jì)。這是通常不選擇，因?yàn)樗枰喈?dāng)大的射頻經(jīng)驗(yàn)和技能，以及在軟件堆棧協(xié)議和管理方面的專業(yè)知識(shí)（其中一些可能是市場上可用的第三方來源）。自己動(dòng)手可能是一個(gè)專有的無線連接的必要方法。

　　2）構(gòu)建一個(gè)無線節(jié)點(diǎn)使用一個(gè)參考設(shè)計(jì)（硬件和軟件）從一個(gè)有信譽(yù)的，IC供應(yīng)商也提供開發(fā)工具進(jìn)行驗(yàn)證。這需要技巧和更少的資源比上面的選項(xiàng)中，但仍有許多潛在的風(fēng)險(xiǎn)。這可能是成本最低的選項(xiàng)如果數(shù)量足夠高和功能設(shè)置可以被剝奪降到最低。請注意，任何改變，即使是小的，參考設(shè)計(jì)的BOM或布局可能影響性能；射頻在這方面很微妙。

　　3）使用一個(gè)完整的，準(zhǔn)備好了模塊可提供必要的軟件工具。在理論上，這是最快的，風(fēng)險(xiǎn)最小的方法，而且可能是非常劃算的選擇# 2相比，如果供應(yīng)商的體積是很高的。它還會(huì)帶來一些額外的認(rèn)證不同的監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)。

　　不管所選擇的選項(xiàng)，總有相關(guān)監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)和限制，以滿足使用頻率，帶寬、帶內(nèi)和帶外功率，？？？曲和溢出，其他參數(shù)在處理射頻鏈接。使用pre- certified模塊是一個(gè)重大的一步，但這只是第一步。最終產(chǎn)品包含模塊將需要自己的認(rèn)證，如使用認(rèn)證模塊并不是一個(gè)保證最終設(shè)計(jì)滿足功能和管理需求。問題，比如天線類型和位置，模塊安排，水晶細(xì)節(jié)，附近的組件，包裝是最后的認(rèn)證和批準(zhǔn)過程的一部分。

　　ICs成長為模塊

　　許多供應(yīng)商提供完整的射頻模塊基于混合，multi-chip，甚至單片機(jī)實(shí)現(xiàn)不同的物聯(lián)網(wǎng)無線標(biāo)準(zhǔn)。除了性能和價(jià)格、電力使用在不同的模式是一個(gè)重要的考慮因素，因?yàn)榇蠖鄶?shù)電池供電的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序無法訪問（不可能或很難替代），或use-scavenged（收獲）能量。

　　藍(lán)牙智能（以前藍(lán)牙低能量）集成電路和相關(guān)模塊說明設(shè)計(jì)師可以評估他們的選擇和最佳解決方案，根據(jù)他們的應(yīng)用程序和優(yōu)先級(jí)。德州儀器公司提供了2.4 GHz的CC2541家庭藍(lán)牙V4.0低能soc（如TICC2541F256）， 主要在機(jī)載內(nèi)存不同，射頻，數(shù)據(jù)鏈接，或I / O性能。設(shè)備支持的數(shù)據(jù)率250 kbps，500 kbps，1 Mbps，和2 Mbps，各種非常低的電源模式和協(xié)議，包括主動(dòng)模式接受低至17.9 mA，主動(dòng)模式傳輸（0 dBm）18.2 mA，電源模式1 4-μs叫醒在270μA，電源模式2（睡眠定時(shí)器），和權(quán)力模式3（外部中斷）0.5μA，操作從2到3.6 V的供應(yīng)。

　　6×6毫米SOC（圖2），集成了一個(gè)廣泛的其他功能和特性的列表，其中包括一個(gè)8051單片機(jī)，一個(gè)天生的格式和協(xié)議棧，相當(dāng)大的內(nèi)存，三個(gè)定時(shí)器，23日通用I/O（GPIO）針，一個(gè)八通道A/D轉(zhuǎn)換器，一個(gè)看門狗定時(shí)器，一個(gè)電池監(jiān)視器，一個(gè)溫度傳感器，和I2C/SPI和UART接口。設(shè)備的目標(biāo)，但不能保證按時(shí)按量服藥等全球無線電頻率規(guī)定ETSI EN 300 328和EN 328（歐洲），F(xiàn)CC CFR47 15（美國）的一部分，還有STD-T66（日本）。

　　圖2：設(shè)備的藍(lán)牙智能soc CC2451家族德州儀器高度集成，與許多特性和功能超出了基本要求，為了簡化設(shè)計(jì)，減少空間，節(jié)約能源，降低成本。

　　隨著IC，TI提供一系列的產(chǎn)品開發(fā)工具，如評估模塊工具（CC2541EMK），一個(gè)迷你開發(fā)工具包（CC2541DK-MINI），SmartRF軟件等等。的典型應(yīng)用電路CC2541（圖3）顯示了所需的外部組件。

　　圖3：在一個(gè)典型的應(yīng)用場景，只有少數(shù)外部被動(dòng)組件需要提供完整的藍(lán)牙智能CC2451功能的設(shè)備。

　　即使這種強(qiáng)大的和高度集成藍(lán)牙集成電路，成功地將這個(gè)SOC的多方面的挑戰(zhàn)他們的最終產(chǎn)品是比許多oem廠商愿意接受。在這些情況下，一個(gè)模塊等TDKSESUB-PAN-T2541提供了一個(gè)替代（圖4）。它使用TI CC2541F256 SOC但實(shí)際上是?。s4.6×5.6毫米），因?yàn)樗腔谏⒀b的死，也包括水晶、射頻濾波器，旁路電容，和其他一些離散的組件應(yīng)用程序電路（圖5）。用戶還必須添加一個(gè)天線的大小，類型和位置與最終產(chǎn)品兼容的細(xì)節(jié)。

　　圖4：盡管CC2451 SOC家庭的完整性，一些設(shè)計(jì)師不愿意應(yīng)對任何挑戰(zhàn)的rf電路布局，而不是想要一個(gè)完整的、認(rèn)證SESUB-PAN-T2541從TDK等模塊。

　　圖5：完全封閉SESUB-PAN-T2541模塊廣場，大約5毫米，需要直流電源和一個(gè)外部天線，以及軟件驅(qū)動(dòng)程序和接口棧。

　　物聯(lián)網(wǎng)是一種偶然組成的應(yīng)用程序組件和市場機(jī)會(huì)在一個(gè)正反饋relationship-ironically方便地相互支持，工程師一般都不愿看到的關(guān)系。供應(yīng)商必要的RF-connectivity組件是投資于新產(chǎn)品來支持應(yīng)用程序和驅(qū)動(dòng)經(jīng)濟(jì)增長；反過來，應(yīng)用程序增長是導(dǎo)致現(xiàn)有的和新的供應(yīng)商進(jìn)入市場并產(chǎn)生新的組件。在RF領(lǐng)域尤其有益，需要新的組件和軟件工具來簡化，設(shè)計(jì)師面對的挑戰(zhàn)時(shí)，有效地與新的交互和經(jīng)常神秘世界的成功，兼容標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。

　　總結(jié)

　　一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)有三個(gè)主要功能：傳感器、處理器、和連接接口，后者通常是一個(gè)無線連接。決定使用哪個(gè)無線標(biāo)準(zhǔn)，如果有的話，然后如何有效實(shí)現(xiàn)它緊密配合設(shè)計(jì)師必須面對的挑戰(zhàn)。有技術(shù)、性能、力量和成本的權(quán)衡，以及選擇使用基本的集成電路，芯片+參考設(shè)計(jì)，或完成模塊，連同供應(yīng)商軟件支持的深度，這是一個(gè)關(guān)鍵考慮應(yīng)用領(lǐng)域。