從互聯(lián)網(wǎng)、到移動互聯(lián)網(wǎng)、再到物聯(lián)網(wǎng)，連接的形態(tài)正在發(fā)生著翻天覆地的變化。互聯(lián)網(wǎng)時代，主要是電腦與網(wǎng)絡(luò)間的連接;移動互聯(lián)網(wǎng)時代，則使得手機(jī)與電腦和網(wǎng)絡(luò)連接在一起。而物聯(lián)網(wǎng)時代，將會讓各種各樣形態(tài)的智能產(chǎn)品，從手機(jī)、手表、手環(huán)等個人相關(guān)的產(chǎn)品，到汽車、音箱、空調(diào)等家用產(chǎn)品，再到智慧農(nóng)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(jù)研究數(shù)據(jù)顯示，到2020年，物聯(lián)網(wǎng)連接的設(shè)備將達(dá)750億臺。這些產(chǎn)品間的互聯(lián)，是實時而且是長久的，有些需要幾年甚至幾十年。要實現(xiàn)這種互聯(lián)，超低功耗成為物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵要素。如何實現(xiàn)設(shè)備間的超低耗連接，關(guān)鍵要從無線連接技術(shù)、到芯片、傳感器、微處器理等上游技術(shù)方案的優(yōu)化。
藍(lán)牙發(fā)布2016技術(shù)藍(lán)圖 提升距離、速度及MESH聯(lián)網(wǎng)
藍(lán)牙技術(shù)、Zigbee、Wi-Fi是三種主流無線連接技術(shù)，藍(lán)牙以點對點的超低低功耗見長，Zigbee以低功耗和MESH自組網(wǎng)見長，而Wi-Fi則以大數(shù)據(jù)高帶傳輸見長。為強(qiáng)化在物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)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(lán)牙4.2之后，近日藍(lán)牙聯(lián)盟發(fā)布了2016年的技術(shù)藍(lán)圖。
對于藍(lán)牙2016年的技術(shù)藍(lán)圖，藍(lán)牙技術(shù)將實現(xiàn)更長通信距離、更快傳輸速度及Mesh聯(lián)網(wǎng)功能。同時，宣傳其開發(fā)工具Bluetooth Developer Studio上線以及發(fā)布全新藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)架構(gòu)發(fā)布。“今年，藍(lán)牙技術(shù)的演進(jìn)將進(jìn)一步為包括智能家居、工業(yè)自動化、基于位置的服務(wù)和智能基礎(chǔ)設(shè)施等高速增長行業(yè)注入更多動能。”藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟開發(fā)者計劃總監(jiān)何根飛指出。
在通信距離上，Bluetooth Smart的射程范圍最多將可擴(kuò)大4倍，改變智能家居和基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域的應(yīng)用，為整個室內(nèi)空間或戶外中的不同使用情境提供傳輸距離更長、連接品質(zhì)更穩(wěn)健的無線連接。傳輸速度在不增加功耗的情況下也將提升至當(dāng)前的100%，可為關(guān)鍵性應(yīng)用如醫(yī)療設(shè)備實現(xiàn)更快速地數(shù)據(jù)傳輸，以提高反應(yīng)速度并降低時間延遲。而Mesh聯(lián)網(wǎng)功能則能讓藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍得以遍及整棟建筑或整戶住宅，使得范圍內(nèi)的藍(lán)牙設(shè)備彼此互聯(lián)，開啟智能家居和工業(yè)自動化的更多應(yīng)用可能。
同時，為了推動藍(lán)牙設(shè)備與其他連接技術(shù)設(shè)備的連接，藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟宣布推出傳輸發(fā)現(xiàn)服務(wù)(Transport Discovery Service;TDS)，提供利于設(shè)備發(fā)現(xiàn)并連接的通用框架。未來，無論設(shè)備采用哪種無線技術(shù)，透過TDS，設(shè)備間能夠?qū)崿F(xiàn)彼此發(fā)現(xiàn)并連接。何根飛指出：“TDS讓設(shè)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，宣布開放藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)架構(gòu)并推出入門工具套件，助力開發(fā)者快速為藍(lán)牙產(chǎn)品創(chuàng)建互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)。具有藍(lán)牙功能的傳感器能透過藍(lán)牙技術(shù)連接網(wǎng)關(guān)設(shè)備，向云端傳遞數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。該架構(gòu)讓所有人都能對固定式的、具有藍(lán)牙功能的傳感器進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測和控制，藉此擴(kuò)展了物聯(lián)網(wǎng)的潛在應(yīng)用領(lǐng)域。
多協(xié)議SoC方案應(yīng)運而生 簡化IoT連接
在多種無線連接技術(shù)真正融合之前，仍存在著多種連接方式。為了簡化物聯(lián)網(wǎng)的連接，半導(dǎo)體企業(yè)開始推出多協(xié)議芯片方案。
近日，Silicon Labs公司推出多協(xié)議片上系統(tǒng)(SoC)Wireless Gecko產(chǎn)品系列，為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備提供靈活的連通性和價格/性能選擇。Wireless Gecko產(chǎn)品包括三個系列的多協(xié)議SoC，分別針對IoT使用場景和最普遍的無線協(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(yīng)用中靈活的專有無線協(xié)議選項。
“多協(xié)議SoC是一個新概念。具體來說，就是指能夠在一個芯片上實時運行兩種協(xié)議。從單一協(xié)議到多協(xié)議并行的不同類型，其復(fù)雜程度逐漸增加。其實，最令客戶感興趣的是，多協(xié)議產(chǎn)品系列能夠創(chuàng)造出更智能的應(yīng)用場景。” Silicon Labs物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品營銷副總裁Daniel Cooley表示。
在應(yīng)用案例上，Daniel Cooley指出在醫(yī)院的實際應(yīng)用。以前的控制方式主要是醫(yī)院護(hù)士站中有一個系統(tǒng)控制病床。不過，當(dāng)護(hù)士離開時就無法操控。現(xiàn)在廠商在生產(chǎn)的醫(yī)用病床上裝有很多傳感器，且使用的是網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)病床之間、病床和醫(yī)院的信息總控室之間的連接和通信。同時病床里面還有很多動力組件，可以進(jìn)行床位的位置調(diào)控。護(hù)士人手配一臺平板電腦，操控的動作可以轉(zhuǎn)移到平板電腦上，當(dāng)護(hù)士走近病床時，通信從ZigBee網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)切換到藍(lán)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(dāng)護(hù)士離開病床時，該病床的通信協(xié)議又會從藍(lán)牙切換到ZigBee網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，直接和護(hù)士站的信息控制中心進(jìn)行溝通和互動。
此外，Silicon Labs推出即插即用型模塊解決方案來簡化Wi-Fi連接。WGM110模塊是添加Wi-Fi功能到各類設(shè)備的解決方案，例如工業(yè)/M2M系統(tǒng)、無線傳感器、遙控器、恒溫器、可連接家居產(chǎn)品、汽車信息娛樂系統(tǒng)、銷售終端設(shè)備、健身和醫(yī)療設(shè)備等。
芯片廠商思路調(diào)整 從系統(tǒng)角度整合硬件、軟件和套件
此前，半導(dǎo)體廠商重點在于推動技術(shù)的提升，隨著物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的多樣化和應(yīng)用需求的多元化，企業(yè)開始從專注于技術(shù)的提升轉(zhuǎn)向如何更好地滿足客戶的需求。從芯片廠商的思維轉(zhuǎn)向系統(tǒng)思維。
在推動物聯(lián)網(wǎng)的連接應(yīng)用上，ST在推動MCU的發(fā)展上開始有所轉(zhuǎn)變。“我們從系統(tǒng)角度考慮來整合器件、軟件和套件，而不僅僅是芯片。”意法半導(dǎo)體大中華與亞太區(qū)微控制器市場及應(yīng)用總監(jiān)James Wiartge指出。
在推進(jìn)MCU在物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用中，需要有4個要素。意法半導(dǎo)體STM32超低功耗和網(wǎng)絡(luò)微控制器市場經(jīng)理Hakim Jaafar指出：“一是低功耗，未來會有很多傳感器和傳感器相連的供電電池，整個系統(tǒng)要更低的功耗。二是怎么優(yōu)化動態(tài)模式下的功耗非常關(guān)鍵。電池能量是固定的，如何延長其壽命，需要從功耗入手。功耗有靜態(tài)和動態(tài)兩種，優(yōu)化動態(tài)模式的功耗是關(guān)鍵。三是如何把系統(tǒng)做得更加精簡。四是成本，BOM需要越簡單，這就要求集成度越高，用戶采購成本和制造成本、系統(tǒng)成本會更低。”
針對物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用，未來MCU的布局將以低功耗、小引角、無線為主。對此，為推出對能效應(yīng)用敏感的微控制器，意法半導(dǎo)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(shè)包括低功耗ADC，它1000次/秒進(jìn)行12位分辨率采樣時，功耗為41μA，以及超低功耗定時器(16位定時器)，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(shù)據(jù)且能夠自動喚醒情形下，消耗340nA。
隨著物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的不斷深入，半導(dǎo)體廠商的的競爭點發(fā)生了變化，企業(yè)開始從打造技術(shù)優(yōu)勢轉(zhuǎn)向打造整體方案優(yōu)勢。“我們已經(jīng)不會在意到底是8位還是32位，而是在意客戶需要的性能、功耗和成本，什么樣的內(nèi)核對用戶來講是最合適的。”Hakim Jaafar表示，“過去應(yīng)用比較簡單，現(xiàn)在應(yīng)用會越來越復(fù)雜，特別是軟件、系統(tǒng)層面要求會越來越多，僅僅靠一個供應(yīng)商很難做Sub System，我們會和合作伙伴一起做Sub System。”
在應(yīng)用案例上，一是手機(jī)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，用戶把sub System集成到手機(jī)里，加上自身的應(yīng)用系統(tǒng)可以形成完整的應(yīng)用系統(tǒng);二是可穿戴方面，方案是MCU+傳感器+算法+顯示+用戶自身的軟件/算法，從而形成完整的系統(tǒng)。
