无线的世界 无限的世界

　　你在上班的路上喜欢用蓝牙耳机打电话，到了办公室手机会自动连上WiFi上网，回到家里会有智能照明会自动调节亮度。也许你还没注意这些，但是你已经处于一个“无线”世界了。随着计算机和通信技术的成熟，越来越多的产品开始朝向“智慧”发展，当下备受关注的智能家居、可穿戴设备等都可以通过无线连接技术连接云端，并通过大数据分析将我们带入一个全新的智能世界。

　　而无线连接在这里起到举足轻重的作用，可以说“无线”的世界给予未来“无限”的世界。

　　无线连接字面上的意思就是连接两个数据端口而没有传统意义上可看得见的“线”，这就意味着设备通过蓝牙、WiFi、ZigBee等方式与其他设备连接都属于无线连接的范畴。凌力尔特公司Dust Networks产品部总裁Joy Weiss：“互联网目前处于密集评估和迅速采用阶段。大多数主要IT、企业软件、设备、半导体及服务公司都已经拥有涉及物联网的产品。”而这些物联网产品绝大部分都要“依靠”无线连接工作。

　　工业物联网

　　物联网(IoT)将在现实世界和数字世界之间提供一个更好的接口，使用传感器来测量、记录和传送关于本地环境的信息。网络通讯技术的发展将会促进工业控制的智能化发展。网络通讯技术可以将工业控制整合成一个系统，可以在优化的控制系统中实现智能化，网络通讯也可以很容易将各个分立的子系统及节点连接成大的系统，越来越多的工业控制系统实现了联网并更加网络化与智能化。像近几年非常热的物联网概念，都是工业控制智能化的具体体现。

　　在工业物联网技术领域当中，软件技术的发展将面临巨大的技术挑战，真正双向的通讯、智能传感及智能通讯，都需要高可靠性的软件来支撑，针对于不同的控制对象也需要更多专业化与定制的软件；另外，针对于工业应用复杂的现场及特定的条件，高温、高可靠性、需要隔离的器件也需要更多的新技术去支撑。

　　智能家居

　　Gartner副总裁，Nick Jones认为，在未来10年，智能家庭领域将出现令人瞩目的变革，企业组织若能顺应潮流推出相关产品与服务，就能抓住庞大而创新性的数字化商机。他表示：“预期，各种家用设备都将变得‘智能’，也就是具备某种程度的传感及智能化，且通常能以无线的方式与外界进行通信。而更高端的设备还将具备传感及远程控制功能。价格不太可能成为阻碍因素，因为长期来看消费类产品连接物联网的成本将逐渐降至1美元左右。”

　　至少在10年内，一般家庭中智能物件的数量仍将缓慢增长，这是因为许多大型家电不会经常汰换。尽管一直到2020-2050年之前，智能家庭市场仍无法进入成熟阶段，但智能家用产品已经开始生产，并且由这些产品所带来的首批数字化商机也已显现。

　　虽然不会由单一技术主宰市场，但无线技术仍将成为智能家庭的重要基础，多数设备都将通过无线技术相互连结。Gartner预测，Wi-Fi、蓝牙、ZigBee、蜂窝式以及各种专属与网状网络无线技术都将在智能家庭市场中占有一席之地。

　　Jones表示：“智能家庭设备必须能够连接网络；有些产品必须具备极高的可靠性，才能提供医疗监测等重要功能，因此家中必须要有可靠的高速网络。如果无法联网，许多家用设备充其量只能降格运行。如果家庭变得像企业一样依赖网络，就会需要后备系统。”

　　据统计，现已创立的部分联盟/组织以及智能家庭协议包括：Z-Wave——无线协议，通过拥有良好生态系统产品的网状网络实现家庭自动化。

　　信息设备资源共享协同服务(IGRS)协议——中国制订的针对智能家庭自动化、智能城市、医疗、计算与相关领域的一系列标准。

　　智能电网开放(OGSP)协议——一项针对智能电网设备(如电表、太阳能板以及负载控制开关)之间通信的承载独立(BIP)协议。

　　智能家庭联盟(Smart Home Consortium)——由ABB、博世，思科和LG于2013年联合建立的组织，为智能家庭提供软件平台。

　　ZigBee和蓝牙之类的通信协议——这些协议为智能家庭设备中的某些特定交互功能定义概要，例如远程控制媒体设备，或是将扬声器连接至媒体源。

　　WeMo——贝尔金(Belkin)公司推出的专利技术，通过Wi-Fi来控制家庭内的电子物品。

　　X10——一项建立已久的远程控制协议，用于将照明或交换设备连接至主电源，可通过无线或是信号调整至主电源线上。

　　苹果的HomeKit——苹果于2014年6月发布了一系列新的API，意在帮助苹果设备成为全球家庭遥控器。AllSeen联盟——推广AllJoyn架构应用以实现智能物品之间信息共享的组织。

　　将数据转化成相关的实用信息，在设备和人之间实现了无缝互动，几乎涵盖生活的每个方面。连接是万物互联愿景的基石。智能家居网络通常既包括有线系统，又包括无线系统，这些系统控制着各种设备，包括安保系统、照明、家庭远程护理应用以及家庭娱乐系统。这些联网设备要求由强大可靠的解决方案提供的低功率高性能技术平台。高速度、大容量、按需分配带宽是家庭网络必须按需提供的功能。在智能家居网络中实现上述规范和标准，必需解决许多挑战，包括标准化、带宽、维护和电源。

　　Qualcomm Atheros公司资深工程师经理杨荣亮：“Qualcomm正在把联网家居转化成智能家居平台，以支持下一代联网服务、应用、系统和设备。智能网关是该平台的核心。Qualcomm智能网关平台通过实现全新的应用和服务，彻底改变家居中的联网体验。”

　　智能家居的核心是一个智能网关，它同时融合了：

　　●全新Qualcomm互联网处理器(IPQ)强劲的处理能力。

　　●3-stream VIVE 802.11ac的千兆位Wi-Fi容量。

　　●Stream Boost的智能和分析能力。

　　●开放的应用环境，促进开发新的网络应用和服务；以及AllJoyn框架和服务，实现各种产品的发现、登录和控制。

　　德州仪器(TI)中国无线连接解决方案业务拓展经理姜辉：“今年可以说是中国智能家居的元年，哪种无线连接技术会占主导？Wifi？还是其他，作为业界提供最多无线连接方案的公司，TI有多达14种无线连接技术可供客户选择，比如Wifi、BT/BLE、Zigbee、6LowPAN、Sub1GHz、NFC……，TI可以根据不同的需求(例如数据吞吐量，接入设备类型，组网需求，功耗和传输距离等)提供合适的解决方案。除了在器件级的解决方案之外，TI也为智能家居提供多种云服务和平台的支持，TI是全球首批支持Apple Homekit的芯片厂商，并且搭建了物联网云服务生态系统，该生态系统的首批成员包括2lemetry、ARM、Arrayent、Exosite、IBM、LogMeIn、Spark以及ingsquare。”

　　德州仪器(TI)无线连接芯片主打CC3100、CC3200，解决方案使得客户能够轻松地为众多的家用和消费类电子产品增添嵌入式Wi-Fi和互联网功能。

　　WIFI最火、蓝牙崛起、Zigbee有很大发展空间？

　　在物联网中，想要获得现实世界数据的传输，这就需要传感技术和射频技术的支持。在物联网璀璨的时代，传感技术和射频技术不断发展与变化，网络技术也与传感器相互结合。

　　1.WIFI

　　Marvell中国区IoT产品经理成少飞说：“现在IoT领域，WiFi是个热点，但它并是不无所不能，在有些场合并不合适。WiFi就目前来讲是最火的，很多厂商首选是WiFi。”究其原因，其实很简单，因为现在所有的电子通信产品，WiFi几乎是标配，所以WiFi无疑是目前市场上最容易获取的无线通信工具，再加上现在WiFi的普及，这自然让其成为无线连接领域最炙手可热的连接方式。例如，苹果的HomeKit很多是基于WIFI连接的。成少飞表示，在未来的三到五时间中，WiFi在智能家居和工业方面会有很大的成就。Marvell目前推出的一款芯片MW300是控制器+WiFi的组合，它可以帮助实现云、端和人的互通、互动，“以往对智能设备的控制可能是用手直接触碰或需要遥控器，现在通过WiFi用手机就可以做到互动，未来通过各种先进传感器甚至可以自动感知、操作。”

　　2.蓝牙

　　虽然WIFI可以支持高带宽的应用，但是跟其他无线连接技术相比成本较高，功耗也比较高。因此可以看到低功耗的蓝牙技术重新崛起，蓝牙在各种智能硬件尤其是可穿戴设备中可处处见其身影，对WiFi造成一定竞争，但更多情况下是有益补充蓝牙跟WIFI相比有其自身优势，蓝牙其实出现很久，它最被人们广为熟知的就是蓝牙耳机，它实际上就是一个无线技术的应用，并且被消费者所接受，就目前来讲，耳机仍然是蓝牙最主要的应用之一。

　　Dialog半导体有限公司连接性汽车与工业事业群资深副总裁兼总经理Sean McGrath表示：“蓝牙市场的标准提供了一个非常简单的连接你的设备的一些方法，比如说像刚才说的平板电脑和智能手机，而且还有较长的电池的续航能力，由于有这样的特性，标准就开启了很多新的关于蓝牙方面的一些应用的领域。但是这些领域也包括传统的市场，比如说传统的键盘连接，很多设计的制造商，他们都觉得蓝牙已经成为了一个很优越的连接到他们所生产设备的，而且是无线连接的机会。”

　　蓝牙可以试用不同场景，原因是它的功耗较低，很多蓝牙设备都是依靠用电池供电即可。比如可穿戴设备的手环、手表，包括一些运动健康设备都是基于蓝牙技术。所以可以大胆推测，蓝牙在未来发展是有一定上升空间。蓝牙的优势，也是因为在此之前蓝牙耳机被广泛的应用，很多手机终端蓝牙是标配。这也是为什么可穿戴设备很多厂商首选蓝牙。Marvell的MB300蓝牙无线控制器解决方案瞄准遥控、无线扬声器、汽车、游戏手柄、立体声耳机、医疗保健、可穿戴及更多IoT应用领域，并已被多家厂商采用。

　　Nordic Semiconductor亚洲销售与营销总监Steel Ytterdal：“蓝牙智能(Bluetooth.Smart)(前称为蓝牙低功耗(Bluetooth low energy))是蓝牙v4.1标准的标志性元素，而功耗却低于“传统”蓝牙标准，这类技术将会助力大多数此类无线传感器产品。Nordic Semiconductor提供用于IoT应用的nRF51系列蓝牙智能系统级芯片(SoC)产品。这些SoC器件在单一芯片上结合了功能强大的32-bitARM.Cortex.-M0处理器、多协议2.4-GHz无线电和最多256-kByte快闪存储器。这一器件备共有两种型款，nRF51822支持蓝牙智能协议软件，完全符合蓝牙v4.1标准，并带有专有的2.4GHzRF协议软件，完全兼容Nordic先前一代nRF24L系列芯片。第二款nRF51422是世界上首个多协议SoC解决方案，能够支持ANTRF协议软件；或者在单一芯片上同时支持ANT+和蓝牙智能无线通信。”CSRHID/

　　IOT高级产品营销经理David James：CSR有一款颠覆性的Bluetooth.Smart解决方案—CSRMesh。该优化型方案面向智能家居及物联网应用，将智能手机打造为物联网(IoT)应用的核心，使无数Bluetooth Smart设备能够方便地通过同一手机、平板电脑或PC进行互联或直接操控。CSRMesh方案实现了业内的首创之举。它通过将蓝牙配置与控制协议整合到CSR成熟的Bluetooth Smart产品，例如CSR101x.及CSR8811.当中，使消费者在任何地点都能操控家里的Bluetooth Smart设备，包括灯光、供暖设备、家用电器以及安防系统。更为重要的是，基于该协议的解决方案无需进行复杂安装、配对或使用如路由器一样的接入设备，从而保障卓越的用户体验。

　　CSR Mesh协议使用Bluetooth Smart技术将信号传输至其他联网的Bluetooth Smart设备，这些Bluetooth Smart设备再将接收到的信号传回。信号可单独传输给单个设备也可同时传输至多个设备，甚至还可传输至分属多组的不同设备。其控制功能借助配备标准Bluetooth Smart的家用电器，如照明开关或市面上的大多数智能手机或平板电脑即可实现。

　　3.ZigBee

　　ZigBee跟WiFi、蓝牙比起来，ZigBee是一个开放的标准。采用ZigBee标准的企业能够进入全球市场并在价格、质量和产品特性方面取得竞争优势。ZigBee其他重要技术特征包括：

　　●ZigBee可靠耐用，它利用网状网络消除单点故障并拓宽网络覆盖范围。

　　●ZigBee能耗低，对诸如门窗传感器之类的需要以电池供电的设备，ZigBee能够使其电池维持七年以上的使用寿命且无需更换。ZigBee的Green Power功能可实现能量收集，因此无需使用任何电池。

　　●ZigBee具备互操行，并使网络与应用层标准化。无论是加入一个网络还是对设备进行开关都有明确的标准定义，所以不同供应商之间的设备能够无缝协作。

　　ZigBee联盟市场战略总监莱恩·密理(Ryan MALEY)就表示：“ZigBee安全性好，具备多种安全机制，包括AES-128-CCM无线加密，设备与网络密钥，基于证书的密钥交换和帧计数器。在美国，公共事业公司所在部署的ZigBee电表超过7千万块；在英国，能源与气候变化部将ZigBee Smart Energy作为智能电表的标准，预计在未来几年内，将有超过1亿块基于ZigBee的设备投入使用。

　　ZigBee作为一项针对简单对象的技术，对智能家居领域尤其适用。它支持家庭监控、安全保卫、智能家电，同时能够在同一个网络中连接照明设备。ZigBee能够使消费者受益颇多，例如它可以增强能源使用意识，能够将例如窗帘和灯等所有智能家电融为一体，从而减少能源消耗。”

　　Silicon Labs无线网状网络产品资深产品经理David Egan：“Silicon Labs的Ember EM35x和EM358x ZigBee SoC是那些想要在产品中添加ZigBee网状网络连接的制造商的首选平台。

　　Ember ZigBee平台是2.4GHz无线网络中具有最高集成度、完整性和丰富的功能特性的ZigBee解决方案，在小封装中提供无与伦比的无线性能、低功耗和代码密度。作为网状网络应用中最广泛采用的ZigBee平台，Ember ZigBee芯片能够作为SoC用于成本敏感型低功耗传感器网络和其他简单连接设备，或者作为网络协处理器用于运行于高性能应用处理器上的复杂应用。网络协处理器用于运行于高性能应用处理器上的复杂应用。EM35x器件集成了带有+8dBm功率放大器的2.4GHz IEEE 802.15.4收发器、ARM Cortex-M3内核、高达192kB的Flash和12kB的RAM。Ember ZigBee器件提供了极低的信息延迟和极高的数据吞吐量，并且与其他ZigBee解决方案相比至少延长25％的电池使用寿命。”

　　所以综合来看，未来物联网的发展前景中，WIFI可能是比较有优势，但是蓝牙和ZigBee都会发展，未来发展可能是不同的场景，应用的技术也不太一样。但是未来可能是跟现在不太一样，因为未来的物联网可能是比较大的网络，在大的环境中可能，任何一个比较大的场景中，可能都会保持其特性。

　　部分产品精选

　　以物物互联为特征的泛在网络时代的到来，最为显著的特征是将通信主体从人与人之间通信扩展至人与物、物与物之间，通信主体变革带来海量的潜在需求，近十年来市场对短距离无线互联芯片的爆炸式增长需求正是反映了这一领域所发生的革命性变革。随着微电子技术的快速发展，短距离无线互联芯片模组已经在功耗、体积、计算、存储等方面为物物互联提供灵活多样的解决方案。从当前的应用热点来看，在智能家居、体域网、智能电网、智能交通等细分领域短距离无线通信技术正在得到源源不断的关注；从技术上看，低功耗蓝牙、Zigbee、室内定位、低功耗WIFI、私有无线等均在往更低功耗、更远传输距离、更低成本三个方向演进，满足日益多样化的物物互联市场应用需求。

　　上海海尔集成电路有限公司从2010年开始布局短距离无线互联芯片业务，以差异化的市场战略为用户提供低成本、高性能的短距离无线互联整体解决方案，满足用户对传输距离、通信带宽等的多样性需求。当前面向市场推出的2.4GHz短距离无线互联芯片HW2000正是秉承以上核心技术优势，具有输出功率高、接收灵敏度好、休眠功耗低的典型特点，满足用户在智能家居、无线航模、智能遥控器等高端应用领域对带宽、传输距离等的苛刻要求。

　　现如今很多公司已经不是单一支持一种无线链接方式，Marvell公司就推出了EZ-ConnectIoT完整平台中的无线控制器芯片解决方案，即控制器+WiFi/+蓝牙/+ZigBee，这几乎涵盖了所有目前智能家居、可穿戴领域主流的无线通信手段，为开发者提供了更大的想象空间，能更方便地实现互联互通。

　　Microchip公司也提供实现IoT功能的嵌入式Wi-Fi.和Bluetooth.模块，它们可与190余款采用超低功耗(XLP)技术的PIC.MCU配合使用，非常方便。这些XLPMCU提供低至9nA的休眠电流和低至30μA/MHz的运行电流，其低功耗外设结合多种低功耗模式，可构建长时间电池供电的IoT节点。这些均满足了IoT应用的低功耗需求。此外，软件和工具是低功耗设计的关键。Microchip提供Baery Life Estimator(电池寿命估算器)，可用来模拟采用XLPPICMCU设计的应用的电池寿命。Microchip的MPLAB.REALICE.功率监视器可实时监视MCU的功耗，设计人员可据此来捕捉、诊断和更正导致大电流消耗的代码。

　　ADI市场经理张鹏：ADI针对物联网新近推出了AD9361无线收发模拟前端。AD9361是一款高性能、高度集成的RFAgileTransceiver.捷变收发器。该器件的可编程性和宽带能力使其成为多种收发器应用的理想选择。该器件集RF前端与灵活的混合信号基带部分为一体，集成频率合成器，为处理器提供可配置数字接口，从而简化设计导入。AD9361工作频率范围为70MHz至6.0GHz，涵盖大部分特许执照和免执照频段，支持的通道带宽范围为不到200kHz至56MHz。该器件可以用于smallcell/Femtocell等微基站的设计。便于安装调试以实现工厂自动化。

　　ADI对于智能化工厂的产品主要在工业组网上。ADI可提供从4~20mA、RS-232、RS-485、CAN、LVDS等多种工业通讯协议的芯片，可以支持隔离与非隔离、工业温度范围、含DC-DC隔离电源等技术；还有一些支持短距离无线通讯技术，提供高性能的、可涵盖不同频段的射频芯片；另外对于工业以太网技术，ADI也在新的处理器中加以考虑。这些芯片都给工业组网带来很大的便利。例如，ADM2582/2587—带隔离电源的集成RS-485接口芯片，ADM 3052/3053—带隔离电源的CAN接口芯片，等可方便用于工业网络。ADI的WSN(Wireless Sensor Node)方案主要面向于智能楼宇的无线网络解决方案。ADuCRF101是一款集ARMCortex-M3处理器与RF为一体的单芯片解决。该方案支持多种无线网络协议，包括ADI的ADRadioNet以及6LoWPAN，Wireless MBus及WiSun Alliance。除了SoC方案，ADI还提供一系列的RF收发芯片，以ADF70xx，ADF72xx为代表的RF芯片支持从数百兆到2.4G的频率范围。

　　参考文献：

　　[1]李健.云起，无线互联何去何从.电子产品世界，2011(9)

　　[2]Mark Downing.无线传感网将驱动物联网发展.电子产品世界，2012(6)

　　[3]曾磊，张海峰，侯维岩.基于WiFi的无线测控系统设计与实现.电测与仪表，2011(7)

　　[4]金纯，蒋小宇，罗祖秋.ZigBee与蓝牙的分析与比较.信息技术与标准化，2004(6)

　　[5]纪丽猛.基于ZigBee技术的无线数据采集系统研究与设计.燕山大学，2013(5)

　　王莹 叶雷《电子产品世界》编辑

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