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物聯(lián)網(wǎng)中的無線通信技術(shù)及共存方式

潤(rùn)欣科技Fortune ? 2018-04-25 09:30 ? 次閱讀
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無線的開端

講到智能家居發(fā)展歷史,我們就不得不提ZigBee技術(shù),ZigBee是基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn),使用頻段800Mhz/900Mhz/2.4G,因?yàn)槌杀镜秃推涮赜械奶S式傳輸?shù)奶匦员?a href="http://www.asorrir.com/v/tag/204/" target="_blank">工業(yè)控制,被工業(yè)控制設(shè)備商廣受歡迎。

它從2001年面世以來,因其功耗低、傳輸距離長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)被廣泛運(yùn)用于物物連接、無線通信領(lǐng)域,我們可以認(rèn)為ZigBee技術(shù)的誕生是物聯(lián)網(wǎng)的萌芽狀態(tài),ZigBee在工業(yè)控制領(lǐng)域運(yùn)用在這項(xiàng)技術(shù)誕生之初就得到了廣泛運(yùn)用,人們開始意識(shí)到簡(jiǎn)單的人物有線連接已經(jīng)無法滿足我們的實(shí)際需求,我們?cè)趯?shí)際運(yùn)用場(chǎng)景中需要更多地物物無線連接和人物交互,我們可以認(rèn)為這個(gè)是物聯(lián)網(wǎng)的元時(shí)代。

無線的革新

2013年高通推出了業(yè)內(nèi)第一顆WIFI低功耗SOC,徹底打破了人們對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)的認(rèn)識(shí)。WIFI基于802.11協(xié)議,工作在2.4G/5G頻段,因?yàn)槠鋸V域網(wǎng)接入能力的特性,使人們對(duì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)眼前一亮。

同時(shí)基于我國(guó)健全的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展能力,人們意識(shí)的借助于互聯(lián)網(wǎng)和云概念,智能終端,我們可以更加方便的對(duì)萬物進(jìn)行連接。筆者認(rèn)為這個(gè)是物聯(lián)網(wǎng)1.0時(shí)代,WIFI連接帶來的意義不僅僅是連接方式的改變,更是思維模式的變化,連接成為一個(gè)物理通訊方式,互聯(lián)網(wǎng)成為精神支架。

近兩年來物聯(lián)網(wǎng)從萌芽到彷徨,到現(xiàn)在被大家廣泛認(rèn)可,物聯(lián)網(wǎng)WIFI連接起到了承上啟下的作用,給設(shè)備制造商帶來了希望,我們?cè)跉g欣雀躍的迎接這個(gè)變化,但是隨著制造商對(duì)這個(gè)方向深入的發(fā)掘,有一個(gè)問題讓制造商又不得不重新面對(duì),那就是WIFI的功耗問題。

無線的拓展

誠(chéng)然高通已經(jīng)針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)特別優(yōu)化了這顆SOC的功耗,但是因?yàn)閃IFI的特性,功耗在傳統(tǒng)低消耗技術(shù)并沒有太多優(yōu)勢(shì)。比如Zigbee和藍(lán)牙,人們又開始重新審視低功耗物理連接的方式和優(yōu)缺點(diǎn)。

關(guān)于ZigBee開篇已經(jīng)介紹過,關(guān)于藍(lán)牙,其實(shí)是一個(gè)比ZigBee誕生更早的技術(shù),基于IEEE 802.15.1協(xié)議,傳輸頻道為2.4—2.485GHz,藍(lán)牙從誕生出來就被廣泛用在了無線通信技術(shù),比如藍(lán)牙耳機(jī)、藍(lán)牙打印機(jī)等,近兩年來隨著智能穿戴技術(shù)的發(fā)展,藍(lán)牙又被增加了新的活力。在物聯(lián)網(wǎng)這個(gè)概念被廣泛接受之前,藍(lán)牙就一直就是WIFI的好朋友,作為WIFI的技術(shù)衍生,藍(lán)牙發(fā)揮了很大的作用,比如在我們的移動(dòng)筆記本或者智能手機(jī)中高端標(biāo)配機(jī)型上,藍(lán)牙和WIFI就一直并存在設(shè)備中。近兩年AI音響的被市場(chǎng)廣泛推出,給人們一個(gè)嶄新的物聯(lián)網(wǎng)交互方式,藍(lán)牙又被賦予新的活力。

物聯(lián)網(wǎng)中的無線通信技術(shù)及共存方式

無線的融合

前面分別介紹物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中的ZigBee、WIFI及藍(lán)牙技術(shù),而隨著物聯(lián)網(wǎng)連接需求的越來越廣泛,物聯(lián)網(wǎng)的各種領(lǐng)域蓬勃發(fā)展,比如智能家居、智能穿戴、智能汽車等市場(chǎng)的深入發(fā)展,人們?cè)絹碓狡惹械男枰@三門技術(shù)的融合。

雖然這三個(gè)技術(shù)都是物聯(lián)網(wǎng)的三種通訊方式,但是所運(yùn)用的場(chǎng)合并沒有完全重疊,ZigBee被廣泛運(yùn)用在傳感器等市場(chǎng),WIFI運(yùn)用在非功耗嚴(yán)格要求等家電設(shè)備和網(wǎng)關(guān)上,藍(lán)牙運(yùn)用于智能穿戴及AI音響領(lǐng)域,這三種技術(shù)在實(shí)際物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域上起到了相互補(bǔ)充的作用,所以從運(yùn)用場(chǎng)景上看這三個(gè)技術(shù)是相互襯托,那么對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)備商問題就來了,既然有存在和融合的必要性,那么從技術(shù)上是否可以同時(shí)實(shí)現(xiàn),答案當(dāng)然是:可以但是有挑戰(zhàn)。

上面已經(jīng)介紹過,三個(gè)通訊方式會(huì)同時(shí)工作在一個(gè)頻段,我們都知道在同一個(gè)頻段無線通訊會(huì)相互干擾,這個(gè)困擾其實(shí)也會(huì)存在我們對(duì)這三個(gè)技術(shù)的融合中,我們?cè)谝婚_始的處理方式是這樣,誰強(qiáng)則強(qiáng),無序競(jìng)爭(zhēng),我們對(duì)這三個(gè)通訊方式的機(jī)制不加限制,因?yàn)樵诩夹g(shù)上有重傳機(jī)制,藍(lán)牙和ZigBee數(shù)據(jù)量校小,所以在某些運(yùn)用領(lǐng)域上面,我們對(duì)融合這個(gè)概念只是簡(jiǎn)單地疊加,依托于重傳極小數(shù)據(jù)量的工作特性,對(duì)三個(gè)技術(shù)不加限制,通過競(jìng)爭(zhēng)來實(shí)現(xiàn)通訊,在實(shí)際設(shè)計(jì)中我們通常通過PCB布板隔離及天線擺放等方式去盡力規(guī)避干擾所帶來的影響,潤(rùn)欣科技也基于WIFI和藍(lán)牙共存及ZigBee的擴(kuò)展接口上做了很多優(yōu)秀的QFN低功耗網(wǎng)關(guān)模塊。

無線的共存

隨著終端設(shè)備越來越多,人們需要連接更多的設(shè)備,更遠(yuǎn)的距離及更高的吞吐量,同時(shí)AI音響技術(shù)的出現(xiàn),人們對(duì)于網(wǎng)關(guān)設(shè)備審美觀念越來越高,顏值也成為一個(gè)門檻,這也迫使設(shè)備制造商選擇更小巧的的外線,所以在技術(shù)上更高增益的天線,更小的布板越來越成為趨勢(shì),在硬件上我們之前選擇的對(duì)策已經(jīng)越來越具有瓶頸,所以我們?cè)絹碓狡惹械囊笤跈C(jī)制上改變無序競(jìng)爭(zhēng)的工作狀態(tài),讓有效協(xié)作帶替代惡劣競(jìng)爭(zhēng)。

其實(shí)機(jī)制共存并不是一個(gè)陌生的技術(shù),在上文中我們也有介紹手機(jī)和筆記本上,這項(xiàng)技術(shù)一直都有存在,但是主要存在于終端中,但是在物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng),我們更關(guān)切網(wǎng)關(guān)部分的融合,我們有迫切的需求需要將終端的技術(shù)擴(kuò)展到我們的網(wǎng)關(guān)端,所慶幸隨著市場(chǎng)的預(yù)期發(fā)展,芯片廠家和更多地驅(qū)動(dòng)開放者也逐漸完善了在網(wǎng)關(guān)部分的技術(shù),我們只需要在硬件上做一些邏輯控制,這三個(gè)技術(shù)就能有效的實(shí)現(xiàn)在網(wǎng)關(guān)中。

硬件電路實(shí)現(xiàn)上我們?cè)O(shè)置三個(gè)通訊的優(yōu)先級(jí),WIFI通訊在無優(yōu)先級(jí)或者BT/ZB優(yōu)先級(jí)較高的情況下,我們就中斷WIFI的工作,我們只需通過GPIO口來分別表征各個(gè)通訊的優(yōu)先級(jí)及通訊狀態(tài)來對(duì)WIFI,ZigBee及藍(lán)牙進(jìn)行狀態(tài)指示,通過時(shí)分來切分三個(gè)通訊方式。潤(rùn)欣代理的高通產(chǎn)品線已經(jīng)基于這三個(gè)共存率先量產(chǎn)了相關(guān)AP方案,我們也已同步配合了一些客戶將這樣的方案推出市場(chǎng),如下是潤(rùn)欣推出的基于高通的共存設(shè)計(jì)方案DK07,基本框圖如下:


物聯(lián)網(wǎng)中的無線通信技術(shù)及共存方式


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