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�；ヂ�(lián)網(wǎng)時代，主要是電腦與網(wǎng)絡間的連接；移動互聯(lián)網(wǎng)時代，則使得手機與電腦和網(wǎng)絡連接在一起。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、手表、手環(huán)等個人相關的產(chǎn)品，到汽車、音箱、空調等家用產(chǎn)品，再到智慧農(nóng)業(yè)、智慧工業(yè)等相關的產(chǎn)品，都將進行相互連接。
據(jù)研究數(shù)據(jù)顯示，到2020年，物聯(lián)網(wǎng)連接的設備將達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)的關鍵要素。如何實現(xiàn)設備間的超低耗連接，關鍵要從無線連接技術、到芯片、傳感器、微處器理等上游技術方案的優(yōu)化。
圖1 從2016藍牙技術藍圖看半導體原廠物聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略
藍牙發(fā)布2016技術藍圖 提升距離、速度及MESH聯(lián)網(wǎng)
藍牙技術、Zigbee、Wi-Fi是三種主流無線連接技術，藍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。為強化在物聯(lián)網(wǎng)的應用，Wi-Fi聯(lián)盟推出低功耗Wi-Fi技術，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年的技術藍圖。
圖2 從2016藍牙技術藍圖看半導體原廠物聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略
對于藍牙2016年的技術藍圖，藍牙技術將實現(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)布全新藍牙網(wǎng)關架構發(fā)布。“今年，藍牙技術的演進將進一步為包括智能家居、工業(yè)自動化、基于位置的服務和智能基礎設施等高速增長行業(yè)注入更多動能。”藍牙技術聯(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大4倍，改變智能家居和基礎設施領域的應用，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前的100%，可為關鍵性應用如醫(yī)療設備實現(xiàn)更快速地數(shù)據(jù)傳輸，以提高反應速度并降低時間延遲。而Mesh聯(lián)網(wǎng)功能則能讓藍牙網(wǎng)絡的覆蓋范圍得以遍及整棟建筑或整戶住宅，使得范圍內(nèi)的藍牙設備彼此互聯(lián)，開啟智能家居和工業(yè)自動化的更多應用可能。
同時，為了推動藍牙設備與其他連接技術設備的連接，藍牙技術聯(lián)盟宣布推出傳輸發(fā)現(xiàn)服務（Transport Discovery Service；TDS），提供利于設備發(fā)現(xiàn)并連接的通用框架。未來，無論設備采用哪種無線技術，透過TDS，設備間能夠實現(xiàn)彼此發(fā)現(xiàn)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，宣布開放藍牙網(wǎng)關架構并推出入門工具套件，助力開發(fā)者快速為藍牙產(chǎn)品創(chuàng)建互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關。具有藍牙功能的傳感器能透過藍牙技術連接網(wǎng)關設備，向云端傳遞數(shù)據(jù)并進行數(shù)據(jù)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行遠程監(jiān)測和控制，藉此擴展了物聯(lián)網(wǎng)的潛在應用領域。
多協(xié)議SoC方案應運而生 簡化IoT連接
在多種無線連接技術真正融合之前，仍存在著多種連接方式。為了簡化物聯(lián)網(wǎng)的連接，半導體企業(yè)開始推出多協(xié)議芯片方案。
圖3 從2016藍牙技術藍圖看半導體原廠物聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略
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)造出更智能的應用場景。” Silicon Labs物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品營銷副總裁Daniel Cooley表示。
在應用案例上，Daniel Cooley指出在醫(yī)院的實際應用。以前的控制方式主要是醫(yī)院護士站中有一個系統(tǒng)控制病床。不過，當護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，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，可以進行床位的位置調控。護士人手配一臺平板電腦，操控的動作可以轉移到平板電腦上，當護士走近病床時，通信從ZigBee網(wǎng)狀網(wǎng)絡切換到藍牙連接，平板電腦可以獲得與病床相關的信息，并且對病床進行操控；而當護士離開病床時，該病床的通信協(xié)議又會從藍牙切換到ZigBee網(wǎng)狀網(wǎng)絡，直接和護士站的信息控制中心進行溝通和互動。
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)、銷售終端設備、健身和醫(yī)療設備等。
芯片廠商思路調整 從系統(tǒng)角度整合硬件、軟件和套件
此前，半導體廠商重點在于推動技術的提升，隨著物聯(lián)網(wǎng)應用的多樣化和應用需求的多元化，企業(yè)開始從專注于技術的提升轉向如何更好地滿足客戶的需求。從芯片廠商的思維轉向系統(tǒng)思維。
圖4 從2016藍牙技術藍圖看半導體原廠物聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略
在推動物聯(lián)網(wǎng)的連接應用上，ST在推動MCU的發(fā)展上開始有所轉變。“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。”意法半導體大中華與亞太區(qū)微控制器市場及應用總監(jiān)James Wiartge指出。
在推進MCU在物聯(lián)網(wǎng)的應用中，需要有4個要素。意法半導體STM32超低功耗和網(wǎng)絡微控制器市場經(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)領域的應用，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)應用的不斷深入，半導體廠商的的競爭點發(fā)生了變化，企業(yè)開始從打造技術優(yōu)勢轉向打造整體方案優(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，“過去應用比較簡單，現(xiàn)在應用會越來越復雜，特別是軟件、系統(tǒng)層面要求會越來越多，僅僅靠一個供應商很難做Sub System，我們會和合作伙伴一起做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，用戶把sub System集成到手機里，加上自身的應用系統(tǒng)可以形成完整的應用系統(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)。
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