物聯(lián)網(wǎng)中的工業(yè)無線標準

1 IIoT對無線連接的要求

在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）應(yīng)用中有三種通用類型的無線網(wǎng)絡(luò)：（1）由客戶開發(fā)、實施和維護的專有網(wǎng)絡(luò)；（2）由客戶部署和維護的基于標準的無線網(wǎng)絡(luò)；（3）客戶以付費形式接入的現(xiàn)有蜂窩物聯(lián)網(wǎng)（IoT）網(wǎng)絡(luò)，例如LTE-M或NB-IoT。蜂窩物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的一個理想選擇，例如應(yīng)用在跨越遠距離和大區(qū)域（如城市、州/省甚至全國范圍）內(nèi)的資產(chǎn)跟蹤。

在為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用選擇通信網(wǎng)絡(luò)時，客戶必須考慮各種技術(shù)和成本因素。對于許多客戶而言，這些考慮因素將繼續(xù)推動他們使用專有的或基于標準的無線網(wǎng)絡(luò)來構(gòu)建和維護他們自己的網(wǎng)絡(luò)。我們預(yù)測，在可預(yù)見的將來，這些網(wǎng)絡(luò)還將與蜂窩技術(shù)共存。盡管5G在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)方面具有廣闊的應(yīng)用前景，但現(xiàn)有的無線技術(shù)可以為僅需要低數(shù)據(jù)速率的機器對機器（M2M）和機器對云端應(yīng)用提供可擴展且經(jīng)濟高效的連接。

Silicon Labs副總裁兼物聯(lián)網(wǎng)工業(yè)和商業(yè)產(chǎn)品總經(jīng)理 Ross Sabolcik

2 看好哪類無線通信標準

Silicon Labs的無線物聯(lián)網(wǎng)解決方案廣泛支持多樣化的無線協(xié)議，包括Zigbee、Thread、藍牙mesh、低功耗藍牙、Wi-Fi、Z-Wave和專有協(xié)議等。我們?yōu)槲锫?lián)網(wǎng)應(yīng)用提供了豐富的器件組合，包括無線SoC和模塊、微控制器和傳感器，使客戶能夠構(gòu)建完整的系統(tǒng)，來監(jiān)測環(huán)境變化、在本地處理數(shù)據(jù)，并使用無線技術(shù)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫诉M行分析。我們的客戶和合作伙伴還可以使用我們的射頻產(chǎn)品，來實現(xiàn)Wireless M-Bus、Wi-SUN、ISA-100和WirelessHART等更多的無線通信協(xié)議，以滿足特定的工業(yè)應(yīng)用需求。

作為Silicon Labs的關(guān)鍵差異化要素之一，我們?yōu)楣I(yè)物聯(lián)網(wǎng)提供了不偏不倚的無線連接。Silicon Labs為客戶提供了前所未有的靈活性，使他們可以從多種可選的無線協(xié)議中選擇任何一種，這是因為我們的無線器件是在一個可支持多種標準和專有協(xié)議的通用的、可擴展的平臺上構(gòu)建的。針對工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)，Silicon Labs提供了靈活的連接技術(shù)選擇，包括能夠在2.4 GHz運行各種領(lǐng)先的、基于標準的協(xié)議，以及大部分在1 GHz以下運行的專有協(xié)議，所有這些功能都可以集成在同一個無線系統(tǒng)級芯片（SoC）器件上。

Silicon Labs的無線器件還支持多協(xié)議操作，允許連接器件在運行時在不同的協(xié)議之間進行動態(tài)切換，從而為應(yīng)用開發(fā)人員設(shè)計具有出色互通性和連接性的設(shè)備提供了巨大的發(fā)揮空間。在同一個無線器件中支持多協(xié)議連接，使客戶能夠連接到不同的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，或隨著無線標準的不斷發(fā)展演進而對其網(wǎng)絡(luò)進行現(xiàn)場升級。我們?yōu)闊o線硬件和軟件開發(fā)了平臺化方法，還使客戶能夠在多樣化的通信網(wǎng)絡(luò)中充分利用其投資。這項功能支持客戶將產(chǎn)品部署到當今細分化的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)市場中，并在生態(tài)系統(tǒng)繼續(xù)演進發(fā)展的同時實現(xiàn)互聯(lián)互通最大化。

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)涉及數(shù)量眾多、各自不同的應(yīng)用和市場。Silicon Labs將關(guān)注點放在了樓宇自動化、智能照明、智能表計、資產(chǎn)管理和其他類似的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用上，它們需要基于標準的和專有的低功耗無線連接。為滿足這些應(yīng)用需求，Silicon Labs提供了不同硬件集成度和連接技術(shù)的各種無線SoC和模塊器件，以增強整個系統(tǒng)的集成，并幫助開發(fā)人員降低系統(tǒng)成本和復(fù)雜性。

3 Silicon Labs的解決方案

3.1 Wireless Gecko Series 2平臺（無線SoC芯片和模塊）：Silicon Labs的新一代Series 2 Wireless Gecko產(chǎn)品組合設(shè)計旨在使物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品更加強大、高效和可靠。基于Wireless Gecko產(chǎn)品組合已經(jīng)過驗證的射頻和多協(xié)議能力，Series 2提供了一個通用的、可擴展的物聯(lián)網(wǎng)連接平臺和小型化的無線SoC，這些芯片具有專用的安全防護內(nèi)核和片上射頻；相比競爭性解決方案，它們可提供2.5倍的無線覆蓋范圍。隨著物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備不斷被采用和持續(xù)增長的多樣性，開發(fā)人員在尋求靈活的連接解決方案，以幫助他們快速地將差異化的產(chǎn)品推向市場，同時降低成本和設(shè)計復(fù)雜性。Series 2滿足了這一需求，并改進了多個設(shè)計要素，包括無線性能、可靠性、軟件重用和增強的安全性，以加速物聯(lián)網(wǎng)的開發(fā)、部署和采用。首個Series 2產(chǎn)品包括支持Zigbee、Thread和藍牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)等多協(xié)議的EFR32MG21 SoC芯片，以及專用于低功耗藍牙和藍牙m(xù)esh的EFR32BG21 SoC芯片。這些SoC為包括網(wǎng)關(guān)、集線器、照明、語音助手和智能電表電線供電的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品提供了理想的解決方案。

Silicon Labs最近推出了一個全新的高集成度的、安全的Series 2模塊產(chǎn)品組合，它們可減少開發(fā)成本和復(fù)雜性，從而可更輕松地在多樣化的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品上添加強大的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)連接。新型的MGM210x和BGM210x Series 2模塊支持領(lǐng)先的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)協(xié)議（Zigbee、Thread和藍牙m(xù)esh）、低功耗藍牙和多協(xié)議連接。Series 2模塊產(chǎn)品組合的初始系列包括業(yè)界首款針對LED燈泡優(yōu)化的、預(yù)先通過認證無線模塊，和旨在滿足各種超小型物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品需求而設(shè)計的通用印刷電路板（PCB）外形模塊。

為了幫助物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)人員保護其產(chǎn)品免受惡意攻擊，Silicon Labs在設(shè)計Series 2 SoC和模塊時都包含了一流的安全功能。例如，利用可信根和安全加載器（RTSL）技術(shù)的安全啟動有助于防止惡意軟件注入和回滾，確保了可靠安全的固件執(zhí)行和無線（OTA）更新。專用安全內(nèi)核隔離了應(yīng)用處理器，并且通過差分算能分析（DPA）對策提供快速、高效的加密操作。符合NIST SP800-90和AIS-31的真隨機數(shù)發(fā)生器（TRNG）可加強器件加密。具有鎖定/解鎖功能的安全調(diào)試界面支持通過驗證的訪問以增強故障分析。該模塊的Arm Cortex-M33內(nèi)核集成了TrustZone技術(shù)，可為可信軟件架構(gòu)實現(xiàn)系統(tǒng)級硬件隔離。

3.2 Wireless Gecko Series 1平臺（無線SoC和模塊）：Silicon Labs于2016年初推出了第一代Wireless Gecko。從那時起，Wireless Gecko Series 1平臺的SoC、模塊和軟件已成為業(yè)界領(lǐng)先的多協(xié)議、多頻段物聯(lián)網(wǎng)連接解決方案，為各種的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用和市場提供靈活的無線協(xié)議和性價比選擇。該平臺集成了一個功能強大的Arm Cortex-M4內(nèi)核、節(jié)能的Gecko技術(shù)、具有高達19.5 dBm輸出功率的2.4 GHz射頻以及先進的硬件加密技術(shù)。為了加速無線應(yīng)用設(shè)計，Wireless Gecko SoC采用用于網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的、業(yè)內(nèi)最佳的Thread和Zigbee協(xié)議棧，為專有協(xié)議提供的直觀的射頻接口軟件、用于點對點連接的低功耗藍牙，以及可簡化無線應(yīng)用開發(fā)、配置、調(diào)試和低能耗設(shè)計的Simplicity Studio工具。