藍(lán)牙與Wi-Fi和蜂窩合作實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)的多樣化

物聯(lián)網(wǎng) （IoT） 正在采用多種 RF 連接選項(xiàng)，同時(shí)關(guān)注硬件安全性，在這里，藍(lán)牙作為一種流行的短距離無(wú)線技術(shù)脫穎而出，通常與 Wi-Fi 或 LTE 等長(zhǎng)距離蜂窩技術(shù)相輔相成-M 和 NB-IoT。

此外，硅供應(yīng)商和模塊供應(yīng)商之間的傳統(tǒng)鴻溝正在模糊。到目前為止，小批量物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)更喜歡預(yù)編程和認(rèn)證的模塊，而 OEM 正在生產(chǎn)數(shù)十萬(wàn)個(gè)具有自己的固件和開(kāi)發(fā)工具的藍(lán)牙芯片。但隨著 2010 年代中期物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)的出現(xiàn)，這種情況開(kāi)始發(fā)生變化。

例如，2015 年，芯片制造商 Silicon Labs 收購(gòu)了藍(lán)牙和 Wi-Fi 模塊以及軟件堆棧、開(kāi)發(fā)工具和軟件開(kāi)發(fā)套件 （SDK） 供應(yīng)商 Bluegiga Technologies Oy。收購(gòu)芬蘭埃斯波的 Bluegiga 清楚地表明，芯片制造商希望簡(jiǎn)化無(wú)線連接，同時(shí)提供高度集成的解決方案，從而加快物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)周期。

起初，Silicon Labs 能夠在歐洲建立一個(gè)設(shè)計(jì)前哨。但仔細(xì)觀察會(huì)發(fā)現(xiàn)，芯片制造商也在向模塊業(yè)務(wù)擴(kuò)張，以控制更大的設(shè)計(jì)價(jià)值鏈。

藍(lán)牙 Wi-Fi 組合

快進(jìn)到 2018 年 9 月，Silicon Labs 宣布推出Wireless Xpress平臺(tái)，其中包括經(jīng)過(guò)認(rèn)證的藍(lán)牙 5 低功耗 （LE） 和 Wi-Fi 模塊以及集成協(xié)議棧和易于使用的工具。它通過(guò)高級(jí) Xpress 命令 API 控制板載無(wú)線堆棧。

首先，此類預(yù)編程和預(yù)認(rèn)證的平臺(tái)消除了與眾多復(fù)雜無(wú)線接口相關(guān)的艱巨開(kāi)發(fā)工作。換句話說(shuō)，物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)人員不需要投資于無(wú)線連接專業(yè)知識(shí)。

其次，這些模塊不需要開(kāi)發(fā)人員編寫數(shù)百小時(shí)的代碼，而是盡可能多地承擔(dān)固件責(zé)任。第三，它們從網(wǎng)絡(luò)處理任務(wù)中卸載主機(jī)處理設(shè)備——無(wú)論是微控制器還是微處理器。因此，物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)人員可以使用準(zhǔn)系統(tǒng) 8 位 MCU，而不是更昂貴的配備 RAM、閃存等的 32 位 MCU。

2019 年夏天，Wi-Fi 模塊供應(yīng)商 u？blox 收購(gòu)了 Rigado 的藍(lán)牙模塊業(yè)務(wù)，這是藍(lán)牙和 Wi-Fi 組合流行的另一個(gè)證明。這筆交易的意圖似乎很明確：補(bǔ)充兩種流行的短距離無(wú)線技術(shù)，以提供更全面的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)解決方案。

Telit 等其他射頻模塊供應(yīng)商正在內(nèi)部進(jìn)行這種 Wi-Fi 和藍(lán)牙連接的集成。Telit 的WL865E4-P模塊結(jié)合了 Wi-Fi 和 BLE 連接技術(shù)，適用于智能家居、工業(yè)控制和視頻監(jiān)控等高帶寬應(yīng)用。它支持 802.11 a、b、g 和 n 以及 BLE 5.0，占位面積為 595 mm 2，并圍繞 Qualcomm 的QCA4020片上系統(tǒng) （SoC） 構(gòu)建，具有用于 Wi-Fi 和 BLE 的專用 CPU 以最大限度地提高性能。

該模塊還集成了安全硬件，以促進(jìn)安全啟動(dòng)、閃存加密、復(fù)制保護(hù)、HTTPS 和 WPA/WPA2 個(gè)人和企業(yè)安全模式。這些保護(hù)措施在智能醫(yī)療保健和其他要求網(wǎng)絡(luò)安全和數(shù)據(jù)隱私的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)中大有幫助。

Wi-Fi 以外的集成

另一個(gè)值得注意的組合是用于低速率無(wú)線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)絡(luò) （LR-WPAN） 的 802.15.4 標(biāo)準(zhǔn)以及藍(lán)牙。IEEE 802.15.4 提供了 PHY 和 MAC 層，而上層則為特定標(biāo)準(zhǔn)（例如 Thread、Zigbee 和 6LoWPAN）開(kāi)發(fā)，促進(jìn)了長(zhǎng)達(dá)約 10 m 的通信距離，最大傳輸數(shù)據(jù)速率為 250 Kbps。

Redpine Signals的RS13100模塊將雙模藍(lán)牙 5 與 802.15.4 連接集成在一起，以支持電池供電的設(shè)計(jì)，例如智能鎖、健身手環(huán)、工業(yè)控制單元和位置標(biāo)簽。RS13100 的 ARM Cortex-M4F 應(yīng)用處理器中的 DSP 協(xié)處理器可以加速人工智能 （AI） 算法。

圖 ：左側(cè) RS13100 模塊框圖顯示了多協(xié)議射頻系統(tǒng)。

RS13100 具有可信執(zhí)行環(huán)境 （TEE） 和單獨(dú)的安全處理器，提供套件 B 加密硬件加速器、安全啟動(dòng)、安全固件升級(jí)、安全 XIP 和安全外圍設(shè)備。這些安全功能在移動(dòng)銷售點(diǎn)終端、智能鎖、患者監(jiān)護(hù)設(shè)備和基于語(yǔ)音的安全訂購(gòu)等應(yīng)用中至關(guān)重要。

然而，Wi-Fi 和 802.15.4 仍然是短距離無(wú)線連接工具，在范圍和網(wǎng)絡(luò)容量方面與藍(lán)牙相輔相成。它們?cè)谔囟ǖ奈锫?lián)網(wǎng)環(huán)境中是可行的，例如聯(lián)網(wǎng)家庭、閉路電視監(jiān)控、智能家電等。

物聯(lián)網(wǎng)用例（如資產(chǎn)跟蹤）需要藍(lán)牙與 LTE-M 和 NB-IoT 等遠(yuǎn)程無(wú)線技術(shù)相結(jié)合的情況如何？在這里，多無(wú)線調(diào)制解調(diào)器結(jié)合了低功耗蜂窩 LTE 和藍(lán)牙連接技術(shù)。這允許支持藍(lán)牙的傳感器通過(guò) LTE 網(wǎng)絡(luò)與云平臺(tái)連接。

蜂窩物聯(lián)網(wǎng)中的藍(lán)牙

Laird Connectivity的Pinnacle 100調(diào)制解調(diào)器提供完整的藍(lán)牙 5 功能以及 LTE CAT-M1 和 NB-IoT 功能。它旨在通過(guò)低功耗 LTE 連接簡(jiǎn)化無(wú)線傳感器數(shù)據(jù)與 AWS IoT 等云服務(wù)的橋接。它允許用戶使用外部天線，包括 Laird 的預(yù)集成 Revie Flex LTE 和 NB-IoT 天線，從而提供天線靈活性。

另一個(gè)與低功耗 LTE 的杰出融合來(lái)自藍(lán)牙專家 Nordic Semiconductor。Thingy:91是一種蜂窩物聯(lián)網(wǎng)原型設(shè)計(jì)平臺(tái)，基于nRF9160系統(tǒng)級(jí)封裝 （SiP），集成了多模 LTE-M/NB-IoT 調(diào)制解調(diào)器和nRF52840，這是一種支持藍(lán)牙 5、Thread、Zigbee 和螞蟻。

Thingy:91 隨附 iBasis 的 Nano （4FF） eSIM 卡；它預(yù)裝了 10 MB 的數(shù)據(jù)，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、即時(shí)和開(kāi)箱即用的蜂窩 LTE-M 和 NB-IoT 連接以及漫游功能。

上述設(shè)計(jì)示例展示了藍(lán)牙連接在高度多樣化的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)中的至關(guān)重要性。藍(lán)牙通常與其他無(wú)線技術(shù)協(xié)同工作，為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用構(gòu)建多功能連接解決方案。

審核編輯：郭婷 是 ? ? ?