藍牙與Wi-Fi和蜂窩合作實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)設計的多樣化

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

此外，硅供應商和模塊供應商之間的傳統(tǒng)鴻溝正在模糊。到目前為止，小批量物聯(lián)網(wǎng)設計更喜歡預編程和認證的模塊，而 OEM 正在生產(chǎn)數(shù)十萬個具有自己的固件和開發(fā)工具的藍牙芯片。但隨著 2010 年代中期物聯(lián)網(wǎng)設計的出現(xiàn)，這種情況開始發(fā)生變化。

例如，2015 年，芯片制造商 Silicon Labs 收購了藍牙和 Wi-Fi 模塊以及軟件堆棧、開發(fā)工具和軟件開發(fā)套件 （SDK） 供應商 Bluegiga Technologies Oy。收購芬蘭埃斯波的 Bluegiga 清楚地表明，芯片制造商希望簡化無線連接，同時提供高度集成的解決方案，從而加快物聯(lián)網(wǎng)設計周期。

起初，Silicon Labs 能夠在歐洲建立一個設計前哨。但仔細觀察會發(fā)現(xiàn)，芯片制造商也在向模塊業(yè)務擴張，以控制更大的設計價值鏈。

藍牙 Wi-Fi 組合

快進到 2018 年 9 月，Silicon Labs 宣布推出Wireless Xpress平臺，其中包括經(jīng)過認證的藍牙 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。它通過高級 Xpress 命令 API 控制板載無線堆棧。

首先，此類預編程和預認證的平臺消除了與眾多復雜無線接口相關(guān)的艱巨開發(fā)工作。換句話說，物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)人員不需要投資于無線連接專業(yè)知識。

其次，這些模塊不需要開發(fā)人員編寫數(shù)百小時的代碼，而是盡可能多地承擔固件責任。第三，它們從網(wǎng)絡處理任務中卸載主機處理設備——無論是微控制器還是微處理器。因此，物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)人員可以使用準系統(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 模塊供應商 u？blox 收購了 Rigado 的藍牙模塊業(yè)務，這是藍牙和 Wi-Fi 組合流行的另一個證明。這筆交易的意圖似乎很明確：補充兩種流行的短距離無線技術(shù)，以提供更全面的物聯(lián)網(wǎng)設計解決方案。

Telit 等其他射頻模塊供應商正在內(nèi)部進行這種 Wi-Fi 和藍牙連接的集成。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，以促進安全啟動、閃存加密、復制保護、HTTPS 和 WPA/WPA2 個人和企業(yè)安全模式。這些保護措施在智能醫(yī)療保健和其他要求網(wǎng)絡安全和數(shù)據(jù)隱私的物聯(lián)網(wǎng)設計中大有幫助。

Wi-Fi 以外的集成

另一個值得注意的組合是用于低速率無線個人區(qū)域網(wǎng)絡 （LR-WPAN） 的 802.15.4 標準以及藍牙。IEEE 802.15.4 提供了 PHY 和 MAC 層，而上層則為特定標準（例如 Thread、Zigbee 和 6LoWPAN）開發(fā)，促進了長達約 10 m 的通信距離，最大傳輸數(shù)據(jù)速率為 250 Kbps。

Redpine Signals的RS13100模塊將雙模藍牙 5 與 802.15.4 連接集成在一起，以支持電池供電的設計，例如智能鎖、健身手環(huán)、工業(yè)控制單元和位置標簽。RS13100 的 ARM Cortex-M4F 應用處理器中的 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） 和單獨的安全處理器，提供套件 B 加密硬件加速器、安全啟動、安全固件升級、安全 XIP 和安全外圍設備。這些安全功能在移動銷售點終端、智能鎖、患者監(jiān)護設備和基于語音的安全訂購等應用中至關(guān)重要。

然而，Wi-Fi 和 802.15.4 仍然是短距離無線連接工具，在范圍和網(wǎng)絡容量方面與藍牙相輔相成。它們在特定的物聯(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）需要藍牙與 LTE-M 和 NB-IoT 等遠程無線技術(shù)相結(jié)合的情況如何？在這里，多無線調(diào)制解調(diào)器結(jié)合了低功耗蜂窩 LTE 和藍牙連接技術(shù)。這允許支持藍牙的傳感器通過 LTE 網(wǎng)絡與云平臺連接。

蜂窩物聯(lián)網(wǎng)中的藍牙

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

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

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

上述設計示例展示了藍牙連接在高度多樣化的物聯(lián)網(wǎng)設計中的至關(guān)重要性。藍牙通常與其他無線技術(shù)協(xié)同工作，為物聯(lián)網(wǎng)應用構(gòu)建多功能連接解決方案。

審核編輯：郭婷 是 ? ? ?