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Qorvo半導(dǎo)體的『這個知識不太冷』系列，旨在幫助小伙伴們喚醒知識的記憶，將挑選一部分Qorvo劃重點的知識點，結(jié)合產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀解讀，以此溫故知新、查漏補缺。本篇將介紹物聯(lián)網(wǎng)(IoT)的一些基礎(chǔ)知識及其應(yīng)用、主要市場趨勢和一些重要的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。還為大家展示這些標準如何使用，以及市場如何轉(zhuǎn)向更高的互操作性。
? ? 什么是物聯(lián)網(wǎng)？ ? ?
快速追溯互聯(lián)網(wǎng)作為一個整體是如何演變的，可以幫助我們了解物聯(lián)網(wǎng)。
互聯(lián)網(wǎng)最初只是一些少量通過有線連接的軍用和政府計算機。隨著時間推移，互聯(lián)網(wǎng)不斷擴大，全世界數(shù)以百萬計的人都可以使用，而萬維網(wǎng)讓任何人都可以發(fā)布供公眾使用的信息。而無線連接的快速普及又帶來了第二次飛躍式發(fā)展。在Wi-Fi和蜂窩通信技術(shù)的發(fā)展推動下，網(wǎng)絡(luò)開始急速擴張。智能手機和其他聯(lián)網(wǎng)移動設(shè)備使互聯(lián)網(wǎng)連接不再受具體的地理位置束縛，能夠在幾乎任何地方使用。
而且，已經(jīng)不止是計算機使用互聯(lián)網(wǎng)。許多其他類型的設(shè)備開始包含簡單的計算和聯(lián)網(wǎng)功能。物聯(lián)網(wǎng)一詞源于21世紀早期，用于描述越來越廣泛的聯(lián)網(wǎng)對象及其用途。2005年，國際電信聯(lián)盟(ITU)正式確認了這個術(shù)語。國際電信聯(lián)盟將物聯(lián)網(wǎng)定義為“由連接到互聯(lián)網(wǎng)并在需要最少或不需要人工干預(yù)的情況下相互通信的智能對象組成”。這些對象通常通過網(wǎng)關(guān)連接到物聯(lián)網(wǎng)平臺，該平臺由從傳感器、控制器和其他設(shè)備收集數(shù)據(jù)的軟件工具和服務(wù)組成。
如今，物聯(lián)網(wǎng)就是將許多不同類型的對象連接到互聯(lián)網(wǎng)，例如傳感器、感應(yīng)式控制器和遠程監(jiān)控設(shè)備。根據(jù)思科公司的說法，我們連接到互聯(lián)網(wǎng)的“物”或?qū)ο蟮臄?shù)量已超過全球人口數(shù)，實際上，10年前就超過了。
圖1-1總結(jié)了這些變化。在感知和連接層，該平臺將物聯(lián)網(wǎng)硬件連接到執(zhí)行數(shù)據(jù)處理和存儲的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。中間是平臺層，用于存儲、保護、處理和分析數(shù)據(jù)。在最終用戶層，它連接至最終用戶應(yīng)用，通過這些應(yīng)用監(jiān)控并解讀來自物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)，并發(fā)送指令，要求設(shè)備執(zhí)行諸如鎖好前門或打開車庫門等操作。
圖1-1：物聯(lián)網(wǎng)的各層。
物聯(lián)網(wǎng)平臺通常提供以下這些類型的服務(wù)：
可適應(yīng)：物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)可以根據(jù)運行條件、用戶輸入或感知到的信息動態(tài)適應(yīng)不斷變化的環(huán)境。
唯一可確定身份：每個物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備都有一個唯一的身份，比如一個互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議(IP)地址。通過這些物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備地址，用戶可以遠程查詢、監(jiān)視和控制設(shè)備。
可自動配置：網(wǎng)絡(luò)中的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備可以自動配置，使許多支持物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備能夠相互協(xié)作，提供完整的系統(tǒng)功能。
網(wǎng)絡(luò)集成：物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備可集成到物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中，以實現(xiàn)節(jié)點、網(wǎng)關(guān)和基礎(chǔ)設(shè)施之間的通信。
做出明智決策：物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備可以做出決策，從而適應(yīng)不斷變化的環(huán)境條件。
? ? 物聯(lián)網(wǎng)市場和趨勢調(diào)研 ? ?
消費者、企業(yè)和政府都在快速采用物聯(lián)網(wǎng)。主要市場包括家用電子產(chǎn)品（例如電視和其他家庭娛樂系統(tǒng)）、家用電器（例如洗衣機和烘干機）、汽車部件和駕駛員接口以及安全系統(tǒng)。物聯(lián)網(wǎng)還在智能手表、體能監(jiān)測器和健康監(jiān)測器等可穿戴設(shè)備中發(fā)揮著重要作用。
據(jù)研究技術(shù)發(fā)展趨勢的調(diào)研公司表示，未來看起來更加光明。以下的一些預(yù)測能夠說明物聯(lián)網(wǎng)非凡的增長潛力：
Statista預(yù)計，到2025年，全球物聯(lián)網(wǎng)市場預(yù)計將增長到1.6萬億美元。
Frost&Sullivan預(yù)計，到2025年，全球前600個智慧城市的國內(nèi)生產(chǎn)總值(GDP)將占全球國內(nèi)生產(chǎn)總值的60%。到2025年，智慧城市將代表2萬億美元的技術(shù)市場價值，人工智能(AI)和物聯(lián)網(wǎng)將成為主要驅(qū)動力。
據(jù)GrandView Research稱，到2025年，醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)預(yù)計價值 5343 億美元。
據(jù)Grand View Research稱，到2025年，精準農(nóng)業(yè)（利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)盡可能簡化每個農(nóng)業(yè)生產(chǎn)流程，并提高其效率）行業(yè)預(yù)計將價值430億美元。
? ? 確定推動實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的無線標準 ? ?
目前，我們使用多種無線技術(shù)標準連接物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。其中一些是我們熟悉的技術(shù)，例如藍牙、Wi-Fi和Zigbee，另一些則是不太常見的專有解決方案。圖1-2總結(jié)了當(dāng)前的狀況。根據(jù)范圍，可以分為三個部分。如圖1-2所示，從用戶的角度來看，由于使用了多種標準，整個物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)變得混亂、難以管理。
物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品生產(chǎn)公司通常根據(jù)范圍和數(shù)據(jù)類型來選擇使用的標準。例如，他們可能需要傳輸媒體內(nèi)容或傳感-控制數(shù)據(jù)。面對一系列標準技術(shù)和專有技術(shù)，系統(tǒng)設(shè)計人員可以從中選擇最適合優(yōu)化其最終用戶設(shè)備性能的技術(shù)。但對最終用戶來說，未必始終會這么簡單。
圖1-2：物聯(lián)網(wǎng)的早期階段，是一個高度分散的標準生態(tài)系統(tǒng)。
目標：互操作性
互操作性是指一個產(chǎn)品或系統(tǒng)在當(dāng)前和未來不受任何限制地與其他產(chǎn)品或系統(tǒng)協(xié)同工作的能力。
消費者希望他們所有的無線家庭設(shè)備都能以即插即用的方式進行通信。他們不希望浪費心力來確認他們想要購買的新物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備能否與當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)兼容。他們希望購買的無線產(chǎn)品能夠自動工作。但是，如今這還不可能。購買可聯(lián)網(wǎng)的門鎖或燈泡是一項復(fù)雜工作，因為您需要考慮它如何與您的其他家庭設(shè)備通信，包括使用Alexa、Google Assistant或Siri的設(shè)備。
一些制造商采用無線標準來實現(xiàn)基本連接，但會添加他們自己的專有解決方案來控制物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備并與之交互。但是，這種做法也需要付出代價，特別是對于那些必須經(jīng)歷復(fù)雜的購買和安裝過程的用戶來說，因為他們購買的新設(shè)備并不像他們預(yù)期的一樣，能夠輕松融入現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)。
Matter，前來解決問題
為了幫助提高消費類產(chǎn)品的互操作性并降低整體復(fù)雜性，Amazon、Apple、Google和Samsung等行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)企業(yè)共同協(xié)作，以支持一種名為Matter的新標準。如圖1-3所示，如果生態(tài)系統(tǒng)使用更少的標準和Matter這樣的協(xié)議，它會變得更簡單。Matter會使物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備變得更易于使用，同時統(tǒng)一協(xié)議格局Matter還處在發(fā)展初期，但它體現(xiàn)了向正確方向邁出的一步。Matter的總體目標是為互聯(lián)家居提供即插即用的消費類物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。它將在互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議(IP)之上提供一個層，其中包括一組適用于所有Matter連接設(shè)備的預(yù)定義方案。這將使設(shè)備能夠了解它們正在與什么類型的對象進行通信，以及這些對象可以做什么。
圖1-3：市場中的開放式物聯(lián)網(wǎng)標準。
例如，恒溫器可以共享有關(guān)溫度和風(fēng)扇運行的數(shù)據(jù)。新Matter標準將支持這兩種應(yīng)用，采用一種通用方式與恒溫器和風(fēng)扇通信。
Matter將支持終端設(shè)備或節(jié)點，即物聯(lián)網(wǎng)中的“物”，這些“物”將與許多Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)pod通信。
Pod安放在網(wǎng)絡(luò)（例如住宅）中的適當(dāng)位置，并且會自動連接至主路由器。然后主路由器連接至互聯(lián)網(wǎng)。這樣就可以消除無線死區(qū)，也無需靠近路由器或中繼器，從而擴展了網(wǎng)絡(luò)信號。
綜上所述，Matter可將物聯(lián)網(wǎng)的幾個要素融合在一起，例如Wi-Fi、Zigbee、藍牙和藍牙低功耗。將這些單個物聯(lián)網(wǎng)標準集成于一體，有助于物聯(lián)網(wǎng)進一步提高互操作性，使整個生態(tài)系統(tǒng)輕松實現(xiàn)即插即用。
最終，Matter允許普通的非技術(shù)型消費者隨意選擇喜歡的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，不再局限于不支持互操作的專有生態(tài)系統(tǒng)。
超寬帶
圖1-2還顯示了另一種正在興起的技術(shù)，稱為超寬帶 (UWB)。超寬帶廣泛用于精準微定位物聯(lián)網(wǎng)解決方案。它可以在室內(nèi)和室外精準可靠地測量設(shè)備距離和位置，且功耗極低。
超寬帶是一種基于IEEE802.15.4a和802.15.4z標準的無線電技術(shù)，能夠更精確地測量無線電信號的飛行時間，從而實現(xiàn)厘米級精度的距離/位置測量。它可以提供高達27Mbps的數(shù)據(jù)通信能力，僅耗用極少電能，因此設(shè)備可以使用紐扣電池連續(xù)工作多年，中途無需重新充電或更換。超寬帶還提供了一種新的無線安全通信方式，為各種新型安全交易模式打開了大門。
這項技術(shù)標準將在智能家居、汽車安全無鑰門禁、安全支付處理和工業(yè)4.0等領(lǐng)域開創(chuàng)新的物聯(lián)網(wǎng)用例。您可以閱讀『這個知識不太冷』探索超寬帶技術(shù)，進一步了解超寬帶技術(shù)。
超寬帶可以很好地融入物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)。它安全、準確、由電池供電，適合物聯(lián)網(wǎng)中的許多應(yīng)用。盡管超寬帶適合許多應(yīng)用，其中一些還有待探索，但它最開始是針對感應(yīng)式門禁、定位服務(wù)和點對點應(yīng)用中的用例。它成為新型智能手機中的射頻(RF)鏈之一，支持實現(xiàn)智能汽車門禁、安全樓宇門禁和智能家居設(shè)備連接。
無論是個人還是企業(yè)，都希望能夠?qū)崟r定位任何東西，無論其大小如何。對于物聯(lián)網(wǎng)和智能家居應(yīng)用，超寬帶資產(chǎn)標簽比以前使用的藍牙或Wi-Fi更精準。使用藍牙和Wi-Fi，通過資產(chǎn)標簽只能定位到大致位置，而使用超寬帶，可以實現(xiàn)準確定位。例如，藍牙標簽會顯示您的鑰匙在房間或客廳的某個區(qū)域，但超寬帶會顯示資產(chǎn)標簽或鑰匙掉在沙發(fā)墊子下面。
超寬帶還開啟了使用手勢的新世界，這意味著語音命令有時可作為啟動應(yīng)用的第二種選擇。例如，當(dāng)您進入房間時，燈會自動打開，或者當(dāng)您坐到辦公桌前時，計算機會自動開啟。超寬帶使此類應(yīng)用成為現(xiàn)實，開啟了許多全新的變革性使用案例。為了確保在使用超寬帶時保持互操作性，F(xiàn)ine Ranging(FiRa)聯(lián)盟將半導(dǎo)體、汽車、基礎(chǔ)設(shè)施和消費領(lǐng)域的50多家公司重新分組，積極致力于確定協(xié)議定義，以保證其互操作性。因此開發(fā)人員能夠?qū)⒊瑢拵в糜谠S多新應(yīng)用，例如增強現(xiàn)實、智能家居應(yīng)用和移動支付。
5G和Wi-Fi 6/6E
5G和Wi-Fi 6/6E是推動物聯(lián)網(wǎng)普及的兩項關(guān)鍵技術(shù)，全球各地的企業(yè)、住宅和城市都在向著無線和有線生態(tài)系統(tǒng)數(shù)字化邁進。這兩項技術(shù)將推動集成、封裝和性能方面實現(xiàn)更大進步。
Wi-Fi 6提供更快的速度、更大的容量（數(shù)據(jù)速率和連接用戶或設(shè)備兩方面）、更低的功耗和更高的安全性。Wi-Fi 6E可以提供Wi-Fi 6的功能和容量（包括更高的性能、更低的延遲和更快的數(shù)據(jù)速率），同時將Wi-Fi擴展至6GHz頻段范圍。它還提供超過Wi-Fi 6兩倍以上的頻譜，額外提供7個非重疊帶寬160MHz信道。這些額外的信道將減少擁塞、提高性能并減少延遲。
Wi-Fi6/6E覆蓋支持物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備（例如智能恒溫器和安保攝像頭）的小規(guī)模網(wǎng)絡(luò)。與之相比，5G等蜂窩網(wǎng)絡(luò)為移動設(shè)備提供全球網(wǎng)絡(luò)覆蓋。5G和Wi-Fi 6/6E協(xié)同作用，幫助物聯(lián)網(wǎng)發(fā)揮其全部潛力。
5G網(wǎng)絡(luò)通過配置，可以滿足多種不同應(yīng)用的需求，每種都支持不同類型的用戶設(shè)備。這些應(yīng)用大致可分為三類：
增強型移動寬帶(eMMB)
超可靠的低延遲(uRLLC)
大規(guī)模機器類型通信(mMTC)
物聯(lián)網(wǎng)涵蓋mMTC和uRLLC應(yīng)用。這些5G應(yīng)用未來將可以支持更多的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和數(shù)據(jù)。此外，5G將增加邊緣計算的采用，以更快處理操作點附近的數(shù)據(jù)，這將為進一步在無線和有線生態(tài)系統(tǒng)中推行物聯(lián)網(wǎng)提供跳板。但是，Wi-Fi是一項未許可頻帶技術(shù)，而蜂窩5G是一項許可頻帶服務(wù)，所以部署新設(shè)備連接可能需要支付額外費用。
工商網(wǎng)監(jiān)
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