正確選擇物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線技術(shù)

無(wú)線連接是物聯(lián)網(wǎng)終端節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分。物聯(lián)網(wǎng)中重要且普及的連接方式包括低功耗藍(lán)牙（Bluetooth Low Energy）、藍(lán)牙Mesh、Zigbee、Thread、Z-Wave、Wi-Fi和各種采用sub-GHz頻段的專(zhuān)有協(xié)議。

物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備有許多應(yīng)用場(chǎng)景，需要擁有各種連接能力。例如，Wi-Fi通常用于互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（IP）攝像頭和傳輸流內(nèi)容的設(shè)備；藍(lán)牙是部署各種智能家居設(shè)備和其他應(yīng)用的理想選擇；Zigbee、Thread、Z-Wave和藍(lán)牙Mesh則支持大規(guī)?？苫ゲ僮鞯脑O(shè)備網(wǎng)絡(luò)（例如智能照明、能源監(jiān)控和家庭安全系統(tǒng)等）。每一種無(wú)線協(xié)議都具有獨(dú)特的功能和特性，選擇正確的協(xié)議取決于最終產(chǎn)品的需求。了解如何使用以及如何適應(yīng)更多的生態(tài)系統(tǒng)，將有助于您的決策并幫助解決有關(guān)能效、性能、安全性、互操作性、可升級(jí)性以及與其他RF源干擾的問(wèn)題。

藍(lán)牙是一種流行且普遍存在的協(xié)議，并一直在持續(xù)發(fā)展。它的第一個(gè)官方規(guī)范是由藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟（Bluetooth SIG）于1999年發(fā)布的。最初作為移動(dòng)耳機(jī)和流（streaming）語(yǔ)音/音頻數(shù)據(jù)協(xié)議，現(xiàn)已發(fā)展成為功能強(qiáng)大且節(jié)能的無(wú)線技術(shù)，而低功耗藍(lán)牙（Bluetooth LE）在功耗敏感的物聯(lián)網(wǎng)終端節(jié)點(diǎn)應(yīng)用中很受歡迎。

低功耗藍(lán)牙（Bluetooth LE）規(guī)范支持極低功耗操作。為了確保在2.4 GHz頻段內(nèi)可靠工作，它采用了一種強(qiáng)大的跳頻擴(kuò)頻方法，可以在40個(gè)信道上傳輸數(shù)據(jù)。隨著藍(lán)牙5.0版本增強(qiáng)特性的發(fā)布，低功耗藍(lán)牙為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)提供了極大的靈活性，包括多個(gè)物理層（PHY）選項(xiàng)、125 kbps至2 Mbps的數(shù)據(jù)速率、多個(gè)功率級(jí)別（從1 mW到100 mW），以及多種安全選項(xiàng)，甚至達(dá)政府級(jí)安全。

Zigbee于2004年首次由Zigbee聯(lián)盟（Zigbee Alliance）標(biāo)準(zhǔn)化，運(yùn)行于IEEE 802.15.4物理無(wú)線電規(guī)范之上，相對(duì)于藍(lán)牙和Wi-Fi具有更低的功耗。由于其網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的可擴(kuò)展性，可輕松支持超過(guò)250個(gè)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)，因此廣泛應(yīng)用于家庭自動(dòng)化和工業(yè)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。

低功耗和“自修復(fù)”可擴(kuò)展性的結(jié)合使得Zigbee獨(dú)一無(wú)二。采用具有短數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度的802.15.4 MAC/PHY、16通道直接序列擴(kuò)頻（DSSS）調(diào)制方案和用于消息故障處理的MAC層機(jī)制，Zigbee可以在低功率封包內(nèi)運(yùn)行。此外，輸出發(fā)射器功率可以配置為省電模式，尤其是在采用相鄰電池供電 “路由節(jié)點(diǎn)” 進(jìn)行中繼消息的集中式網(wǎng)絡(luò)之中。這種處理網(wǎng)狀路由功能的優(yōu)化方法可以使內(nèi)存資源需求相對(duì)較低，只需要不到160 kB的閃存和通常32 kB的RAM。這為應(yīng)用開(kāi)發(fā)人員和消費(fèi)者提供了更低成本的芯片和最終更經(jīng)濟(jì)的解決方案。

Thread是物聯(lián)網(wǎng)最新出現(xiàn)的無(wú)線技術(shù)，提供基于IP的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)和高級(jí)安全性。Thread Group成立于2014年，于2015年7月發(fā)布了Thread規(guī)范，并不斷對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)。Thread以現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)（包括IEEE 802.15.4），并為網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層添加了特殊的設(shè)計(jì)規(guī)范。與Zigbee一樣，Thread在2.4 GHz頻段運(yùn)行，可形成一個(gè)由多達(dá)250個(gè)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的強(qiáng)大的、可自修復(fù)的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。

Thread支持低功耗、低成本、網(wǎng)狀可擴(kuò)展性、安全性和IP尋址。與Zigbee類(lèi)似，它將網(wǎng)格鄰近的一些復(fù)雜處理轉(zhuǎn)化為靜態(tài)存儲(chǔ)器 “查找表”，同時(shí)還保持傳輸/路由資源相對(duì)較低，以便可在低成本嵌入式設(shè)備上運(yùn)行（小于185 kB閃存和32 kB RAM）。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)主要是通過(guò)軟件工作，這也是為什么Thread解決方案和協(xié)議棧提供商為開(kāi)發(fā)和提供在主機(jī)芯片（通常是無(wú)線MCU或SoC器件）上實(shí)現(xiàn)的強(qiáng)大解決方案而感到自豪的原因。隨著閃存變得更便宜，并且集成電路（IC）集成了更多存儲(chǔ)器，Thread協(xié)議棧對(duì)于低/中存儲(chǔ)器容量的需求使得芯片能夠集成更多的RF組件（例如電感匹配網(wǎng)絡(luò)）。這使開(kāi)發(fā)人員能夠擺脫復(fù)雜的射頻工程。

Z-Wave的主要吸引力之一在于它在sub-GHz頻段提供網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，避開(kāi)了有時(shí)擁擠的2.4 GHz工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療（ISM）頻段，即大多數(shù)其他基于標(biāo)準(zhǔn)的物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議都在使用的頻段。互操作性和向后兼容性是Z-Wave技術(shù)理念的關(guān)鍵原則。這種前景已經(jīng)吸引了許多設(shè)備制造和生態(tài)系統(tǒng)領(lǐng)域的粉絲，并成為Z-Wave聯(lián)盟成功的支柱。該聯(lián)盟致力于認(rèn)證Z-Wave產(chǎn)品互操作性以及擴(kuò)大成員的營(yíng)銷(xiāo)商機(jī)。

Wi-Fi建立在用于局域網(wǎng)的IEEE 802.11規(guī)范之上。它主要解決了家庭和企業(yè)對(duì)于更高帶寬IP網(wǎng)絡(luò)的需求。與許多無(wú)線物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)一樣，Wi-Fi工作在2.4 GHz頻段。它當(dāng)前已擴(kuò)展到對(duì)5 GHz頻段的支持，以應(yīng)對(duì)實(shí)現(xiàn)更高數(shù)據(jù)速率和避免其他得到許可的2.4 GHz技術(shù)干擾的挑戰(zhàn)。

Wi-Fi的主要考慮因素包括IP網(wǎng)絡(luò)、帶寬和功率。由于它們通常適用于高帶寬、高功率且復(fù)雜的支持軟件，因此基于Wi-Fi的設(shè)計(jì)往往比其他物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)更昂貴。Wi-Fi需要更大、更復(fù)雜的RF元器件和更多用于網(wǎng)絡(luò)處理的嵌入式計(jì)算資源。但是，如果您需要超過(guò)10 Mbps的數(shù)據(jù)速率并直接訪問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)，那么Wi-Fi就是您的理想選擇。展望未來(lái)，我們可以預(yù)期Wi-Fi將繼續(xù)與物聯(lián)網(wǎng)一起發(fā)展，這可能意味著更低的功耗、更快的速度以及可在2.4 GHz頻段（例如藍(lán)牙和802.15.4）和5 GHz頻段（例如蜂窩網(wǎng)絡(luò)）共存的硬件/軟件解決方案組合。

對(duì)于工業(yè)傳感等低數(shù)據(jù)速率應(yīng)用，工作頻率低于1 GHz的sub-GHz網(wǎng)絡(luò)比功能更強(qiáng)大而豐富的2.4 GHz協(xié)議具有一些優(yōu)勢(shì)。傳輸范圍是sub-GHz網(wǎng)絡(luò)的主要優(yōu)勢(shì)所在。窄帶傳輸可以不間斷地傳輸一公里或更遠(yuǎn)，將數(shù)據(jù)發(fā)射到遠(yuǎn)程集線器，而無(wú)需更復(fù)雜的網(wǎng)狀軟件實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)間跳躍。此外，sub-GHz頻段相對(duì)ISM 2.4 GHz來(lái)說(shuō)也不那么擁擠。然而，在某些地區(qū)，可用的sub-GHz頻道受到限制，這使得開(kāi)發(fā)人員無(wú)法構(gòu)建單一架構(gòu)的全球性解決方案。另一個(gè)相關(guān)的劣勢(shì)是sub-GHz無(wú)線電波規(guī)定因國(guó)家而異，并且占空比（duty cycle）限制實(shí)際上可能限制應(yīng)用的傳輸時(shí)間。

多協(xié)議SoC還可以利用智能手機(jī)或平板電腦的便利性，對(duì)已部署的設(shè)備進(jìn)行空中下載（OTA）更新，并提供一種簡(jiǎn)單的方法，將新的協(xié)議（例如低功耗藍(lán)牙）添加到具有傳統(tǒng)專(zhuān)有協(xié)議的產(chǎn)品中。來(lái)自眾多供應(yīng)商的高級(jí)多協(xié)議、多頻段SoC現(xiàn)在為尋求增加無(wú)線連接的開(kāi)發(fā)人員提供了更大的靈活性和設(shè)計(jì)選擇，同時(shí)簡(jiǎn)化了他們的終端節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)。