物聯(lián)網(wǎng)應用為什么要藍牙ZigBee一起抓？

 IoT的現狀類(lèi)似于三國時(shí)代混戰的局面，有ZigBee、藍牙、Sub-GHz、Z-Wave和WiFi（短距窄帶）以及長(cháng)距的LORA、NB-IoT等很多無(wú)線(xiàn)協(xié)議。那么，這么多的無(wú)線(xiàn)協(xié)議，我們怎么去確保它們互聯(lián)互通？未來(lái)IoT的發(fā)展又會(huì )是什么情況？

日前，在A(yíng)SPENCORE旗下《電子工程專(zhuān)輯》、《EDN》和《國際電子商情》共同舉辦的“IoT技術(shù)與應用論壇”上，Silicon Labs（芯科）南中國銷(xiāo)售經(jīng)理何坤在其“物聯(lián)網(wǎng)-無(wú)線(xiàn)多協(xié)議的應用及探討”主題演講中指出，IoT目前有以下四點(diǎn)趨勢。首先，設備之間通信存在多協(xié)議連接，因此我們需要有無(wú)線(xiàn)多協(xié)議的基礎來(lái)保證不同設備不同協(xié)議能夠連接。第二，在多協(xié)議無(wú)線(xiàn)連接領(lǐng)域，如何能夠讓智能手機發(fā)揮更大作用。第三，實(shí)現近距離的移動(dòng)體驗，這也是由手機帶來(lái)的思考。第四，目前整個(gè)市場(chǎng)的生態(tài)非常多樣，像國外的Amazon Echo、Google Home，蘋(píng)果Home Kit以及運營(yíng)商和零售商，都在建立自己的生態(tài)環(huán)境，希望不同的用戶(hù)能夠接入進(jìn)來(lái)?，F在物聯(lián)網(wǎng)處于類(lèi)似90年代末2000年代初互聯(lián)網(wǎng)的初級階段，大家并不知道方向在哪里。

我們需要有物聯(lián)網(wǎng)的基礎設施，提供各種無(wú)線(xiàn)連接的方式。未來(lái)基于這樣的無(wú)線(xiàn)連接方式，能夠產(chǎn)生多種應用場(chǎng)景，就像手機目前能有看視頻、看新聞、各種app等各種豐富的應用場(chǎng)景，這在15年前是想不到的。未來(lái)5到10年，物聯(lián)網(wǎng)也會(huì )存在各種各樣的應用場(chǎng)景。

多協(xié)議的設備會(huì )帶來(lái)怎樣的體驗改變？

在智能家居中，智能門(mén)鎖是未來(lái)一個(gè)很重要的發(fā)展方向。在家庭內部，我們可以提供ZigBee連接，同時(shí)，我們希望鎖可以通過(guò)手機進(jìn)行配置——藍牙最主要的功能就是進(jìn)行配置和跟鎖進(jìn)行連接。當主人回到家，在開(kāi)鎖的過(guò)程中，相關(guān)信息就可能傳遞到家里的燈上，燈和鎖在家庭內部組成ZigBee網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )，當用戶(hù)開(kāi)鎖的時(shí)候，就會(huì )通過(guò)ZigBee形成聯(lián)動(dòng)機制，而把燈打開(kāi)。

同時(shí)，用戶(hù)的手機也可以作為室內定位工具。比如燈和鎖不只是連接到ZigBee網(wǎng)絡(luò )，還會(huì )提供藍牙信標功能。當你進(jìn)到臥室，藍牙信標會(huì )發(fā)送廣播包信息，它知道你進(jìn)入到臥室中，進(jìn)而打開(kāi)臥室燈。

目前，智能家居中，WiFi單品賣(mài)得比較好，因為家家戶(hù)戶(hù)都有路由器。但真正的智能家居一定是一個(gè)聯(lián)動(dòng)的系統，未來(lái)會(huì )進(jìn)入到更高階層，人會(huì )感受到智能的變化。設備不僅會(huì )創(chuàng )建聯(lián)動(dòng)機制，還會(huì )進(jìn)行自我升級，從智能變智慧。但所有的基礎是無(wú)線(xiàn)連接。

商業(yè)應用的例子：停車(chē)場(chǎng)室內定位

下面看一個(gè)商業(yè)場(chǎng)景的例子。比如在一棟大樓或停車(chē)場(chǎng)里，藍牙信標部署要額外付出成本——不管是室內定位還是在商場(chǎng)推送廣告信息，都要額外付出成本去部署設備。另外設備有生命周期要求，比如帶電池、會(huì )帶來(lái)繁瑣的維護工作，商家和用戶(hù)對這一繁瑣過(guò)程不可接受。那可不可以在現有物聯(lián)網(wǎng)基礎上，把這一功能加進(jìn)去？比如在燈里面，本身它就是ZigBee網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )設備并且對供電要求不高（市電供電，對功耗不敏感，維護成本也較低）。除了成本不高以外，在停車(chē)場(chǎng)等各種場(chǎng)景下燈的密度也很高，所以很容易實(shí)施。

室內定位的標準在明年一季度會(huì )出來(lái)，那時(shí)會(huì )為大家帶來(lái)更直觀(guān)的體驗。很多朋友會(huì )遇到，在去商場(chǎng)的時(shí)候，回家找車(chē)的時(shí)候位置很大，找不到車(chē)。室內定位越來(lái)越成熟時(shí)，會(huì )帶來(lái)更好體驗，信標會(huì )起到真正作用。

ZigBee和藍牙怎樣保證不沖突？

他表示，芯科可以提供很多多協(xié)議產(chǎn)品，一個(gè)芯片可以提供多種連接。另外，通過(guò)手機操作能降低維護成本，因為手機人人都有，它可以跟很多設備對接，提高使用率。藍牙BLE可以提供2M PHY功能，提升下載速度；ZigBee和sub-GHz等網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )的傳輸速度低。因此，使用BLE下載固件升級可以帶來(lái)更好的用戶(hù)體驗。如果設備既要考慮聯(lián)網(wǎng)，又要考慮藍牙互聯(lián)配置，那單芯片方案的成本可以比多芯片有40%的降低，并且信噪比高，可以傳輸更遠距離。

舉個(gè)動(dòng)態(tài)多協(xié)議的例子。比如ZigBee和藍牙，藍牙信號是固定間隔；通過(guò)動(dòng)態(tài)調節機制可以使兩者信號不發(fā)生沖突，同時(shí)保證Zigbee設備不離網(wǎng)。ZigBee有重發(fā)機制，所以在網(wǎng)絡(luò )傳輸里，藍牙可以有高優(yōu)先級。另外，藍牙傳輸可以通過(guò)內部協(xié)議棧包括OS來(lái)進(jìn)行連接時(shí)間的動(dòng)態(tài)配置，比如在藍牙下載固件時(shí)，讓它占用更多時(shí)間。

下圖是多協(xié)議軟硬件的支持框架。最底層是芯片的物理層，上層提供了Micrium OS——Micrium OS是一家實(shí)時(shí)操作系統公司，兩年前被Silicon Labs收購，用來(lái)做動(dòng)態(tài)多協(xié)議處理的協(xié)調工作。在OS層上面提供射頻的協(xié)調部分，包括無(wú)線(xiàn)電抽象層。因此可以用OS去做調度，確保ZigBee跟藍牙協(xié)議棧能很好配合。比如將智能鎖配置好，ZigBee配置好，通過(guò)手機把鎖加入到app，進(jìn)行注冊和認證，這樣藍牙連接就不會(huì )出現問(wèn)題。最上層是應用層，不管是鎖還是照明、開(kāi)關(guān)等設備，對用戶(hù)的應用層開(kāi)發(fā)不會(huì )起到任何影響。

多協(xié)議方案怎么對ZigBee和藍牙進(jìn)行智能調度？

藍牙的連接時(shí)間相對固定，一般不會(huì )有什么變化，并且在網(wǎng)絡(luò )里相對ZigBee優(yōu)先級較高——ZigBee有重發(fā)機制，第一次不成功則試第二次，這樣可以讓優(yōu)先級更高的設備先去傳送信號。

ZigBee發(fā)送報文時(shí)，如果和藍牙沒(méi)有發(fā)生沖突，那相安無(wú)事；如果發(fā)生時(shí)間沖突，那ZigBee優(yōu)先級就放下來(lái)，讓藍牙先完成報文接收，然后轉為ZigBee工作。這種機制可以保證通信不發(fā)生沖突。

芯科提供的入門(mén)套件和無(wú)線(xiàn)電板如下，可以接到電腦上進(jìn)行調試。它包括三塊電路板，用戶(hù)可以用來(lái)組網(wǎng)。

支持多協(xié)議連接的SoC和模塊

另外看下Mighty Gecko SoC。它包括射頻、模擬、串口等各種模塊，每個(gè)模塊有能耗要求，把它們分成多個(gè)功耗模式（EM0-4S），可以使它保持最低功耗。這里有兩個(gè)重點(diǎn)強調一下，射頻部分同時(shí)支持2.4GHz（ZigBee和藍牙都是這個(gè)頻段）和sub-GHz；內部也集成了PA和報文，可以實(shí)現更好的傳輸距離。另外它提供各種串口支持，比如提供4個(gè)UART以及2個(gè)I2C接口。

另外，Silicon Labs也提供很多經(jīng)認證的模塊，包括SiP封裝和電路板形式，可以加快工程師的開(kāi)發(fā)時(shí)間。