藍(lán)牙與Wi-Fi和蜂窩網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)多樣化

物聯(lián)網(wǎng) （IoT） 采用多種射頻連接選項(xiàng)，并專注于硬件安全，在這里，藍(lán)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 或遠(yuǎn)程蜂窩技術(shù)（如 LTE-M 和 NB-IoT）相輔相成。

此外，硅供應(yīng)商和組件供應(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正在使用自己的固件和開發(fā)工具生產(chǎn)數(shù)十萬臺(tái)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)，這種情況開始發(fā)生變化。

例如，2015年，芯片制造商Silicon Labs收購(gòu)了Bluegiga Technologies Oy，這是一家藍(lán)牙和Wi-Fi模塊以及軟件堆棧，開發(fā)工具和軟件開發(fā)工具包（SDK）的供應(yīng)商。收購(gòu)總部位于芬蘭埃斯波的Bluegiga清楚地表明，芯片制造商希望簡(jiǎn)化無線連接，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。

一開始，Silicon Labs就能夠在歐洲建立一個(gè)設(shè)計(jì)前哨。但仔細(xì)觀察就會(huì)發(fā)現(xiàn)，芯片制造商也在向模塊業(yè)務(wù)擴(kuò)張，以控制設(shè)計(jì)價(jià)值鏈的更大部分。

藍(lán)牙 Wi-Fi 組合

Silicon Labs無線 Xpress平臺(tái)包括經(jīng)過認(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。它通過高級(jí)Xpress Command API控制板載無線堆棧。

首先，這種預(yù)編程和預(yù)認(rèn)證的平臺(tái)消除了與眾多復(fù)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(shí)。

其次，這些模塊不需要開發(fā)人員編寫數(shù)百小時(shí)的代碼，而是承擔(dān)盡可能多的固件責(zé)任。第三，它們將主機(jī)處理設(shè)備（無論是微控制器還是微處理器）從網(wǎng)絡(luò)處理任務(wù)中卸載出來。因此，物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)人員可以使用準(zhǔn)系統(tǒng)8位MCU，而不是配備RAM，閃存等的更昂貴的32位MCU。

藍(lán)牙和Wi-Fi組合普及的另一個(gè)證明是在2019年夏天，當(dāng)時(shí)Wi-Fi模塊供應(yīng)商you？blox收購(gòu)了Rigado的藍(lán)牙模塊業(yè)務(wù)。這筆交易的意圖似乎很明確：補(bǔ)充兩種流行的短程無線技術(shù)，以提供更全面的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)解決方案。

泰利特等其他射頻模塊供應(yīng)商正在內(nèi)部進(jìn)行Wi-Fi和藍(lán)牙連接的集成。泰利特的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 595 mm 中的 BLE 5.02尺寸，圍繞高通公司的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。

超越 Wi-Fi 的集成

另一個(gè)值得注意的組合是802.15.4標(biāo)準(zhǔn)，用于低速率無線個(gè)人局域網(wǎng)（LR-WPAN）和藍(lán)牙。IEEE 802.15.4提供PHY和MAC層，上層有待為Thread，Zigbee和6LoWPAN等特定標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)，有助于長(zhǎng)達(dá)約10米的距離進(jìn)行通信，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，可實(shí)現(xiàn)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 2：RS13100 模塊的框圖顯示了左側(cè)的多協(xié)議射頻系統(tǒng)。圖片：紅松信號(hào)

RS13100 具有可信執(zhí)行環(huán)境 （TEE） 和獨(dú)立的安全處理器，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仍然是短距離無線連接工具，在范圍和網(wǎng)絡(luò)容量方面補(bǔ)充了藍(lán)牙。它們適用于特定的物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境，例如聯(lián)網(wǎng)家庭、閉路電視監(jiān)控、智能家電等。

資產(chǎn)跟蹤等物聯(lián)網(wǎng)用例需要藍(lán)牙與 LTE-M 和 NB-IoT 等遠(yuǎn)程無線技術(shù)的組合怎么辦？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(lán)牙連接技術(shù)。這允許支持藍(lán)牙的傳感器通過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。它旨在通過低功耗LTE連接簡(jiǎn)化無線傳感器數(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，包括萊爾德預(yù)先集成的Revie Flex LTE和NB-IoT天線，從而提供了天線靈活性。

低功耗LTE的另一個(gè)突出組合來自藍(lán)牙專家Nordic Semiconductor。Thingy：91是一款蜂窩物聯(lián)網(wǎng)原型平臺(tái)，基于nRF9160系統(tǒng)級(jí)封裝（SiP），該封裝將多模LTE-M/NB-IoT調(diào)制解調(diào)器與nRF52840集成在一起，nRF52840是一款支持藍(lán)牙5、Thread、Zigbee和ANT的多協(xié)議SoC。

圖 3：可以通過短距離藍(lán)牙 5 跟蹤集裝箱內(nèi)的單個(gè)物品，而集裝箱本身可以通過遠(yuǎn)程蜂窩鏈路遠(yuǎn)程跟蹤。圖片：北歐半導(dǎo)體

Thingy：91與iBasis的Nano（4FF）eSIM卡捆綁在一起;它預(yù)加載了 10 MB 的數(shù)據(jù)，有助于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、即時(shí)和開箱即用的蜂窩 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