無線物聯網連接：如何選擇無線技術

　　物聯網受到很多當之無愧的關注是因為它提供了很多潛在的好處。而IoT-connected節(jié)點安裝在5、10年或以上是投機和市場研究的主題（以及猜測，），有一件事是明確的：數字將是巨大的。物聯網是密切相關的工業(yè)機器對機器（M2M）應用程序的兄弟姐妹，所以有很多技術相似性和實現兩類之間的重疊。

　　從高層的角度來看，一個物聯網節(jié)點包含三個系統(tǒng)功能塊（圖1）：1）傳感器或傳感器（溫度、流量、打開/關閉門的位置，為例）；2）數字處理器單元（單片機），抓住了傳感器數據的處理和分析；3）連接端口，可以是有線或無線。前者是一個選項如果有一個可用的低成本網絡或安裝，如果安全是一個重要的考慮因素，如果背景是嚴重EMI/RFI區(qū)域，或者只有幾個點被連接。然而，對于大多數物聯網安裝，一個無線連接方式是首選由于易于安裝和整體的靈活性在初始位置，甚至如果需要遷移物聯網節(jié)點。

　　圖1：物聯網的高級系統(tǒng)框圖或M2M節(jié)點顯示三個主要功能：傳感器、處理器和連接接口。

　　選擇一個標準的無線連接并不意味著完成設計決策和設計過程很簡單。無線連接必須遵守行業(yè)和監(jiān)管標準，在很多情況下和地區(qū)批準。有許多設計師可能需要考慮無線物聯網選項。在一些設施，決定已經由于授權或現有的網絡。另一方面，設計師可以評估選項和做出選擇基于性能的權衡和優(yōu)先級，網絡類型（網、無線局域網、點對點），范圍，權力，頻帶（s），健壯性和，當然，成本。也有安全的重大問題，身份驗證和加密。

　　選擇可以很容易變得令人困惑

　　如果全部或大部分無線物聯網連接選項可供考慮，可以挑戰(zhàn)由于near-overwhelming設計分析的可行的可能性。除了行業(yè)標準接口選項，總有選擇設計一個專有鏈接如果標準的不足或需要某種形式的“鎖定”競爭或安全原因。作為一般規(guī)則，除非有一個強烈的令人信服的理由去使用專有的無線方法，它更容易，低風險，低成本，更快的進入市場的標準技術。即使這些標準版本和版本有很多變化；再次，通常最好選擇一個常見的一個，同樣的實際原因，非專利方法被選中。

　　競爭者之間的物聯網無線連接是wi-fi，藍牙（包括藍牙智能，以前藍牙低能量），無線個域網，z-wave，DECT、ANT+。當然各有支持者和追隨者，以及不同程度的供應商支持硬件，軟件，和遵從性。表1顯示了每一個標準的主要屬性，但注意標準總是在不斷變化，所以表只是一個粗略的向導?？偟膩碚f，物聯網應用程序不需要太多的范圍或高數據率，并保持低那些屬性結果遠低于電力需求供應和射頻階段。

　　實現下一個步驟

　　無線連接決定之后，下一步是決定如何真正實現節(jié)點。的選擇分為三大組：

　　1）設計和建造一個從頭設計。這是通常不選擇，因為它需要相當大的射頻經驗和技能，以及在軟件堆棧協議和管理方面的專業(yè)知識（其中一些可能是市場上可用的第三方來源）。自己動手可能是一個專有的無線連接的必要方法。

　　2）構建一個無線節(jié)點使用一個參考設計（硬件和軟件）從一個有信譽的，IC供應商也提供開發(fā)工具進行驗證。這需要技巧和更少的資源比上面的選項中，但仍有許多潛在的風險。這可能是成本最低的選項如果數量足夠高和功能設置可以被剝奪降到最低。請注意，任何改變，即使是小的，參考設計的BOM或布局可能影響性能；射頻在這方面很微妙。

　　3）使用一個完整的，準備好了模塊可提供必要的軟件工具。在理論上，這是最快的，風險最小的方法，而且可能是非常劃算的選擇# 2相比，如果供應商的體積是很高的。它還會帶來一些額外的認證不同的監(jiān)管標準。

　　不管所選擇的選項，總有相關監(jiān)管標準和限制，以滿足使用頻率，帶寬、帶內和帶外功率，？？？曲和溢出，其他參數在處理射頻鏈接。使用pre- certified模塊是一個重大的一步，但這只是第一步。最終產品包含模塊將需要自己的認證，如使用認證模塊并不是一個保證最終設計滿足功能和管理需求。問題，比如天線類型和位置，模塊安排，水晶細節(jié)，附近的組件，包裝是最后的認證和批準過程的一部分。

　　ICs成長為模塊

　　許多供應商提供完整的射頻模塊基于混合，multi-chip，甚至單片機實現不同的物聯網無線標準。除了性能和價格、電力使用在不同的模式是一個重要的考慮因素，因為大多數電池供電的物聯網應用程序無法訪問（不可能或很難替代），或use-scavenged（收獲）能量。

　　藍牙智能（以前藍牙低能量）集成電路和相關模塊說明設計師可以評估他們的選擇和最佳解決方案，根據他們的應用程序和優(yōu)先級。德州儀器公司提供了2.4 GHz的CC2541家庭藍牙V4.0低能soc（如TICC2541F256）， 主要在機載內存不同，射頻，數據鏈接，或I / O性能。設備支持的數據率250 kbps，500 kbps，1 Mbps，和2 Mbps，各種非常低的電源模式和協議，包括主動模式接受低至17.9 mA，主動模式傳輸（0 dBm）18.2 mA，電源模式1 4-μs叫醒在270μA，電源模式2（睡眠定時器），和權力模式3（外部中斷）0.5μA，操作從2到3.6 V的供應。

　　6×6毫米SOC（圖2），集成了一個廣泛的其他功能和特性的列表，其中包括一個8051單片機，一個天生的格式和協議棧，相當大的內存，三個定時器，23日通用I/O（GPIO）針，一個八通道A/D轉換器，一個看門狗定時器，一個電池監(jiān)視器，一個溫度傳感器，和I2C/SPI和UART接口。設備的目標，但不能保證按時按量服藥等全球無線電頻率規(guī)定ETSI EN 300 328和EN 328（歐洲），FCC CFR47 15（美國）的一部分，還有STD-T66（日本）。

　　圖2：設備的藍牙智能soc CC2451家族德州儀器高度集成，與許多特性和功能超出了基本要求，為了簡化設計，減少空間，節(jié)約能源，降低成本。

　　隨著IC，TI提供一系列的產品開發(fā)工具，如評估模塊工具（CC2541EMK），一個迷你開發(fā)工具包（CC2541DK-MINI），SmartRF軟件等等。的典型應用電路CC2541（圖3）顯示了所需的外部組件。

　　圖3：在一個典型的應用場景，只有少數外部被動組件需要提供完整的藍牙智能CC2451功能的設備。

　　即使這種強大的和高度集成藍牙集成電路，成功地將這個SOC的多方面的挑戰(zhàn)他們的最終產品是比許多oem廠商愿意接受。在這些情況下，一個模塊等TDKSESUB-PAN-T2541提供了一個替代（圖4）。它使用TI CC2541F256 SOC但實際上是小（約4.6×5.6毫米），因為它是基于散裝的死，也包括水晶、射頻濾波器，旁路電容，和其他一些離散的組件應用程序電路（圖5）。用戶還必須添加一個天線的大小，類型和位置與最終產品兼容的細節(jié)。

　　圖4：盡管CC2451 SOC家庭的完整性，一些設計師不愿意應對任何挑戰(zhàn)的rf電路布局，而不是想要一個完整的、認證SESUB-PAN-T2541從TDK等模塊。

　　圖5：完全封閉SESUB-PAN-T2541模塊廣場，大約5毫米，需要直流電源和一個外部天線，以及軟件驅動程序和接口棧。

　　物聯網是一種偶然組成的應用程序組件和市場機會在一個正反饋relationship-ironically方便地相互支持，工程師一般都不愿看到的關系。供應商必要的RF-connectivity組件是投資于新產品來支持應用程序和驅動經濟增長；反過來，應用程序增長是導致現有的和新的供應商進入市場并產生新的組件。在RF領域尤其有益，需要新的組件和軟件工具來簡化，設計師面對的挑戰(zhàn)時，有效地與新的交互和經常神秘世界的成功，兼容標準設計。

　　總結

　　一個物聯網節(jié)點有三個主要功能：傳感器、處理器、和連接接口，后者通常是一個無線連接。決定使用哪個無線標準，如果有的話，然后如何有效實現它緊密配合設計師必須面對的挑戰(zhàn)。有技術、性能、力量和成本的權衡，以及選擇使用基本的集成電路，芯片+參考設計，或完成模塊，連同供應商軟件支持的深度，這是一個關鍵考慮應用領域。