根据GSMA 数据显一项市场研究的数据显示,在美国,每个家庭中的联网终端数量从2012年的8个增长到2017年的24个,并将在2022年增长到50个。目前物联网设备虽然数量庞大,但是却是一个高度复杂化与碎片化的市场,这里面的设备不仅是生产的厂家不一样,产品的组网方式也不同(WiFi、蓝牙、Zigbee等等),即使是生态系统也有很多(苹果 HomeKit、Weave、SmartThings等)。这些差异已经是家庭物联网设备行业发展的一大顽疾。

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随着2017年7月19日,SIG(蓝牙技术联盟)宣布“蓝牙Mesh网络”的到来,物联网的连接与应用情境变得更多元,物联网的节点也越来越多。蓝牙网状网络设备是智能家居、照明、信标和资产跟踪应用的联想选择。去中心化的网状网络使得蓝牙设备可以部署到距离集线器或网关更远的地方。在零售营销和资产跟踪应用中,蓝牙网状网络技术简化了信标的部署和管理。通过将低功耗蓝牙与网状网络相结合,新功能和新价值被引入到蓝牙和zigbee设备中。此外,网状网络使得不同技术开发商之间不同的生态系统对接起来。

esmc12201541 利用多协议设备改善家庭自动化体验的案例介绍

动态多协议软件允许用户使用智能手机APP通过蓝牙直接对Zigbee网状网络进行部署、更新、控制和监控。该软件还可以通过蓝牙信标扩展基于Zigbee的可连接照明和楼宇自动化系统,更轻松地部署可扩展的室内基于位置的服务基础设施。通过向Zigbee网状网络添加低功耗蓝牙功能,开发人员可以创建更易部署、使用和更新的下一代IOT应用。

陈雄基表示,通过智能手机,用户可以通过蓝牙的部分直接把门锁打开,同时门锁也可以通过智能Zigbee的连接去做适当的开关和调节灯光。甚至是卧室里的灯光,可以根据用户的手机有没有进入房间自动开关。

虽然蓝牙Mesh目前貌似主要支持智能家居等静态的连接,但是蓝牙Mesh是相对来说对动态支持比较好的,从技术层面Zigbee Mesh还是有路径的对接表,通过这个对接表,每一个节点会知道自己的父节点和子节点是谁。在蓝牙Mesh是没有父子节点的概念,它只是收到一个BLE的封包,了解这个信息是不是给我的,通过这样的网络结构,蓝牙Mesh在动态的网状网络会比较有优势。

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SILICON LABS介绍了利用网状网络扩展的蓝牙连接应用。通过网状网络可以提供不同设备之间的应用,比如音频和语音点对点的串流,或者信标以及简单的数据传送。

“通过路由的多跳功能,我们也可以把网络的范围扩展。今天用户可以通过网状网络更好的有利去拓展传输范围,因为一些技术需求,我们看到比较多的是一些传感器和简单的控制部分。我们也可以把每一个节点的发送输出功率降低,比方说我们看到国内的电力抄表,我们的芯片本身可以提供20dbm的输出,但是主流的客户都没有做到这么高。”陈雄基表示,通过网状网络也可以解决多节点故障的问题。

esmc12201543 Silicon Labs亚太区区域营销资深经理陈雄基

2017年12月20日,网状网络应用中硅芯片和软件的领先供应商Silicon Labs(中文名“芯科科技”)在深圳举行媒体见面会。在会上,Silicon Labs亚太区区域营销资深经理陈雄基对《国际电子商情》记者详细介绍了为其Wireless Gecko(无线小壁虎)片上系统(SOC)和模块产品组合发布的动态多协议软件。此外,为了帮助开发人员简化IOT网状网络的设备设计并加快上市速度,Silicon Labs推出了支持最新蓝牙网状网络规范的全套软件和硬件。与现有开发工具相比,Silicon Labs专利的网络分析工具和智能手机蓝牙网状网络协议栈的组合,帮助IOT开发人员缩短产品上市时间长达六个月。

小贴士:Silicon Labs同时也将参加第二天举行的深圳国际电子展(ELEXCON 2017),展位号为1号馆1A08。

据介绍,通过这个动态多协议软件,Silicon Labs可同时在单一SOC上运行Zigbee和低功耗蓝牙,目前这种集成方案在业内也是比较少见的。“Silicon Labs有一个简单的想法和思路,在无线里面没有一套标准满足所有需求,所以我们会通过不同的网状网络的支持去扩展物联网的连接部分。” 陈雄基表示,通过这种多协议解决方案,可让用户实现IOT应用高级功能的同时,将无线子系统的BOM成本和尺寸降低达到40%。

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陈雄基表示,对于SILICON LABS来说,开发工具是通用的,不管是蓝牙还是WIFI、Zigbee,只是换一个不同的模组,同时SILICON LABS也提供业界最小的SIP封装,包括所有的分立器件,包括电阻、电容、晶振。

软件部分SILICON LABS也提供BLE和蓝牙的协议。通过软件,可以直接跟智能手机进行连接。这是陈雄基一个很重要的观点,“SILICON LABS专注在标准化,不希望去做一些私有化的协议。包括今天的蓝牙Mesh,一些友商都支持私有的协议,而SILICON LABS都支持SIG标准。”据介绍,最新的蓝牙网状网络解决方案得益于SILICON LABS成熟的网状网络专业经验,包括开发工具、软件协议栈和支持SILICON LABS无线片上系统(SOC)设备和已通过认证的模块的移动应用程序。

实时操作系统Micrium OS,管理分时任务

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值得一提的是,SILICON LABS动态多协议软件由高度优化的无线协议栈和在Micrium OS上运行的高级无线电调度器提供有力支持。据介绍,Micrium OS来自于SILICON LABS收购的一家公司Micrium。通过这个实时的操作系统,SILICON LABS可以做到实时管理。“我们可以通过时间切换来做不同的协调。蓝牙或BLE需要有一个定时的动作,这个动作是很重要的,不然设备会认为已经切断连接了。” 陈雄基表示,这种时间分配很重要,在设备连接上经常会有时间重叠,这个时候硬件应该怎么操作?没有OS很难实现。SILICON LABS基本上把原有的协议重写了一遍,通过Micrium OS可以实现优先级的分配,在不同的时间间距做不同的配置。开发者可以通过这个应用做更灵活的设计,也可以自己调节时间。“我们也计划把这个OS放到下一代的SDK里面。”

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陈雄基同时表示,SILICON LABS提供多种开发工具,可以大大减少工程师的开发难度。“我们的工具只要你插到电脑,就会自动做一个感知,你的那套是什么SDK,适合什么开发工具。比如我现在插一个支持蓝牙和MESH的开发工具。你打开SDK后就会看到支持多协议的开发工具。” 陈雄基同时表示,还有网络分析方面,通过工具可以了解无线网络内每一颗芯片接收到什么封包,做了什么判断。“我们希望提供比较完整的开发工具和网络分析工具,让开发者的生产力提升,更快速把相对应的产品开发出来,让市场更灵活的使用。”

如何解决安全性和连接稳定性?

对于网状网络的连接安全性和稳定性问题。陈雄基表示,网状网络有不同的协议和标准,蓝牙Mesh在应用层和网络层都有安全的需求。今天发布的Wireless Gecko(无线小壁虎)已经加入了很多安全的算法,包括很多的SOC支持AES128,以及ECC等不同的安全性算法。除此之外,SILICON LABS也采用了ARM的M33 Core,这个Core主要是为了加强安全性。

至于连接稳定性问题,陈雄基表示,SILICON LABS到目前已经拥有15年的网状网络开发经验,部署节点超过1亿多,以往的Mesh会提供量数据给开发者参考,甚至会变成一个应用手册,让开发者有一个心理准备。“我们虽然会完全的支持SIG的标准部分,同时我们也会提供数据,今天在做一个100多个节点的数据,我们是通过本身的实验室测试环境,刚才提到我们希望我们的开发者完全了解在最优环境下获得什么效果。”陈雄基表示。

最后,陈雄基介绍,SILICON LABS的蓝牙网状网络软件开发工具和软件协议栈现在已可免费提供给注册过SILICON LABS蓝牙网状网络开发工具套件的客户。Wireless Gecko SOC、蓝牙模块和用于蓝牙网状网络应用的无线入门套件现在可以从SILICON LABS和授权分销商处获得。

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