互聯(lián)是物聯(lián)網(wǎng)的一個基本組成部分,，并使能和支持智能城市,、工業(yè)4.0,、家庭自動化和自動駕駛等趨勢,。無線技術現(xiàn)在是一種常見的互聯(lián)形式,，雖然可能很難說無線聯(lián)接比有線聯(lián)接更多,，但很難否認它是聯(lián)接新設備的首選方式,。這在更廣泛的物聯(lián)網(wǎng)中尤為重要,，因為許多端點將是位于相對遠程的小型傳感器或執(zhí)行器,，或用于移動(如車輛)或便攜式(如平板電腦)的設備。
除了方便之外,，無線聯(lián)接的另一個優(yōu)勢是范圍,；在大多數(shù)情況下，如果網(wǎng)絡接入點與設備之間的距離超過3米,，無線聯(lián)接就有意義了,。此外，如果設備數(shù)很多,，例如在智能辦公室中,，可能有數(shù)百個端點，包括門窗上的接近傳感器,，或者遠程控制的照明裝置,，無線接入就有意義,。一個接入點可支持的設備的理論數(shù)量實際上只受到它能提供的IP地址數(shù)的限制，但物理上實施數(shù)百個以太網(wǎng)端口將消耗大量的空間和功率,。
選擇正確的無線協(xié)議
鑒于無線聯(lián)接的方便性,、通用性和性能，再加上市場機會(我們預計在這十年內(nèi)將有數(shù)百億臺設備聯(lián)接到物聯(lián)網(wǎng)),，現(xiàn)在有許多無線協(xié)議可供使用不足為奇,。
如今，主要得益于智能手機,、平板電腦,、耳機及電腦外設等個人設備的激增呈現(xiàn)出的規(guī)模經(jīng)濟效益，藍牙在普及,。藍牙聯(lián)接的工作頻率為2.4GHz,，根據(jù)環(huán)境的不同，藍牙聯(lián)接的范圍通常在20到30米之間,。在同一波段工作的其他技術也同樣受限,，但它們通過采用網(wǎng)狀網(wǎng)絡拓撲來克服這一問題，在2.4GHz頻段內(nèi)不同協(xié)議之間存在競爭,，因為它們都在物聯(lián)網(wǎng)領域爭奪設計勝算,。
早在2.4GHz的前景出現(xiàn)之前，工業(yè)應用中的無線聯(lián)接就傾向采用在MHz范圍內(nèi)的頻率,，這些頻率隨后被重新命名為低于1GHz（Sub-GHz）協(xié)議,，以反映2.4GHz協(xié)議的出現(xiàn)。過去Sub-GHz頻段的標準化程度較低,，法規(guī)方面也有實施專有方案的自由,，因此它仍然很受歡迎。然而,，為了應對物聯(lián)網(wǎng)的挑戰(zhàn),，它也隨著越來越多的支持互操作性的標準化方案的發(fā)展而發(fā)展；它是物聯(lián)網(wǎng)及其許多垂直領域的首選協(xié)議,。
為物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)
物聯(lián)網(wǎng)大而無界,，這說明范圍極其重要。雖然這可通過使用基于網(wǎng)格拓撲的個人區(qū)域網(wǎng)絡(PAN)來實現(xiàn),，但它們?nèi)匀恍枰欣^器或相對接近的節(jié)點,，以便在很長的距離上傳播數(shù)據(jù)。正因為如此,，開發(fā)人員開始轉(zhuǎn)向廣域網(wǎng)(WAN),。今天使用的最常見的無線WAN是移動電話網(wǎng)絡，然而，將同樣的技術用于物聯(lián)網(wǎng)仍然會帶來挑戰(zhàn),；除了接入網(wǎng)絡的成本之外,，端點的電池使用壽命將以天、而不是月甚或年為單位,。
解決這一問題的實際方案是低功耗廣域網(wǎng)（LPWAN）,。為支持LPWAN而開發(fā)的技術提供了可在較低載波頻率下實現(xiàn)的范圍，但對于物聯(lián)網(wǎng)端點所需的電池使用壽命,，唯一真正的折中是在有效載荷上,。LPWAN利用物聯(lián)網(wǎng)中的端點通常只需相對較低頻傳輸少量數(shù)據(jù)的優(yōu)勢，這說明每次傳輸所用的能量保持絕對最低,。
LPWAN使用的網(wǎng)絡拓撲模擬移動網(wǎng)絡,，因為它通常使用基站的星形網(wǎng)絡，而不是由中繼器組成的網(wǎng)狀網(wǎng)絡,。網(wǎng)絡可以是開放的,，也可以是專有的，這取決于應用,。目前協(xié)議的例子包括無線計量總線(廣泛用于智能抄表),、KNX(用于家庭自動化系統(tǒng))和Sigfox(實際上是一種協(xié)議和一個全球LPWAN，專注于聯(lián)接物聯(lián)網(wǎng)傳感器),。
LPWAN聯(lián)接的單芯片方案
針對LPWAN應用領域的無線技術覆蓋的頻率范圍很廣,，從27MHz到1050MHz。為了實現(xiàn)一個可以使用各種LPWAN協(xié)議解決許多不同的物聯(lián)網(wǎng)應用的單一設計,，收發(fā)器需要能夠在整個范圍內(nèi)工作。此外,，在固件中運行的協(xié)議需要一個有能力的微控制器,。
將這兩種功能元素整合到一個單一器件中，可創(chuàng)建一種靈活的方案,，比雙芯片方案更具有成本優(yōu)勢且更高能效,。由于這主要由軟件定義，為制造商提供了一個易調(diào)整的平臺,，可通過使用不同無線協(xié)議滿足更廣泛應用的需求,。
需要限制通過LPWAN運行的許多IoT端點進行無線交換的數(shù)據(jù)量，這更強調(diào)了邊緣處理,；使端點能夠在本地處理數(shù)據(jù)并且在不涉及云平臺的情況下采取行動,。為了支持這一點，任何方案的處理性能都需要很好地平衡功率和性能,。ARMCORTEX-M0核完全適合這個應用領域,，因為它提供32位架構(gòu)的性能，但具有領先行業(yè)的低功耗。ARMCORTEX-M0+是由安森美半導體選擇的用于AXM0F243超低功耗RF微控制器的架構(gòu),。圖1顯示了該器件的框圖,，它集成了ARM核子系統(tǒng)和創(chuàng)建一個LPWAN設備所需的RF功能用于物聯(lián)網(wǎng)。
圖1：AXM0F243的功能框圖
該集成的窄帶收發(fā)器兼容一系列調(diào)制方案,，包括頻移鍵控(FSK),、最小(頻率)移位鍵控(MSK)、4-FSK,、和高斯FSK和MSK,，以及幅度移位鍵控(ASK)和相移鍵控(PSK)。因為它主要由軟件定義,，所以可支持許多LPWAN協(xié)議,，包括無線計量總線、Sigfox等等,。
該收發(fā)器可采用或不采用前向糾錯(FEC)工作,，以便使用所支持的任何調(diào)制技術對跨頻帶的給定數(shù)據(jù)速率給予接收靈敏度范圍。表1顯示了在868MHz采用或不采用FEC的情況下接收器靈敏度的例子,。
表1
AXM0F243支持在27MHz到1050MHz之間的載波頻率,，數(shù)據(jù)速率從100bit/s到125kbit/s，并采用一個具有超快穩(wěn)定時間的RF頻率合成器和具有帶寬升壓模式的VCO自動測距以快速鎖定,，這有助于設備的低功耗,。它還可支持外部VCO，以及外部功率放大器,。
無線電控制器采用RX/TX開關控制支持天線分集,，分組接收完全自動化，無需使用片上微控制器即可工作,，進一步降低了整體功耗,。
通用外設
除了集成微控制器和RF收發(fā)器外，AXM0F243還具有可編程和固定功能的模擬和數(shù)字外設,。模擬塊由兩個運算放大器,、一個12位SARADC、低功耗比較器和電流DAC組成,。兩個專用總線使用可以通過固件控制的模擬開關聯(lián)接模擬塊,，能將任何I/O引腳路由到任何模擬塊?？删幊虜?shù)字塊使用聯(lián)接到交換式網(wǎng)絡的LUT(查閱表)實現(xiàn),，類似于FPGA的CPLD，支持將一系列固件定義的邏輯功能應用于從GPIO端口路由的任何信號,。固定的功能包括一個定時器/計數(shù)器/PWM塊,，一個可在I2C、SPI和UART模式下工作的串行通信塊。
總結(jié)
物聯(lián)網(wǎng)涵蓋許多垂直市場,，包括家庭和建筑自動化,、抄表和傳感器/執(zhí)行器監(jiān)測。無線聯(lián)接是物聯(lián)網(wǎng)的基礎,，LPWAN正在成為目前物聯(lián)網(wǎng)所含的許多應用的關鍵促成因素,。
通過選擇一種靈活和可編程的單芯片方案，開發(fā)人員能夠更好地以具性價比的和高能效的方式應對物聯(lián)網(wǎng)的挑戰(zhàn),。