《電子技術(shù)應用》
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從單打獨斗到組團打怪,無線技術(shù)將加速物聯(lián)網(wǎng)落地

2021-05-16
來源:安富利公司

物聯(lián)網(wǎng)成為一個“熱詞”的那天起,無線技術(shù)也就跟著熱鬧了起來,。無論是“老司機”還是新勢力,,各種無線技術(shù)都想在物聯(lián)網(wǎng)的版圖中找到自己安身立命的位置,。也正因為此,,無線技術(shù)彼此之間的明爭暗斗,從沒有消停過,。在鞏固自己傳統(tǒng)的根據(jù)地,,構(gòu)筑技術(shù)和市場壁壘的同時,各個無線技術(shù)也都在嘗試著向別人的地盤滲透,,同時也在尋找時機開辟新的戰(zhàn)線,。

不過如果你仔細觀察,會發(fā)現(xiàn)這兩年無線技術(shù)之間的關(guān)系開始有了一些微妙的變化——在很多應用場景中,,各個無線技術(shù)之間不再是非此即彼的對決,,而是結(jié)成了你中有我的“合體”,仔細品,,這種轉(zhuǎn)變確實有點意思,。

優(yōu)化體驗

有些無線標準之間,原先是有比較清晰的技術(shù)和應用區(qū)隔的,。比如RFID(射頻識別)技術(shù)按照工作頻率可以分為三種,,即工作于125至135kHz頻段的低頻(LF)技術(shù),、工作于13.56MHz的高頻(HF)技術(shù),以及使用865至955MHz頻段(有些包括2.4GHz頻段)的超高頻(UHF)技術(shù),。這三種RFID技術(shù)之間,,由于特性不同,各自有明確的應用定位,,比如HF技術(shù)多用于訪問/門禁控制,,而UHF技術(shù)則是通信距離更長的物流管理、工業(yè)生產(chǎn)應用的最愛,。

按照這樣的劃分,,地鐵閘機應該是HF技術(shù)的勢力范圍,,而且隨著NFC手機的普及,,手機可以模擬作為乘車憑據(jù)的HF交通卡的功能,實現(xiàn)刷手機坐地跌,,十分便利,。但是這樣的方案在實際應用中還是會遇到麻煩,比如在通勤高峰時期大家不得不排隊刷卡過閘機,,因為用戶需要在閘機處出示卡片(或手機),,等待讀卡器確認憑據(jù)有效后,閘門才會打開放行,,這樣即使一個人只需幾秒鐘,,總的等候的時間還是會令人不快。

為了解決這一痛點,,“雙頻卡”的方案被提了出來,。這種方案就是在一張卡片中同時集成HF和UHF兩種技術(shù),在地鐵閘機口可以專門設(shè)置一個雙頻卡的“快速通道”,,這個通道的閘門平時是常開的,,閘機會通過UHF長距離檢測乘客卡片中的憑據(jù),如果憑據(jù)有效則直接放行,,乘客無需動手刷卡即可直接通過閘機,。閘機只有在無法檢測到有效憑據(jù)時才會關(guān)閉,限制相應用戶的通行,。這樣一來,,地鐵閘機的吞吐量會大大提上,用戶的體驗也會大大改善,。

可以說,,正是出于優(yōu)化用戶體驗的目的,讓兩個本是平行線般,、基本無交集的無線技術(shù)在一個方案中完成了“合體”,。

取長補短

推動不同無線技術(shù)“聯(lián)手”的另一個原因,,就是“取長補短”的需要。因為人們逐漸意識到,,沒有一個可以通吃天下的完美無線技術(shù),,大家彼此各有短長,只有取長補短,,優(yōu)勢互補,,才能打造一個完美的解決方案。在這方面,,當下很熱門的UWB標簽應用就是一個典型案例,。

大家都知道,在疫情肆虐的大背景下,,保持適當?shù)纳缃痪嚯x是必要的,,但距離是否足夠遠,如果僅憑用戶的目測顯然不靠譜,,因此人們就考慮將基于UWB的電子標簽帶在身上,,利用UWB精準測距的能力,當兩個標簽之間的距離小于預設(shè)值時,,就會觸發(fā)報警提醒用戶,。

盡管在測距方面,BLE低功耗藍牙也是一個技術(shù)選項,,不過由于藍牙使用接收信號強度指示(RSSI)技術(shù)來預測距離,,限制因素多,測量的精度不足,;而UWB則可以實現(xiàn)精度達+/- 10cm的安全距離測量性能,。

但是在這種電子標簽的應用中,如果UWB一直處于開啟的工作狀態(tài),,功耗可能會成為一個問題,,這將影響電池供電的電子標簽的續(xù)航能力。因此開發(fā)者給出的最終解決方案就是,,在電子標簽中將BLE和UWB技術(shù)整合在一起,。一般狀態(tài)下,設(shè)備只開啟BLE功能連續(xù)掃描(或?qū)ふ遥┢渌麡撕炘O(shè)備,,當BLE功能發(fā)現(xiàn)在給定距離內(nèi)存在相關(guān)的設(shè)備時,,才會喚醒UWB功能開始精確測距。

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圖1:通過BLE掃描,,當兩個標簽設(shè)備進入給定距離內(nèi),,UWB功能被喚醒 

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圖2:當兩個標簽設(shè)備繼續(xù)靠近,UWB檢測到兩者之間的距離小于社交距離限制時,,觸發(fā)報警

這樣一來BLE的低功耗特性與UWB的精準測距特性兩者實現(xiàn)了優(yōu)勢互補,,這樣的“BLE+UWB”組合,,在門禁管理、物品追蹤定位等很多測距,、定位應用中也成了主流的架構(gòu),。

功能整合

隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,有些應用場景變得越來越復雜,,這時依靠單一的無線技術(shù)傳輸數(shù)據(jù)就顯得難以勝任了,。比如在資產(chǎn)追蹤和物流管理中,可能會存在兩種典型的場景:

· 一種場景是在監(jiān)測對象大范圍移動過程中實時采集數(shù)據(jù),,這時就需要通過LPWAN這類廣域無線物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進行追蹤,,有時還需要輔以GPS等衛(wèi)星定位提供更精確的地理信息;

· 另一種場景就是在一定范圍內(nèi),、近距離地進行貨物盤點和數(shù)據(jù)收集,,這時無線局域網(wǎng)技術(shù)就更能發(fā)揮出其優(yōu)勢了。

也就是說,,想要滿足這樣一個應用所需,,就需要建立一個同時支持廣域無線網(wǎng)絡(luò)和低功耗無線局域網(wǎng)的組合技術(shù)平臺。而且需要這種整合多種無線功能的應用,,也會越來越多。

好消息是,,這樣的技術(shù)平臺已經(jīng)出現(xiàn)了,。比如安富利推出的整合了LTE-M/NB-IoT、藍牙5.2和GPS多種無線技術(shù)的AVT9152模塊,。該模塊在一個僅26mm x 28mm的小型化封裝中集成了兩個來自Nordic Semiconductor公司的關(guān)鍵器件:一個是集成有LTE-M/NB-IoT調(diào)制解調(diào)器和GPS功能的nRF9160低功耗SiP,,另一個是支持2.4GHz多協(xié)議無線電(包括藍牙5、ANT,、Thread,、Zigbee、IEEE 802.15.4和專有的2.4GHz RF協(xié)議)的nRF52840無線SoC,,這樣的“全家桶“型的技術(shù)平臺,,無疑會在物流和資產(chǎn)跟蹤、自動售貨機,、自助服務終端,、樓宇自動化等領(lǐng)域,為開發(fā)者提供更廣闊的發(fā)揮空間,。

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圖3:安富利的AVT9152模塊

從上面的幾個案例中可以看出,,無論讓不同的無線技術(shù)“在一起”的最初動機是什么,其結(jié)果都是形成了一個更完整或更優(yōu)化的解決方案,,去滿足日益發(fā)展的物聯(lián)網(wǎng)應用的需要,。

如果將無線技術(shù)打拼的物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域看成是一個“江湖”,,以前不同的無線技術(shù)為了彰顯自己的實力,確立自身的江湖地位,,更偏向于通過單打獨斗去積累“戰(zhàn)斗力”和“經(jīng)驗值”,,而現(xiàn)在經(jīng)過多年的市場磨礪,整合多種無線技術(shù),、“組團打怪”的思路正在被越來越多的開發(fā)者所接受,,這種變化也預示著物聯(lián)網(wǎng)正在進入一個更加成熟的新階段。

 


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