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工业物联网问答：无线连接方案的选用考量

时间：2019-11-27 15:43来源：Silicon Labs

摘要：工业物联网的发展日渐蓬勃，面向这股新兴的行业变革浪潮，相关设备商和解决方案供应商无不卯足劲投入研发资源，由于无线网络可以说是构筑起工业物联网的骨干，因此在选用合适的无线方案方面更是重中之重。

工业物联网（Industrial IoT, IIoT）的发展日渐蓬勃，面向这股新兴的行业变革浪潮，相关设备商和解决方案供应商无不卯足劲投入研发资源，由于无线网络可以说是构筑起工业物联网的骨干，因此在选用合适的无线方案方面更是重中之重。有鉴于此，Silicon Labs（亦称“芯科科技”）副总裁兼物联网工业和商业产品总经理Ross Sabolcik先生日前即接受行业媒体专访，以问答的形式深入探讨工业物联网的无线连接应用需求及最新的解决方案。 

1.    IIoT对无线连接的要求是什么？
Ross：在工业物联网（IIoT）应用中有三种通用类型的无线网络：
1）由客户开发、实施和维护的专有网络；
2）由客户部署和维护的基于标准的无线网络；
3）客户以付费形式接入的现有蜂窝物联网（IoT）网络，例如LTE-M或NB-IoT。

蜂窝物联网网络是工业物联网应用的一个理想选择，例如应用在跨越远距离和大区域（如城市、州/省甚至全国范围）内的资产跟踪。 

在为其工业物联网应用选择通信网络时，客户必须考虑各种技术和成本因素。对于许多客户而言，这些考虑因素将继续推动他们使用专有的或基于标准的无线网络来构建和维护他们自己的网络。我们预测，在可预见的将来这些网络还将与蜂窝技术共存。尽管5G在工业物联网方面具有广阔的应用前景，但现有的无线技术可以为仅需要低数据速率的机器对机器（M2M）和机器对云端应用提供可扩展且经济高效的连接。 

2.    贵公司看好哪类无线通信标准？其适合哪类工业或商业应用场景，在应用中有何困难或挑战？
Ross：Silicon Labs的无线物联网解决方案广泛支持多样化的无线协议，包括Zigbee、Thread、蓝牙mesh、低功耗蓝牙、Wi-Fi、Z-Wave和专有协议等。我们为物联网应用提供了丰富的器件组合，包括无线SoC和模块、微控制器和传感器，使客户能够构建完整的系统，来监测环境变化、在本地处理数据并使用无线技术将数据传输到云端进行分析。

我们的客户和合作伙伴还可以使用我们的射频产品，来实现Wireless M-Bus、Wi-SUN、ISA-100和Wireless HART等更多的无线通信协议，以满足特定的工业应用需求。 作为Silicon Labs的关键差异化要素之一，我们为工业物联网提供了不偏不倚的无线连接。

Silicon Labs为客户提供了前所未有的灵活性，使他们可以从多种可选的无线协议中选择任何一种，这是因为我们的无线器件是在一个可支持多种标准和专有协议的通用的、可扩展的平台上构建的。针对工业物联网，Silicon Labs提供了灵活的连接技术选择，包括能够在2.4GHz运行各种领先的、基于标准的协议，以及大部分在1GHz以下运行的很多专有协议，所有这些功能都可以集成在同一个无线系统级芯片（SoC）器件上。 

Silicon Labs的无线器件还支持多协议操作，允许连接器件在运行时在不同的协议之间进行动态切换，从而为应用开发人员设计具有出色互通性和连接性的设备提供了巨大的发挥空间。在同一个无线器件中支持多协议连接，使客户能够连接到不同的异构网络，或随着无线标准的不断发展演进而对其网络进行现场升级。我们为无线硬件和软件开发了平台化方法，还使客户能够在多样化的通信网络中充分利用其投资。这项功能支持客户将产品部署到当今细分化的工业物联网市场中，并在生态系统继续演进发展的同时实现互联互通最大化。 

工业物联网涉及数量众多、各自不同的应用和市场。Silicon Labs将关注点主要放在了楼宇自动化、智能照明、智能表计、资产管理和其他类似的工业物联网应用上，它们需要基于标准的和专有的低功耗无线连接。为满足这些应用需求，Silicon Labs提供了不同硬件集成度和连接技术的各种无线SoC和模块器件，以增强整个系统的集成并帮助开发人员降低系统成本和复杂性。 

3.    贵公司有哪些创新的解决方案？
Ross：Wireless Gecko Series 2平台（无线SoC芯片和模块）：Silicon Labs的新一代Series 2 Wireless Gecko产品组合设计旨在使物联网产品更加强大、高效和可靠。基于Wireless Gecko产品组合已经过验证的射频和多协议能力，Series 2提供了一个通用的、可扩展的物联网连接平台和小型化的无线SoC，这些芯片具有专用的安全防护内核和片上射频；相比竞争性解决方案，它们可提供2.5倍的无线覆盖范围。 

随着物联网设备不断被采用和持续增长的多样性，开发人员在寻求灵活的连接解决方案，以帮助他们快速地将差异化的产品推向市场，同时降低成本和设计复杂性。Series 2满足了这一需求，并改进了多个设计要素，包括无线性能、可靠性、软件重用和增强的安全性，以加速物联网的开发、部署和采用。 

首个Series 2产品包括支持Zigbee、Thread和蓝牙网状网络等多协议的EFR32MG21 SoC芯片，以及专用于低功耗蓝牙和蓝牙mesh的EFR32BG21SoC芯片。这些SoC为包括网关、集线器、照明、语音助手和智能电表电线供电的物联网产品提供了理想的解决方案。 

Silicon Labs最近推出了一个全新的高集成度的、安全的Series 2模块产品组合，它们可减少开发成本和复杂性，从而可更轻松地在多样化的物联网产品上添加强大的网状网络连接。新型的MGM210x和BGM210x Series2模块支持领先的网状网络协议（Zigbee、Thread和蓝牙mesh）、低功耗蓝牙和多协议连接。Series 2模块产品组合的初始系列包括业界首款针对LED灯泡优化的、预先通过认证无线模块，和旨在满足各种超小型物联网产品需求而设计的通用印刷电路板（PCB）外形模块。 

为了帮助物联网开发人员保护其产品免受恶意攻击，Silicon Labs在设计Series 2 SoC和模块时都包含了一流的安全功能。例如，利用可信根和安全加载器（RTSL）技术的安全启动有助于防止恶意软件注入和回滚，确保了可靠安全的固件执行和无线（OTA）更新。专用安全内核隔离了应用处理器，并且通过差分算能分析（DPA）对策提供快速、高效的加密操作。符合NISTSP800-90和AIS-31的真随机数发生器（TRNG）可加强器件加密。具有锁定/解锁功能的安全调试界面支持通过验证的访问以增强故障分析。该模块的ArmCortex-M33内核集成了TrustZone技术，可为可信软件架构实现系统级硬件隔离。 

Silicon Labs于2016年初推出了第一代Wireless Gecko。从那时起，Wireless Gecko Series 1平台的SoC、模块和软件已成为业界领先的多协议、多频段物联网连接解决方案，为各种的物联网应用和市场提供灵活的无线协议和性价比选择。该平台集成了一个功能强大的ARMCortex-M4内核、节能的Gecko技术、具有高达19.5 dBm输出功率的2.4 GHz射频以及先进的硬件加密技术。

为了加速无线应用设计，Wireless Gecko SoC采用用于网状网络的、业内最佳的Thread和Zigbee协议栈，为专有协议提供的直观的射频接口软件、用于点对点连接的低功耗蓝牙，以及可简化无线应用开发、配置、调试和低能耗设计的Simplicity Studio工具。 探索Silicon Labs全系列适用于工业物联网的无线解决方案：https://cn.silabs.com/products/wireless
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