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從單打獨斗到組團打怪,無線技術將加速物聯網落地

2021-05-19 來源:EEWORLD

從物聯網成為一個“熱詞”的那天起,無線技術也就跟著熱鬧了起來。無論是“老司機”還是新勢力,各種無線技術都想在物聯網的版圖中找到自己安身立命的位置。也正因為此,無線技術彼此之間的明爭暗斗,從沒有消停過。在鞏固自己傳統的根據地,構筑技術和市場壁壘的同時,各個無線技術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線。


不過如果仔細觀察,會發現這兩年無線技術之間的關系開始有了一些微妙的變化——在很多應用場景中,各個無線技術之間不再是非此即彼的對決,而是結成了你中有我的“合體”,仔細品,這種轉變確實有點意思。


優化體驗


有些無線標準之間,原先是有比較清晰的技術和應用區隔的。比如RFID(射頻識別)技術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、工作于13.56MHz的高頻(HF)技術,以及使用865至955MHz頻段(有些包括2.4GHz頻段)的超高頻(UHF)技術。這三種RFID技術之間,由于特性不同,各自有明確的應用定位,比如HF技術多用于訪問/門禁控制,而UHF技術則是通信距離更長的物流管理、工業生產應用的最愛。


按照這樣的劃分,地鐵閘機應該是HF技術的勢力范圍,而且隨著NFC手機的普及,手機可以模擬作為乘車憑據的HF交通卡的功能,實現刷手機坐地跌,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,在地鐵閘機口可以專門設置一個雙頻卡的“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,如果憑據有效則直接放行,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時才會關閉,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在一個方案中完成了“合體”。


取長補短


推動不同無線技術“聯手”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,大家彼此各有短長,只有取長補短,優勢互補,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,保持適當的社交距離是必要的,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值時,就會觸發報警提醒用戶。


盡管在測距方面,BLE低功耗藍牙也是一個技術選項,不過由于藍牙使用接收信號強度指示(RSSI)技術來預測距離,限制因素多,測量的精度不足;而UWB則可以實現精度達+/- 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,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航能力。因此開發者給出的最終解決方案就是,在電子標簽中將BLE和UWB技術整合在一起。一般狀態下,設備只開啟BLE功能連續掃描(或尋找)其他標簽設備,當BLE功能發現在給定距離內存在相關的設備時,才會喚醒UWB功能開始精確測距。

 

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圖1:通過BLE掃描,當兩個標簽設備進入給定距離內,UWB功能被喚醒


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


這樣一來BLE的低功耗特性與UWB的精準測距特性兩者實現了優勢互補,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。


功能整合


隨著物聯網的發展,有些應用場景變得越來越復雜,這時依靠單一的無線技術傳輸數據就顯得難以勝任了。比如在資產追蹤和物流管理中,可能會存在兩種典型的場景:


? 一種場景是在監測對象大范圍移動過程中實時采集數據,這時就需要通過LPWAN這類廣域無線物聯網技術進行追蹤,有時還需要輔以GPS等衛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、近距離地進行貨物盤點和數據收集,這時無線局域網技術就更能發揮出其優勢了。


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絡和低功耗無線局域網的組合技術平臺。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,這樣的技術平臺已經出現了。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公司的關鍵器件:一個是集成有LTE-M/NB-IoT調制解調器和GPS功能的nRF9160低功耗SiP,另一個是支持2.4GHz多協議無線電(包括藍牙5、ANT?、Thread、Zigbee、IEEE 802.15.4和專有的2.4GHz RF協議)的nRF52840無線SoC,這樣的“全家桶“型的技術平臺,無疑會在物流和資產跟蹤、自動售貨機、自助服務終端、樓宇自動化等領域,為開發者提供更廣闊的發揮空間。

 

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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“在一起”的最初動機是什么,其結果都是形成了一個更完整或更優化的解決方案,去滿足日益發展的物聯網應用的需要。

如果將無線技術打拼的物聯網領域看成是一個“江湖”,以前不同的無線技術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“戰斗力”和“經驗值”,而現在經過多年的市場磨礪,整合多種無線技術、“組團打怪”的思路正在被越來越多的開發者所接受,這種變化也預示著物聯網正在進入一個更加成熟的新階段。


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