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貿(mào)澤大咖說 |智能物聯(lián)網(wǎng)的下一輪“破界”(下)

貿(mào)澤電子 ? 來源:未知 ? 2023-04-12 09:10 ? 次閱讀

物聯(lián)網(wǎng) 連接智能世界

“貿(mào)澤與你大咖說”攜手Silicon LabsTE Connectivity(以下簡稱“TE”),以“物聯(lián)網(wǎng) 連接智能世界”為主題,和大家一起探討物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的技術(shù)。

上期內(nèi)容中,我們談到從物聯(lián)網(wǎng)到智能物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn),在本期內(nèi)容中,我們將分享關(guān)鍵技術(shù)痛點等精彩內(nèi)容:

從物聯(lián)網(wǎng)到智能物聯(lián)網(wǎng):

關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn)和痛點

挑戰(zhàn)一:碎片化痛點

物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用碎片化和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)碎片化

物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的碎片化問題困擾了物聯(lián)網(wǎng)廠商很長時間。而隨著聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備越來越多,應(yīng)用場景越來越豐富,覆蓋的區(qū)域越來越廣,碎片化的痛點也進(jìn)一步凸顯。

劉俊解釋,就目前來看,由于沒有一個技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)可以涵蓋所有的應(yīng)用場景,事實上,工業(yè)、家庭等不同應(yīng)用面臨不同的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。這就導(dǎo)致了當(dāng)前需要多種標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議共存的狀態(tài)。這就勢必會增加部署的復(fù)雜度以及設(shè)備及其維護(hù)成本。在他看來,碎片化問題的解決終究是要靠市場來推動的?!氨热缯f某一天,當(dāng)一個技術(shù)能夠覆蓋更多應(yīng)用場景,勢必很多技術(shù)就會慢慢趨于整合。事實上,我們也看到各個無線通信標(biāo)準(zhǔn)也在不斷地演進(jìn),所以有待時日由市場去推動?!?/p>

無線協(xié)議是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的一個關(guān)鍵焦點,當(dāng)前主流的協(xié)議包括Wi-Fi、藍(lán)牙、Zigbee、Matter和Thread等。面對當(dāng)前多個無線連接協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)共存的情況下,采用不同協(xié)議的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備如何實現(xiàn)兼容,也成為物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)界近年來努力的方向。

2022年10月發(fā)布的Matter標(biāo)準(zhǔn)是一大成果。100%投入物聯(lián)網(wǎng)的Silicon Lab深度參與了Matter這項全球性物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的制定、開發(fā)、驗證等工作Matter這項全球性的物聯(lián)網(wǎng)連接標(biāo)準(zhǔn)。Matter構(gòu)建在現(xiàn)有的IP連接協(xié)議之上,可以實現(xiàn)包括終端產(chǎn)品、移動應(yīng)用和云服務(wù)在內(nèi)的跨平臺物聯(lián)網(wǎng)通信

據(jù)介紹,Silicon Labs已經(jīng)推出了可量產(chǎn)的Matter無線解決方案,并且通過了CSA連接標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)盟的認(rèn)證,可用于開發(fā)支持Thread、Wi-Fi和藍(lán)牙協(xié)議的Matter終端產(chǎn)品。通過為LED燈泡、門鎖、暖通空調(diào)(HVAC)、商業(yè)照明和門禁控制等各種不同的智能家居和商業(yè)應(yīng)用提供統(tǒng)一的連接標(biāo)準(zhǔn),Matter可簡化產(chǎn)品開發(fā)和用戶體驗。

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圖2:無線Gecko系列產(chǎn)品

在此之前,Silicon Labs則致力于通過一顆芯片實現(xiàn)多協(xié)議解決多種應(yīng)用場景。2015年,Silicon Labs推出業(yè)內(nèi)首顆多協(xié)議物聯(lián)網(wǎng)芯片無線Gecko EFR32xG系列,到目前已經(jīng)是第三代。該芯片可以支持Zigbee、藍(lán)牙、Wi-SUN、Z-Wave等多種協(xié)議。也就是說,當(dāng)用戶需要設(shè)計一個產(chǎn)品適合不同的應(yīng)用的時候,完全可以通過這一顆芯片去符合所有的應(yīng)用場景,大大簡化了設(shè)計流程。

挑戰(zhàn)二:低功耗是物聯(lián)網(wǎng)方案成敗的關(guān)鍵

隨著應(yīng)用層面日趨豐富,物聯(lián)網(wǎng)的功耗問題也越來越受關(guān)注。低功耗已經(jīng)成為物聯(lián)網(wǎng)解決方案的標(biāo)配,幾乎可以說是成敗的關(guān)鍵。

劉俊解釋,功耗問題存在于兩個部分。一個是硬件層面,芯片本身的功耗。而半導(dǎo)體行業(yè)幾十年來的發(fā)展,工藝制程從90納米到40納米到28納米、14納米,不斷提高集成度以實現(xiàn)更多功能的同時,一個重要的目標(biāo)就是降低功耗。另一個是軟件層面,即無線協(xié)議或標(biāo)準(zhǔn)方面,因為物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸帶來的功耗其實跟發(fā)送數(shù)據(jù)的頻率和數(shù)據(jù)量有很大的關(guān)系。

除此之外,低功耗問題還不僅僅與芯片和標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議有關(guān)系,與許多被動元器件,比如藍(lán)牙天線等的相關(guān)指標(biāo)也是息息相關(guān)的。

公配偉以心臟起搏器監(jiān)視器方案為例做解釋,他指出,在該方案中,除了藍(lán)牙芯片以及相關(guān)的藍(lán)牙協(xié)議外,在被動元件上同樣可以圍繞低功耗做文章。以藍(lán)牙天線的功耗為例,有一個叫做“效率值”的概念,如果天線的效率值只有10%,那么意味著芯片的功率再大,也有90%已經(jīng)損失了,而如果天線效率值能達(dá)到90%,同樣對降低功耗做出了貢獻(xiàn)。

挑戰(zhàn)三:電磁干擾問題

電磁干擾問題是困擾工程師的另一大難題。隨著物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和應(yīng)用越來越多,各個頻段的應(yīng)用幾乎達(dá)到了極致,這就導(dǎo)致了不同模塊之間的相互干擾,對于濾波以及抗干擾性的要求不斷提升。

比如,城市應(yīng)用就中有太多的同頻干擾問題,讓眾多工程師犯難。要如何克服?

公配偉解釋,從設(shè)計上看,電磁干擾之所以會產(chǎn)生,是因為當(dāng)兩個設(shè)備之間,幾個天線離得太近,就會容易產(chǎn)生串?dāng)_。他指出,目前行業(yè)中用于解決電磁干擾問題通常會有多種方法,從被動元件的角度,比如用一些方法控制射頻信號對外的輻射量,以及盡量讓元器件接地來將這些輻射信號做一個屏蔽。

不過他也指出,由于目前各類物聯(lián)網(wǎng)方案的應(yīng)用場景復(fù)雜,且需求和設(shè)計規(guī)范等都各有不同,因而現(xiàn)階段難以有一個可以解決所有問題的方案,只能根據(jù)不同設(shè)備的要求去不停地調(diào)試解決。而從長遠(yuǎn)來看,要讓電磁干擾問題更有效地解決,需要多方的綜合努力,包括要有一整套統(tǒng)一嚴(yán)格的物聯(lián)網(wǎng)方案設(shè)計規(guī)范等。

深耕垂直應(yīng)用:

智慧城市、智慧醫(yī)療、智能家居市場潛力無限

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在各個行業(yè)中的滲透和深化,或?qū)⑾破稹跋乱粋€工業(yè)革命”,它將深刻改變?nèi)藗兩睢⒐ぷ?、出行、娛樂的方方面面,甚至改變?nèi)虻钠髽I(yè)或組織的交互方式。如今,物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)進(jìn)入到快速發(fā)展期,涵蓋穿戴設(shè)備、智能家居、智慧城市、物流管理、智能制造、智慧農(nóng)業(yè)等眾多垂直應(yīng)用領(lǐng)域,有著非常廣闊的市場前景。

物聯(lián)網(wǎng)正在我們的身邊發(fā)生,比如在智慧城市應(yīng)用中,智能電表的應(yīng)用可以實現(xiàn)可聯(lián)網(wǎng)化遠(yuǎn)程抄表,節(jié)省了城市運營中的大量人工和時間成本。而在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用中,我們也看到很多的工廠在讓更多的設(shè)備能夠聯(lián)網(wǎng)貢獻(xiàn)數(shù)據(jù),從而為進(jìn)一步優(yōu)化產(chǎn)線、提高效率提供數(shù)據(jù)洞見。

熱門垂直應(yīng)用一:智慧城市

智慧城市是指利用各種信息技術(shù)或創(chuàng)新概念,將城市的系統(tǒng)和服務(wù)打通、集成,以提升資源運用的效率,優(yōu)化城市管理和服務(wù),以及改善市民生活質(zhì)量。創(chuàng)造出更加人性化、便捷化的都市生活。

在一座城市里,包含的應(yīng)用非常多,比如配電設(shè)施、表計設(shè)施、屋頂太陽能面板以及路燈管理,以及智能樓宇、車、路系統(tǒng)管理等等。要讓城市具備“智慧”,數(shù)字化管理是非常重要的方面。但要實現(xiàn)數(shù)字化管理的前提是,城市里的各類設(shè)施要逐漸成為物聯(lián)網(wǎng)化的設(shè)備,它能夠?qū)崟r采集城市的運行中的各類數(shù)據(jù),并把這些數(shù)據(jù)貢獻(xiàn)到云端,來進(jìn)一步分析從而優(yōu)化城市管理、提升整體效率。

劉俊介紹,在智慧城市的方案設(shè)計上面臨諸多挑戰(zhàn)。首先必須要求具備可擴展性,要實現(xiàn)100-100,000+裝置,在惡劣環(huán)境下保持長距離通信。

其次是復(fù)雜性,面臨多個標(biāo)準(zhǔn)需要共存,線路和電池供電等問題。比如智慧城市里面有非常多的應(yīng)用場景,勢必會帶來有不同的通信方式。比如常見的有5G,像是攝像頭應(yīng)用就需要5G的高帶寬高速率。也有一些低功耗的設(shè)備,比如廣域網(wǎng)的就可以用NB-IoT。此外還有一些新的應(yīng)用趨勢,比如在電表中加入藍(lán)牙,用戶就可以實現(xiàn)實時讀取家中耗電情況。

另外還有兼容性,要支持傳統(tǒng)和未來的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。此外,更重要的是,智慧城市方案的部署時間往往要持續(xù)5-20年,其可靠性和安全性至關(guān)重要。

例如,智能表計應(yīng)用,在智慧城市應(yīng)用中已經(jīng)十分廣泛。主要有用于住宅用電和監(jiān)控的智能電表,用于住宅和商業(yè)天然氣的使用和監(jiān)控智能燃?xì)獗硪约耙恍┠芰勘砘驘崃勘砑盁崃坑嫛?/p>

公配偉指出,這對傳感器連接器提出更高要求。如在工業(yè)儀表系統(tǒng)中,綜合成本壓力推動壓力傳感器性能升級。其中,高精度數(shù)字壓力傳感器吸收了很大一部分校準(zhǔn)成本,以及內(nèi)嵌定制通訊協(xié)議等;在住宅計量系統(tǒng),工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和節(jié)能驅(qū)動了智能住宅燃?xì)庥嬃可壍男枨蟆?/p> 智能表計的連接挑戰(zhàn),則要必須足夠耐用,能夠可靠地運行數(shù)十年,并在其整個生命周期內(nèi)準(zhǔn)確無誤地傳輸使用數(shù)據(jù);許多組件在保證堅固耐用的同時,還要實現(xiàn)小型化,以便為高級功能留出空間;量表的無線傳輸通常需要抗干擾,可能需要定制天線,以適應(yīng)不同的應(yīng)用環(huán)境;戶外無線連接常常會遇到一些挑戰(zhàn),包括各種潛在干擾源及信號阻塞的問題。

熱門垂直應(yīng)用二:智慧健康

過去三年的疫情,也讓公眾對健康問題關(guān)注度大幅提升。

智慧醫(yī)療或健康方面,物聯(lián)網(wǎng)能做什么?劉俊指出,很多醫(yī)療健康設(shè)備變得越來越智能,具有便攜化、小型化、可聯(lián)網(wǎng),即物聯(lián)化的特點。從脈搏血氧儀和心電圖監(jiān)測儀到健身可穿戴設(shè)備,智能醫(yī)療設(shè)備可續(xù)監(jiān)控和跟蹤患者的生理狀況,并且通過藍(lán)牙連接在智能手機應(yīng)用程序上遠(yuǎn)程查看收集的健康數(shù)據(jù)。

另外一個重要的趨勢是,當(dāng)健康數(shù)據(jù)可以被收集并分析,就意味著我們可以對自己的身體健康趨勢有一個提前的預(yù)判。劉俊認(rèn)為,這也是醫(yī)療健康設(shè)備的物聯(lián)網(wǎng)化帶來的重要發(fā)展。隨著健康數(shù)據(jù)積累得越來越多,就更有可能對疾病做提前的預(yù)防和改善,而不是等到出現(xiàn)癥狀才進(jìn)行治療干預(yù)。這其實才是更有意義的一步。

而這其中涉及的技術(shù)層面的問題,包括傳感器精度的提升以及算法的發(fā)展。劉俊介紹,現(xiàn)在可以利用機器學(xué)習(xí)等手段,通過大數(shù)據(jù)、云端運算的方式來訓(xùn)練出算法,再把這個算放放到本地,以低功耗、低成本的方式來運行,同時這個算法也是不斷在進(jìn)化的。“隨著數(shù)據(jù)量的增加和時間的推移,這個算法會變得越來越精準(zhǔn),也就是說我們每一個智能的醫(yī)療設(shè)備,它其實帶了一個小大腦,它能夠給你的趨勢或者數(shù)據(jù)做出更精確的一個診斷?!眲⒖≌f。

據(jù)了解,Silicon Labs通過打造可擴展平臺方法來提供的物聯(lián)網(wǎng)連接,使客戶能夠為其智能家居中的主要應(yīng)用場景選擇合適無線解決方案(Zigbee、Z-Wave、Thread、藍(lán)牙 Mesh、低功耗藍(lán)牙、Wi-Fi和專有協(xié)議),同時利用硬件、軟件棧來實現(xiàn)這些無線傳輸。

公配偉也強調(diào),隨著人口老齡化的大趨勢,未來大健康數(shù)據(jù)將是迅速增長的產(chǎn)業(yè)。物聯(lián)網(wǎng)連接便是革新醫(yī)療保健和實現(xiàn)各種挽救生命應(yīng)用載體。TE近年來一直專注于基于智慧健康設(shè)備的電源、信號、天線、數(shù)據(jù)的互聯(lián)方案。公配偉指出,智慧健康的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)包括堅固耐用設(shè)計、小型化以及數(shù)據(jù)連接。此外還有對使用壽命、一體化解決方案、容錯等方面的額外要求。

熱門垂直應(yīng)用三:智能家居

智能家居是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的一個重要的應(yīng)用領(lǐng)域。近年來,在智能化、5G、AI、物聯(lián)網(wǎng)等新興技術(shù)的驅(qū)動下,智能家居行業(yè)得以快速發(fā)展。消費者正在采用智能家居技術(shù),并從其帶來的增強便利性、安全性和舒適性中受益。在全球新冠疫情反復(fù)、無接觸服務(wù)需求增長、居家辦公模式逐步走向常態(tài)化的大背景下,預(yù)計將進(jìn)一步催化智能家居技術(shù)行業(yè)的快速發(fā)展。ed36b4c8-d8cd-11ed-bfe3-dac502259ad0.png

圖3:全球智能家居設(shè)備市場

劉俊指出,智能家居行業(yè)已經(jīng)發(fā)展了20多年,尤其是過去幾年,隨著越來越多的智能設(shè)備進(jìn)入家庭,比如智能燈泡、智能插座以及各類帶有傳感器的智能家居設(shè)備。一大顯著的趨勢是,智能家居設(shè)備的成本大幅降低。只有普通人能夠消費得起,整個行業(yè)才能進(jìn)入規(guī)模發(fā)展。而成本問題不單單是器件層面,還包括開發(fā)成本。所以對于物聯(lián)網(wǎng)廠商而言,如何開發(fā)出低成本、更易用的產(chǎn)品是接下去的重點。

不過這其中也伴隨著新問題。隨著你的家越來越“懂”你,家里的每一個智能設(shè)備也同時保留了大量的私人數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)安全隱私保護(hù)成為智能家居產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵的一環(huán)。

據(jù)了解,Silicon Labs很早就已經(jīng)和生態(tài)合作伙伴一起研究物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備以及數(shù)據(jù)安全的問題,其新一代的EFR32xG2x系列芯片提供了高級安全功能Security Vault,這是業(yè)內(nèi)第一顆通過PSA高等級Level 3的物聯(lián)網(wǎng)芯片。

此外,生態(tài)化發(fā)展也是目前智能家居產(chǎn)業(yè)的重要趨勢。比如,現(xiàn)在有智能家居的設(shè)備都是來自于不同的廠家,我們需要讓各個廠家的設(shè)備都能夠互聯(lián)互通的,才能真正讓用戶體驗到智能化的魅力?!八越酉聛懋a(chǎn)業(yè)面臨的狀況就是,生態(tài)有了以后,大家未來會打破這樣一個生態(tài)的壁壘,讓用戶無需考慮品牌或是來自于哪一個生態(tài)的產(chǎn)品,都可以讓整個家智能的運作起來?!眲⒖≌f。

相應(yīng)地,在智能家居方面,TE內(nèi)部有一個單獨的家電事業(yè)部。公配偉介紹,TE的天線、應(yīng)用工具、電纜組件、連接器、無源元件、繼電器和開關(guān)、傳感器、端子和管道解決方案可滿足客戶的特定設(shè)計要求,并預(yù)測設(shè)計挑戰(zhàn)的發(fā)生。

未來趨勢:萬物互聯(lián) 無限可能

萬物互聯(lián)正在不斷深入,并創(chuàng)造無限可能。從現(xiàn)階段的產(chǎn)業(yè)發(fā)展來開未來更多的趨勢和可能性,本期的大咖觀點總結(jié)下來主要集中在小型化、便攜化、低功耗等需求將繼續(xù)攀升。這對于方案設(shè)計端到應(yīng)用落地端而言,都將不斷提出新挑戰(zhàn)。

在創(chuàng)新應(yīng)用場景層面,則會有更多的可能性。

智慧農(nóng)業(yè)

在智慧農(nóng)業(yè)的應(yīng)用上,更多的深入創(chuàng)新已經(jīng)萌芽。嘉賓們提到,已經(jīng)有運營商在農(nóng)場奶牛監(jiān)測的應(yīng)用上更進(jìn)一步,他們開始利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來監(jiān)測奶牛的體溫、健康狀況、甚至關(guān)心奶牛們的運動狀況和情緒狀態(tài)——給它們播放音樂,鼓勵它們每天走一萬步…… 這些都可能影響奶牛的產(chǎn)奶質(zhì)量。人們越來越相信,一頭健康且心情愉悅的奶牛,會產(chǎn)出更高質(zhì)量的牛奶。這是非常有趣的視角,也是技術(shù)發(fā)展帶來的觀念革新。

電動工具

物聯(lián)網(wǎng)無線連接技術(shù)的發(fā)展,未來也將改變電動工具的應(yīng)用。據(jù)劉俊介紹,比如電動工具在流水線上打螺絲的應(yīng)用,可以通過藍(lán)牙的方式去配置電動工具的力矩,來針對某一個產(chǎn)品線進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的操作。此外,無線連接技術(shù)還可以用于對電動工具等資產(chǎn)的追蹤管理上,以及預(yù)測性維護(hù)等。

Matter智能家居協(xié)議Matter協(xié)議的發(fā)展也值得物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)界進(jìn)一步期待。Matter智能家居協(xié)議在成立之初就承諾,使用Matter協(xié)議的設(shè)備將可以兼容Aamzon、Google、Apple、Samsung等智能家居生態(tài)。Matter無疑將加速全球智能家居生態(tài)以及企業(yè)的融合,通過Matter來無縫對接全球智能家居市場,加快企業(yè)全球化戰(zhàn)略拓展速度為企業(yè)帶來的新增長。

從未來技術(shù)趨勢層面,5G、AIoT以及智能邊緣技術(shù)也將隨著物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)一步發(fā)展,成為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的重要支持技術(shù)。

低延遲、高可靠性的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用連接將越來越關(guān)鍵。而5G的超可靠、低延遲通信容量和對時間敏感網(wǎng)絡(luò)的支持對于物聯(lián)網(wǎng)的采用非常重要。醫(yī)療保健領(lǐng)域的可穿戴技術(shù),將增大從5G中的受益。

AI和物聯(lián)網(wǎng)(IoT)的相互融合滲透形成AIoT的概念,即將AI技術(shù)嵌入到IoT組件中,這一技術(shù)趨勢將越來越重要。將連接的傳感器和執(zhí)行器收集的數(shù)據(jù)與AI相結(jié)合,可以在邊緣減少延遲、增加隱私和實時智能。

此外,智能邊緣計算也是另一個重要技術(shù)趨勢。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展,傳感器無處不在,這將導(dǎo)致收集的數(shù)據(jù)量大幅增加。然而,大多數(shù)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的處理能力有限,因此數(shù)據(jù)處理在云端/上位機系統(tǒng)進(jìn)行,數(shù)據(jù)中心通常遠(yuǎn)離生成傳感器數(shù)據(jù)的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。隨著物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)變得更加復(fù)雜,以減少延遲并在響應(yīng)來自物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的傳感器信號時實現(xiàn)近乎自主的決策,一些數(shù)據(jù)分析功能正在轉(zhuǎn)移到網(wǎng)絡(luò)邊緣,更靠近數(shù)據(jù)生成源。

“物聯(lián)網(wǎng)就是把一個沒有生命的東西變成有生命了?!边@或許能從一個側(cè)面形象地總結(jié)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對于當(dāng)前的物理世界和數(shù)字世界所產(chǎn)生的影響。而技術(shù)的魅力正在于這種無限的可能性。

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