物聯(lián)網(wǎng)應用為什么要藍牙ZigBee一起抓？

 IoT的現(xiàn)狀類似于三國時代混戰(zhàn)的局面，有ZigBee、藍牙、Sub-GHz、Z-Wave和WiFi（短距窄帶）以及長距的LORA、NB-IoT等很多無線協(xié)議。那么，這么多的無線協(xié)議，我們怎么去確保它們互聯(lián)互通？未來IoT的發(fā)展又會是什么情況？

日前，在ASPENCORE旗下《電子工程專輯》、《EDN》和《國際電子商情》共同舉辦的“IoT技術與應用論壇”上，Silicon Labs（芯科）南中國銷售經(jīng)理何坤在其“物聯(lián)網(wǎng)-無線多協(xié)議的應用及探討”主題演講中指出，IoT目前有以下四點趨勢。首先，設備之間通信存在多協(xié)議連接，因此我們需要有無線多協(xié)議的基礎來保證不同設備不同協(xié)議能夠連接。第二，在多協(xié)議無線連接領域，如何能夠讓智能手機發(fā)揮更大作用。第三，實現(xiàn)近距離的移動體驗，這也是由手機帶來的思考。第四，目前整個市場的生態(tài)非常多樣，像國外的Amazon Echo、Google Home，蘋果Home Kit以及運營商和零售商，都在建立自己的生態(tài)環(huán)境，希望不同的用戶能夠接入進來?，F(xiàn)在物聯(lián)網(wǎng)處于類似90年代末2000年代初互聯(lián)網(wǎng)的初級階段，大家并不知道方向在哪里。

我們需要有物聯(lián)網(wǎng)的基礎設施，提供各種無線連接的方式。未來基于這樣的無線連接方式，能夠產(chǎn)生多種應用場景，就像手機目前能有看視頻、看新聞、各種app等各種豐富的應用場景，這在15年前是想不到的。未來5到10年，物聯(lián)網(wǎng)也會存在各種各樣的應用場景。

多協(xié)議的設備會帶來怎樣的體驗改變？

在智能家居中，智能門鎖是未來一個很重要的發(fā)展方向。在家庭內(nèi)部，我們可以提供ZigBee連接，同時，我們希望鎖可以通過手機進行配置——藍牙最主要的功能就是進行配置和跟鎖進行連接。當主人回到家，在開鎖的過程中，相關信息就可能傳遞到家里的燈上，燈和鎖在家庭內(nèi)部組成ZigBee網(wǎng)狀網(wǎng)絡，當用戶開鎖的時候，就會通過ZigBee形成聯(lián)動機制，而把燈打開。

同時，用戶的手機也可以作為室內(nèi)定位工具。比如燈和鎖不只是連接到ZigBee網(wǎng)絡，還會提供藍牙信標功能。當你進到臥室，藍牙信標會發(fā)送廣播包信息，它知道你進入到臥室中，進而打開臥室燈。

目前，智能家居中，WiFi單品賣得比較好，因為家家戶戶都有路由器。但真正的智能家居一定是一個聯(lián)動的系統(tǒng)，未來會進入到更高階層，人會感受到智能的變化。設備不僅會創(chuàng)建聯(lián)動機制，還會進行自我升級，從智能變智慧。但所有的基礎是無線連接。

商業(yè)應用的例子：停車場室內(nèi)定位

下面看一個商業(yè)場景的例子。比如在一棟大樓或停車場里，藍牙信標部署要額外付出成本——不管是室內(nèi)定位還是在商場推送廣告信息，都要額外付出成本去部署設備。另外設備有生命周期要求，比如帶電池、會帶來繁瑣的維護工作，商家和用戶對這一繁瑣過程不可接受。那可不可以在現(xiàn)有物聯(lián)網(wǎng)基礎上，把這一功能加進去？比如在燈里面，本身它就是ZigBee網(wǎng)狀網(wǎng)絡設備并且對供電要求不高（市電供電，對功耗不敏感，維護成本也較低）。除了成本不高以外，在停車場等各種場景下燈的密度也很高，所以很容易實施。

室內(nèi)定位的標準在明年一季度會出來，那時會為大家?guī)砀庇^的體驗。很多朋友會遇到，在去商場的時候，回家找車的時候位置很大，找不到車。室內(nèi)定位越來越成熟時，會帶來更好體驗，信標會起到真正作用。

ZigBee和藍牙怎樣保證不沖突？

他表示，芯科可以提供很多多協(xié)議產(chǎn)品，一個芯片可以提供多種連接。另外，通過手機操作能降低維護成本，因為手機人人都有，它可以跟很多設備對接，提高使用率。藍牙BLE可以提供2M PHY功能，提升下載速度；ZigBee和sub-GHz等網(wǎng)狀網(wǎng)絡的傳輸速度低。因此，使用BLE下載固件升級可以帶來更好的用戶體驗。如果設備既要考慮聯(lián)網(wǎng)，又要考慮藍牙互聯(lián)配置，那單芯片方案的成本可以比多芯片有40%的降低，并且信噪比高，可以傳輸更遠距離。

舉個動態(tài)多協(xié)議的例子。比如ZigBee和藍牙，藍牙信號是固定間隔；通過動態(tài)調(diào)節(jié)機制可以使兩者信號不發(fā)生沖突，同時保證Zigbee設備不離網(wǎng)。ZigBee有重發(fā)機制，所以在網(wǎng)絡傳輸里，藍牙可以有高優(yōu)先級。另外，藍牙傳輸可以通過內(nèi)部協(xié)議棧包括OS來進行連接時間的動態(tài)配置，比如在藍牙下載固件時，讓它占用更多時間。

下圖是多協(xié)議軟硬件的支持框架。最底層是芯片的物理層，上層提供了Micrium OS——Micrium OS是一家實時操作系統(tǒng)公司，兩年前被Silicon Labs收購，用來做動態(tài)多協(xié)議處理的協(xié)調(diào)工作。在OS層上面提供射頻的協(xié)調(diào)部分，包括無線電抽象層。因此可以用OS去做調(diào)度，確保ZigBee跟藍牙協(xié)議棧能很好配合。比如將智能鎖配置好，ZigBee配置好，通過手機把鎖加入到app，進行注冊和認證，這樣藍牙連接就不會出現(xiàn)問題。最上層是應用層，不管是鎖還是照明、開關等設備，對用戶的應用層開發(fā)不會起到任何影響。

多協(xié)議方案怎么對ZigBee和藍牙進行智能調(diào)度？

藍牙的連接時間相對固定，一般不會有什么變化，并且在網(wǎng)絡里相對ZigBee優(yōu)先級較高——ZigBee有重發(fā)機制，第一次不成功則試第二次，這樣可以讓優(yōu)先級更高的設備先去傳送信號。

ZigBee發(fā)送報文時，如果和藍牙沒有發(fā)生沖突，那相安無事；如果發(fā)生時間沖突，那ZigBee優(yōu)先級就放下來，讓藍牙先完成報文接收，然后轉(zhuǎn)為ZigBee工作。這種機制可以保證通信不發(fā)生沖突。

芯科提供的入門套件和無線電板如下，可以接到電腦上進行調(diào)試。它包括三塊電路板，用戶可以用來組網(wǎng)。

支持多協(xié)議連接的SoC和模塊

另外看下Mighty Gecko SoC。它包括射頻、模擬、串口等各種模塊，每個模塊有能耗要求，把它們分成多個功耗模式（EM0-4S），可以使它保持最低功耗。這里有兩個重點強調(diào)一下，射頻部分同時支持2.4GHz（ZigBee和藍牙都是這個頻段）和sub-GHz；內(nèi)部也集成了PA和報文，可以實現(xiàn)更好的傳輸距離。另外它提供各種串口支持，比如提供4個UART以及2個I2C接口。

另外，Silicon Labs也提供很多經(jīng)認證的模塊，包括SiP封裝和電路板形式，可以加快工程師的開發(fā)時間。