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Wi-Fi蓝牙上乘结合,共筑智能家庭生态系统

日期:2019-12-10 17:08
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关键字:Wi-Fi 蓝牙 智能家庭生态系统 

2014年,物联网、可穿戴、智能家居、智慧城市,这些字眼经常占据各大新闻和资讯的显眼位置,就这些领域应用的技术来讲,无线连接技术无疑是*热的领域之一。从消费者角度来说,他们希望所有的新型设备能够与现有设备无缝的连接工作,但规模效应将决定未来。根据无线连接技术本身特性的不同,Wi-Fi蓝牙ZigBee等多个无线技术已在当今的家庭中找到各自的应用领域,这些无线连接技术将形成不同组合,以满足智能家庭生态中的各类终端设备的不同需求。


表1:三大无线技术数据传输速率和组网模式


表2:三大无线技术的参数比较



蓝牙:应用领域大大拓展

Bluetooth*早是爱立信于1994年进行研发的小范围无线通信技术,自1998年推出以来技术标准也经历了四代,蓝牙技术的关键指标也经历了由便捷互联到高速再到低功耗的演变。“Bluetooth技术兴起是从手机和外围设备开始的,*初被用于代替耳机线,具体包括蓝牙耳机、音箱等设备,随着移动设备对低功耗的旺盛需求,蓝牙的应用正在继续焕发勃勃生机,被广泛用于流媒体音乐、健身与各种人机交互设备。”美满电子科技(Marvell)公司IOT事业部上等市场经理李本中博士表示。


北京昆天科微电子技术有限公司市场总监郭润轩

北京昆天科微电子技术有限公司市场总监郭润轩在针对蓝牙应用的分析时也指出:“从应用市场看,手机是蓝牙*大应用平台。Bluetooth smart推出后,由于自身的低功耗、低成本特性,打通了个人用户网络端(智能手机)和外设的便捷数据通道,大大拓展了以下领域蓝牙的应用。”

他认为,可穿戴设备市场、智能家居市场、室内定位市场(近场支付,包括和O2O的商业模式结合,典型的如苹果主推的ibeacons)、智能医疗仪器、防丢器、智能遥控器,以及传统的无线键盘、鼠标、蓝牙音箱等市场都有显著增长机会。郭润轩相信:“以上市场在未来两年内将会有爆炸性的增长。”

ROHM公司代表也持同样看法,该公司认为蓝牙所具有的低功耗优势,未来将在可穿戴设备市场迅速增长。同时在智能家居领域,随着智能手机的广泛应用,使用蓝牙技术来控制家居设备已会成为潮流。

Wi-Fi:当之无愧的高速数据传输

美满电子的李本中继续表示,Wi-Fi的兴起*初在于电脑领域,该技术的出现是为了取代个人电脑与互联网间的有线连接,他说:“目前是很普遍的局域网高速连接方式,如今Wi-Fi已被广泛应用于游戏机、智能手机、平板电脑、家电和汽车。”

的确,Wi-Fi应用的场景主要是完成数据传输,相关的标准测试流程也是按照数据传输可靠性来定义的。当初使用的是802.11b的技术,*大速率只有11Mbps,随着智能手机的普及,无线上网功能成为标配,技术也由b/g到了a/c/n等。

ROHM公司认为,Wi-Fi在高速无线数据传输领域仍将是主流。运动和健身领域对于数据传输要求不高,这些设备主要由电池供电,对功耗要求较高,Bluetooth smart会更有竞争力。汽车领域注重实用性和可靠性,Wi-Fi等成熟技术更占优势,但要同时考虑到和移动设备的互联,蓝牙的增长也是必然的,与其他无线方式如ZigBee、蓝牙的融合也会越来越多。

“Wi-Fi在手机上应用的比率低于蓝牙,预计将进一步上升,并在智能家居、优异音响领域获得巨大增长。”昆天科的郭润轩认为。

从竞争走向互补融合

由于各种不同设备间的互联成为可能,搭载无线通信功能的设备不断普及。在蓝牙技术的使用过程中,人们发现蓝牙技术尽管有许多优点,但仍存在许多缺陷。对工业,家庭自动化控制和工业遥测遥控领域而言,蓝牙技术太复杂,功耗大,距离近,组网规模太小等。而Wi-Fi虽有网络入口,但功耗大。工业自动化对无线数据通信的需求越来越强烈,而且,对于工业现场,这种无线传输必须是高可靠的,并能抵抗工业现场的各种电磁干扰。因此,ZigBee协议在2003年正式应运而生,其应用一直不瘟不火,在工控领域应用相对多一些。

三种无线接入技术都能完成数据传输功能,工作频段也在2.4GHz ISM频段是重叠的。Wi-Fi有网络入口,BLE有超低功耗,ZigBee有特色的物理传输特性和组网性能,主要的差别表现为三者的数据传输速率和组网模式。每种技术实现的成本和完成的功能决定了其在市场上的位置,从无线接入实现的技术来看,结构基本类似,都由几部分组成:RF、Modem、MAC、Core。其中MAC部分可以分为硬件实现部分和软件实现部分。

在智能家居或者可穿戴设备领域用到的无线接入技术,会在原有技术基础上做一些特色的改进,很大一部分工作会在MAC部分,这部分是硬件公司和软件公司争论的焦点。无线技术硬件实现部分的难度和可实现低功耗的性能也是决定应用前景的关键因素,表格给出了几种技术的参数比较。


东芝电子(中国)有限公司技术统括部上等经理黄文源

随着各种消费电子与通讯产品之间的互连互通需求增多,这三者逐步从竞争走向融合。从技术区隔上来说,蓝牙应用可称为无线个人网,是设备间的小容量数据传输,Wi-Fi是无线局域网,主要应用在设备间大容量数据传输,常用于网络接入。昆天科的郭润轩说道:“蓝牙和Wi-Fi的应用场合有着明显的不同,属共存关系,这个关系至少在未来两年内持续。同时,蓝牙和Wi-Fi也试图实现传统上对方的应用,譬如蓝牙3.0和Wi-Fi direct,两者之间不断地互相学习和融合。”

“我们看到,WiFi和蓝牙技术可以上乘地互补。当设备需要整栋楼的信号覆盖,Wi-Fi是优选技术。当只需要室内或身体区域的连接,蓝牙可以有效地降低功耗使用。Wi-Fi、蓝牙与Zigbee已在当今的家庭中找到各自的应用领域,我们相信,这些无线连接技术将形成不同组合,以满足智能家庭生态中的各类终端设备的不同需求。”李本中说,“随着晶体管的尺寸继续按 摩尔定律缩小,支持Wi-Fi、蓝牙的组合解决方案已经被证明是面向大多数应用程序的符合成本效益的解决方案。”

东芝半导体&存储产品公司也将蓝牙/Wi-Fi IC的目标市场锁定M2M市场、家用电器、可穿戴设备、车载产品等等,“预计这些市场2016年的需求总量有望达到3亿台。”东芝电子(中国)有限公司技术统括部上等经理黄文源表示,“我们认为目前在智能手机、平板电脑、笔记本电脑等网络设备中装载率超过70%的蓝牙/Wi-Fi将成为具有较强竞争力的无线技术。对于与网络设备容易连接的传感器类网络设备来说,为延长其使用寿命所需的低功耗,以及为提高其使用上的便利性所需的易连接性,将成为技术上的两个要点。”

混战智能家居

对于智能家居这一庞大市场,ROHM认为,智能家居还是一个新兴的领域,各种无线技术都有应用,还没有形成一个标准。从发展趋势来看,家居设备使用Bluetooth、ZigBee等低功耗无线技术互联,并通过Wi-Fi网关与外界交互具有较好的前景。

郭润轩也表示:“这都是物联网的应用分支,按照其应用场景的不同会有特定的技术得到应用。”他举例说,运动与健身领域,智能汽车控制系统将是Bluetooth smart主导的市场,智能家居目前以Wi-Fi、ZigBee为主,Z-Wave和蓝牙也有应用。智能家居市场暂时还没有到爆发点,一个是用户使用习惯需要时间培养,找到主流用户愿意花钱的杀手级应用,二是家电的换代速度制约,在未来的一年内不会有大的爆发,但是长期非常看好。

李本中补充说,Marvell处于Wi-Fi、蓝牙和ZigBee等无线技术领域的前沿,其视频、无线连接和处理器产品已被广泛应用于当今智能家庭生态系统。目前其他技术则需要向消费者证明它们对于网络连接的线性递增价值能够超过现有三种成熟技术。

Combo方案日渐流行

七年前,美满电子推出了行业内靠前Wi-Fi+BT的组合解决方案。如今,美满继续为这类解决方案补充新的技术,诸如NFC和BLE。李本中表示:“我们相信以*低的成本积极地集成新技术是制胜的关键,这需要对多种连接技术方案、不同的半导体工艺技术节点的成本和性能有深度的技术了解和透彻认识,确保各个技术环节在生态系统和软件中无缝地协同工作。我们的产品路线图将会与这些要素保持一致。”

李本中还强调说,Marvell是行业唯壹在微控制器、无线连接和存储领域提供前沿解决方案的公司。他说:“我们一直在努力与生态系统广泛的合作伙伴网络合作,提供自动化、智能应用、健康、智能家庭应用领域的解决方案。我们甚至通过在产品中提供软件的方式,精简了价值链上传统的序列化产品推出方式。”

同样的,东芝的黄文源也认为,无线设备不仅需要IC,更需要复杂的协议软件。随着无线技术规格的升级,无线通信速度的提高,安全技术的提高以及易连接性的提高成为追求目标。另外,协议软件复杂度的不断提高,使整机开发的负担不断加重。东芝半导体&存储产品公司不仅提供IC,而且也开发协议软件,这样就能为客户提供软硬件兼备的完整解决方案,以减轻整机的开发负担。

东芝公司拥有近距离无线通信技术的蓝牙/Wi-Fi,近场无线通信技术的TransferJet、NFC。黄文源透露说,近场无线通信的NFC和近距离无线通信的Bluetooth、Wi-Fi兼容IC正在开发中。在这个产品中NFC实现快速配对,蓝牙或Wi-Fi实现数据通信,这就能将复杂的无线配对设定简单化以实现用户的便利性。“将来,我们也将不断提供近场无线技术和近距离无线技术相结合的产品,并支持搭载易用无线技术产品的整机开发。”他说。

东芝上月发布的BLE IC为TC35667FNG,峰值电流6mA,是一款低功耗产品,内置有DCDC、ADC以及各种接口,一个该产品就可支持可穿戴设备、保健设备等应用。在下一代产品中,将内置用于存储应用软件的Non Volatile Memory。

其它厂商也在积极向Combo进军。昆天科的郭润轩认为,Combo IC在需要跟各种无线设备的平台级产品上有需求,手机和平板将是主战场。“目前蓝牙和Wi-Fi都在飞速改进,所以昆天科致力于BLE的开发,保持这一领域的优越优势,并通过合作伙伴提供强强联合的Combo方案。”他说,“为了节省制造商的开发周期,我们的芯片设计已经做到了高度集成(MCU+BLE+Flash+RAM……),也做了模组方案并通过蓝牙认证以及FCC/CE认证,大大节约了制造商出成品的时间和成本。”

昆天科已量产的Qn9020/9021低功耗蓝牙芯片内置了Cortex-M0内核和完整的BLE协议栈。芯片达到业界*高灵敏度-95dBm,深度睡眠时*低功耗是<2μA,工作电流是8.9mA Rx和8.8mA Tx。在此基础上,下一步改进是通过优化的硬件和软件实现更低的平均功耗,以及更强的运算能力。

更低的功耗是每个厂家目前追求的目标,ROHM也将其作为产品设计的准则之一。ROHM旗下LAPIS半导体于2012年推出的ML7105实现了业界上等的低耗电量(收发数据包时的运行状态),之后开发出支持蓝牙4.0 Low Energy的2.4GHz无线通信LSI ML7105-00x,不仅保持了运行状态下的低耗电量性能,而且平均电流还减少了一半。所谓平均电流,是指按一定间隔反复收发数据包时的运行状态(耗电量大)与休眠状态(耗电量小)的平均电流值。通过大幅减少改变状态所需的时间,使平均电流减半,从而使电池寿命可达2倍。因此,按LAPIS半导体的工况条件,支持Bluetooth Low Energy的、使用纽扣电池(CR2032)的设备其电池寿命即使在24小时连续工作的条件下,也可充分使用2年。

ROHM认为,汽车领域和智能家居领域将会是一个无线技术交织的领域,多种无线技术融合的产品也会越来越多。该公司负责人表示,将会在基于现有产品的基础上,根据市场的需求,为客户提供高性价比的无线解决方案。ROHM将通过与集团旗下公司LAPIS Semiconductor的技术融合,为客户提供充分发挥各种通信规格的电波特性的通信IC与模块。尤其是无线通信用IC,利用LAPIS Semiconductor引以为豪的低功耗RF-CMOS技术和高性能MODEM技术,实现业界*高水平的低功耗和无线性能。

具体产品有:1,实现无指向性遥控的无线通信模块。该模块作为无线通信LSI,内置了符合ZigBee RF4CE协议的LSI ML7275,是内置调整好无线特性的天线的模块。使用这款内置了以业界上等低功耗(信号发射时16mA,信号接收时21mA)著称的无线遥控器,无需高频电路设计和无线特性调整所必须具备的专业技术即可轻松开发;2,支持蓝牙4.0 Low Energy的2.4GHz无线通信LSI ML7105-00x。该产品非常适用于智能手表、保健器材(心率监测仪、体温计、血糖仪等)、体育和健身器材(跑步机等)、遥控器、鼠标、智能钥匙、医疗保健设备等,不仅具备业界上等低耗电量(发送时9.8mA,接收时8.9mA)性能,而且对电池寿命影响较大的平均电流又降低了约1/2。

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