通過專有協議無線網絡實現工業物聯網

在制造業、電力傳輸和公用事業（燃氣、電、水）等工業部門的運營和環境條件下，總是對網絡互連構成挑戰，早期大多采用有線方式連結，但在工廠惡劣的作業條件下總有些不便，并網絡容易故障中斷，無線連結則會是更佳的選擇。本文將為您介紹工業互聯網（IIoT）的發展趨勢與相關的解決方案。

無線網絡提供更高的移動性與靈活性

在有線基礎設施缺乏或不易實現的工業環境中，無線網絡提供了比有線解決方案更多的優勢，并增加了許多新的可能性，例如更高的移動性、靈活性，更簡單的網絡管理以及更低的構建成本。隨著需求的變化，其他無線協議的使用也在增加， IIoT將可能通過無線網絡實現，并且有很多種方案選擇，但要從中選擇正確的方案便具有挑戰性。

功耗是無線IIoT網絡中的重要考慮因素。對于有線網絡，驅動連接所需的電力實際上可以由連接本身來提供。但是，對于無線網絡，則需要額外提供或設備自己收集電力，這意味著功耗是無線IIoT網絡的關鍵考慮因素。因此，無線IIoT設備必須在輸出功率、占空比和吞吐量等方面進行權衡。

覆蓋范圍與無線網絡的操作頻率密切相關，那些在Sub-GHz范圍內工作的器件，通常具有比在2.4GHz范圍內工作的器件更大的覆蓋范圍（對于給定的功率而言）。但是，無線網狀網絡可以幫助擴展2.4GHz的覆蓋范圍，目前已有許多流行的網狀技術，例如Zigbee、Thread和Bluetooth Mesh等。由于許多標準和2.4 GHz頻段的采用，這些協議對IIoT的未來發展也很重要。因此，預計IIoT將采用運行在2.4GHz和Sub-GHz頻段的協議。

多協議無線電具有更多優勢及效益

低功率廣域網（LPWAN）（例如LoRa和Sigfox）以及諸如NB-IoT和LTE-M的蜂窩變體，會通過在Sub-GHz頻段工作并保持相對較低的數據帶寬（每條消息數十比特位），LPWAN能夠實現數十公里的覆蓋范圍，這些技術非常適用于智能城市和遠程監控等新興基礎設施，其中節點之間的距離很大，但交換的數據相對較少。但是，它們并不太適合智能工廠，這是因為對于智能工廠來說，帶寬和延遲性能比覆蓋范圍更加重要。

由于Sub-GHz技術在工業環境中具有超越2.4 GHz頻譜的優勢和好處，因此IIoT更多采用Sub-GHz技術。專有協議在Sub-GHz頻段的普及仍然很強，部分原因要歸于傳統技術的普及。

多協議技術簡化了對sub-GHz網絡中智能電表等設備的藍牙控制

正如有線和無線技術的組合曾經是實現最佳連接的理想方式，如今解決方案可能不是選擇單一無線技術，而是結合兩者的優勢及效益。工作在Sub-GHz頻段的協議提供了許多好處，但可能僅能提供有限的帶寬，并且必須通過專用無線電與設備通信。Bluetooth Low Energy可提供高達2Mb/s的帶寬，并為PC、筆記本電腦、平板電腦和智能手機等標準設備提供簡單的接口。選擇支持Bluetooth和Sub-GHz連接的集成多協議解決方案，不僅可以提供基于標準的2.4 GHz連接，而且可用于與采用Sub-GHz技術的機器對機器（M2M）網絡進行人機交互。

無線Gecko專有協議是工業物聯網的理想選擇

為了加快無線IIoT應用產品開發速度，Silicon Labs推出了無線Gecko專有協議單芯片（SoC）解決方案。EFR32FG22無線Gecko專有協議SoC系列，是無線Gecko產品系列的組成部分。EFR32FG22無線Gecko SoC是實現IIoT設備上節能的專有協議連網的理想之選。無線Gecko應用包括電子貨架標簽、住宅和建筑自動化及安全、工業自動化與商業和零售照明與傳感。

這款單芯片解決方案結合了38.4 MHz Cortex-M33和高性能2.4 GHz無線電，旨在為IIoT連接應用提供行業領先的節能無線SoC。EFR32FG22集成了32位ARM® Cortex®-M33內核，最高工作頻率為38.4 MHz，帶有DSP指令和浮點單元，可實現高效的信號處理，內置最高512 kB閃存和32 kB RAM，擁有低有功電流和睡眠電流的節能型射頻內核，集成PA，TX功率高達6 dBm（2.4 GHz），無線電接收電流為2.5 mA，可通過信任根和安全加載程序（RTSL）進行的安全啟動，并具有可選OOK模式的RFSENSE。

支持多種協議與外圍設備

EFR32FG22的射頻性能在250 kbps O-QPSK DSSS的條件下，靈敏度為-102.3 dBm，在1 Mbit/s GFSK的條件下，靈敏度為-98.9 dBm，在2 Mbit/s GFSK的條件下，靈敏度為-96.2 dBm。支持的調制格式包括2 (G)FSK，可配置完整波形，并支持OQPSK DSSS、(G)MSK與專有的協議。

EFR32FG22

EFR32FG22內置廣泛的MCU外圍設備選擇，包括模擬數字轉換器（ADC），以及高達26個帶有輸出狀態保持和異步中斷功能的通用I/O引腳，還有8信道DMA控制器與12信道外圍設備反射系統（PRS）。

EFR32FG22具有寬工作范圍，支持單電源1.71至3.8 V，工作溫度為-40℃至85℃，并支持AES128/256、SHA-1、SHA-2（高達256位）、ECC（高達256位）、ECDSA和ECDH硬件加密加速。EFR32FG22采用兩種封裝格式，包括QFN40（5 mm x 5 mm x 0.85 mm）與QFN32（4 mm x 4 mm x 0.85 mm）。

結語

當前世界各地的公司和政府單位正認識到無線連接為工業環境帶來的好處，可用于改進流程和提高生產率，而更智能地運營工廠、城市、辦公室和家居的需求將日漸增長。IIoT應用除了需要傳感器和驅動器之外，還需要實現全球互聯所需的云連接和大數據，將為工業應用帶來革命性的改變。Silicon Labs的無線Gecko專有協議SoC解決方案，將能夠滿足IIoT的各種需求，是有意搶進相關應用市場的最佳選擇。