萬物互聯(lián)的無限可能：從“物聯(lián)網(wǎng)+”到“物聯(lián)網(wǎng)X”（下）

“貿(mào)澤與你大咖說”攜手Silicon Labs和TE 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)的關鍵技術(shù)挑戰(zhàn)，在本期內(nèi)容中，我們將分享關鍵技術(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)應用碎片化和技術(shù)標準碎片化

物聯(lián)網(wǎng)應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)的設備越來越多，應用場景越來越豐富，覆蓋的區(qū)域越來越廣，碎片化的痛點也進一步凸顯。

劉俊解釋，就目前來看，由于沒有一個技術(shù)標準可以涵蓋所有的應用場景，事實上，工業(yè)、家庭等不同應用面臨不同的技術(shù)標準。這就導致了當前需要多種標準協(xié)議共存的狀態(tài)。這就勢必會增加部署的復雜度以及設備及其維護成本。在他看來，碎片化問題的解決終究是要靠市場來推動的。“比如說某一天，當一個技術(shù)能夠覆蓋更多應用場景，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準也在不斷地演進，所以有待時日由市場去推動。”

無線協(xié)議是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的一個關鍵焦點，當前主流的協(xié)議包括Wi-Fi、藍牙、Zigbee、Matter和Thread等。面對當前多個無線連接協(xié)議標準共存的情況下，采用不同協(xié)議的物聯(lián)網(wǎng)設備如何實現(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標準是一大成果。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)標準的制定、開發(fā)、驗證等工作Matter這項全球性的物聯(lián)網(wǎng)連接標準。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、移動應用和云服務在內(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連接標準聯(lián)盟的認證，可用于開發(fā)支持Thread、Wi-Fi和藍牙協(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)應用提供統(tǒng)一的連接標準，Matter可簡化產(chǎn)品開發(fā)和用戶體驗。

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、藍牙、Wi-SUN、Z-Wave等多種協(xié)議。也就是說，當用戶需要設計一個產(chǎn)品適合不同的應用的時候，完全可以通過這一顆芯片去符合所有的應用場景，大大簡化了設計流程。

挑戰(zhàn)二：低功耗是物聯(lián)網(wǎng)方案成敗的關鍵

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

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，一個重要的目標就是降低功耗。另一個是軟件層面，即無線協(xié)議或標準方面，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)量有很大的關系。

除此之外，低功耗問題還不僅僅與芯片和標準協(xié)議有關系，與許多被動元器件，比如藍牙天線等的相關指標也是息息相關的。

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，除了藍牙芯片以及相關的藍牙協(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到90%，同樣對降低功耗做出了貢獻。

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)設備和應用越來越多，各個頻段的應用幾乎達到了極致，這就導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，從設計上看，電磁干擾之所以會產(chǎn)生，是因為當兩個設備之間，幾個天線離得太近，就會容易產(chǎn)生串擾。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)方案的應用場景復雜，且需求和設計規(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)不同設備的要求去不停地調(diào)試解決。而從長遠來看，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)一嚴格的物聯(lián)網(wǎng)方案設計規(guī)范等。

深耕垂直應用 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?、工作、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)進入到快速發(fā)展期，涵蓋穿戴設備、智能家居、智慧城市、物流管理、智能制造、智慧農(nóng)業(yè)等眾多垂直應用領域，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，比如在智慧城市應用中，智能電表的應用可以實現(xiàn)可聯(lián)網(wǎng)化遠程抄表，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)的應用中，我們也看到很多的工廠在讓更多的設備能夠聯(lián)網(wǎng)貢獻數(shù)據(jù)，從而為進一步優(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)和服務打通、集成，以提升資源運用的效率，優(yōu)化城市管理和服務，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，包含的應用非常多，比如配電設施、表計設施、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，城市里的各類設施要逐漸成為物聯(lián)網(wǎng)化的設備，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)貢獻到云端，來進一步分析從而優(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。

其次是復雜性，面臨多個標準需要共存，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，像是攝像頭應用就需要5G的高帶寬高速率。也有一些低功耗的設備，比如廣域網(wǎng)的就可以用NB-IoT。此外還有一些新的應用趨勢，比如在電表中加入藍牙，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)標準。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重要。

例如，智能表計應用，在智慧城市應用中已經(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)控智能燃氣表以及一些能量表或熱量表及熱量計。

公配偉指出，這對傳感器和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)動了智能住宅燃氣計量升級的需求。

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，以適應不同的應用環(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。

熱門垂直應用二：智慧健康

過去三年的疫情，也讓公眾對健康問題關注度大幅提升。

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備，智能醫(yī)療設備可續(xù)監(jiān)控和跟蹤患者的生理狀況，并且通過藍牙連接在智能手機應用程序上遠程查看收集的健康數(shù)據(jù)。

另外一個重要的趨勢是，當健康數(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判。劉俊認為，這也是醫(yī)療健康設備的物聯(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防和改善，而不是等到出現(xiàn)癥狀才進行治療干預。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)在可以利用機器學習等手段，通過大數(shù)據(jù)、云端運算的方式來訓練出算法，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化的?！半S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，也就是說我們每一個智能的醫(yī)療設備，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用場景選擇合適無線解決方案（Zigbee、Z-Wave、Thread、藍牙 Mesh、低功耗藍牙、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)各種挽救生命應用載體。TE近年來一直專注于基于智慧健康設備的電源、信號、天線、數(shù)據(jù)的互聯(lián)方案。公配偉指出，智慧健康的關鍵技術(shù)指標包括堅固耐用設計、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)的一個重要的應用領域。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、無接觸服務需求增長、居家辦公模式逐步走向常態(tài)化的大背景下，預計將進一步催化智能家居技術(shù)行業(yè)的快速發(fā)展。

圖3：全球智能家居設備市場

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備進入家庭，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備。一大顯著的趨勢是，智能家居設備的成本大幅降低。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)安全隱私保護成為智能家居產(chǎn)業(yè)關鍵的一環(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)在有智能家居的設備都是來自于不同的廠家，我們需要讓各個廠家的設備都能夠互聯(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、應用工具、電纜組件、連接器、無源元件、繼電器和開關、傳感器、端子和管道解決方案可滿足客戶的特定設計要求，并預測設計挑戰(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。這對于方案設計端到應用落地端而言，都將不斷提出新挑戰(zhàn)。

在創(chuàng)新應用場景層面，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)測的應用上更進一步，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用。據(jù)劉俊介紹，比如電動工具在流水線上打螺絲的應用，可以通過藍牙的方式去配置電動工具的力矩，來針對某一個產(chǎn)品線進行標準化的操作。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，以及預測性維護等。

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)進一步發(fā)展，成為物聯(lián)網(wǎng)應用的重要支持技術(shù)。

低延遲、高可靠性的物聯(lián)網(wǎng)應用連接將越來越關鍵。而5G的超可靠、低延遲通信容量和對時間敏感網(wǎng)絡的支持對于物聯(lián)網(wǎng)的采用非常重要。醫(yī)療保健領域的可穿戴技術(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)進行，數(shù)據(jù)中心通常遠離生成傳感器數(shù)據(jù)的物聯(lián)網(wǎng)設備。隨著物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)變得更加復雜，以減少延遲并在響應來自物聯(lián)網(wǎng)設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。

來源：貿(mào)澤電子微信公眾號