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解決互聯家居中各種多標準無線通信設備面臨的挑戰

添加時間:2021-12-09  點擊次數:454  【返回】

我們大多數人都很熟悉支持在家居中內容共享和互聯網接入服務的 Wi-Fi 標準。但除此之外,還存在許多物聯網(IoT) 技術,如 Bluetooth? Low Energy (LE)、Zigbee? 和 Thread?。這些低功耗、低數據速率的無線標準常用于門鎖、LED 照明和電器等物聯網互聯產品。


這些不同的技術會構成一定的挑戰,那就是供應商必須提前決定為自己的設備選擇哪種技術。例如,選擇 Zigbee 或低功耗藍牙(或兩者都選擇)時,每種選擇都會對產品設計產生獨特的影響。


展望未來,將出現更多針對類似智能家居用例的技術,比如基于 IP 的互聯家居計劃,它將多種其他技術(802.15.4 和低功耗藍牙)組合成單個標準。這使得在技術和面向未來需求的解決方案之間作出選擇更具挑戰性。



雖然如今的通信設備一般都會采用某種形式的動態多協議(DMP) 支持技術,但使用這種方法需要進行多方面權衡。單靠 DMP 不足以充分實現互聯家居的優勢。若想實現真正的無縫連接,只能通過同時偵聽網絡上的所有設備來實現,而非只偵聽一部分設備。

如今,客戶不必再作出選擇或妥協。多協議支持功能將實現下一個重大飛躍(即 Qorvo 的 ConcurrentConnectTM 技術),通過使用不同的協議(無論是 Zigbee + CHIP、Zigbee + 藍牙 LE 至智能手機、CHIP + 低功耗藍牙 Mesh, 還是其它多協議應用場景),持續流暢地為兩個或多個網絡提供服務。借助 ConcurrentConnectTM 技術,經由不同網絡連接的家居設備可以獲得獨特的無縫運行體驗,而不會出現性能損耗。


為了說明這一點,我們來看看使用標準節點組合 ZigBee 或 Thread 和低功耗藍牙設備,但不支持 ConcurrentConnectTM 的真實網絡情況。由于節點不具備并發連接/偵聽能力,它只能在這些標準之間來回切換,且每次只能使用一個標準通信。除了明顯的效率低下問題,該切換方式還會導致通信掉線和延遲,這是因為僅允許一個標準進行通信,而此時其他標準遭遇阻塞,直至介質再次處于空閑狀態為止。因此,在設定時間段內的通信量會遭遇瓶頸。


借助采用 ConcurrentConnectTM 技術,可實現并發偵聽,從而允許從低功耗藍牙至 ZigBee 或 Thread 的近瞬時切換,且幾乎不會出現通信掉線的情況。因此,設備之間通信的速度更快、效率更高、擴展性更強,并且能夠接收更多的數據包。這樣一來,就可以實現協議之間前所未有的單設備并發能力。


與功能強大的軟件開發套件結合使用時,Qorvo 獨特的單芯片、單射頻解決方案可以同時管理來自多個標準或協議的數據流量,而且未檢測到延遲。此外,設計師還可以精簡產品組件,實現更小巧、更美觀的外形尺寸,降低產品成本,使其更加便于支持。利用 ConcurrentConnectTM 支持,客戶可以獲得近乎無限的開發創新用例選擇,而這些選擇在標準支持方面具有更大的靈活性。



當單個無線電必須同時支持多個協議時,將面臨硬件和軟件層面的重大挑戰。這是因為每個協議都有自己的規范,規定設備應如何及何時偵聽傳入數據包和發送傳出數據包。


協議中的某些階段可能有固定的時間間隔,在此期間無線電可預測何時應切換到正確的頻率(例如:低功耗藍牙“連接中”階段)。然而,大部分時間,尤其是在偵聽階段(即實際連接階段之前,檢測備選連接之時),無線電需要以異步方式持續檢測傳入數據包,無法事先知道需要無線電打開其接收窗口以接收數據包的具體時間。


此外,應用需具備簡單易用的界面,以實現多協議的無縫操作,這樣,應用開發人員就能突破協議依賴關系的壁壘,消除必要時切換到相應協議的壓力。


從這方面講,采用 Qorvo 并發偵聽技術可以改變當前的模式。在硬件層面上,它支持對來自不同協議的數據包進行異步交錯,使設備可以同時偵聽多個協議,且在偵聽期間不會出現盲點。


ConcurrentConnectTM 技術在隨附軟件開發套件中進行了抽象化,它提供簡單易用的 API,便于應用開發人員在其應用中無縫地利用該功能。


這種方式可最大限度地利用介質,因為 ConcurrentConnectTM 技術在偵聽來自多個協議的異步事件時可保持同步連接。


而 DMP 與之的主要區別在于可預測性和不可預測性。DMP 支持基于接收和發送數據包的可預測性;例如:它必須知道何時切換到低功耗藍牙,何時返回到 Zigbee 或 Thread。ConcurrentConnectTM 技術則支持不可預測性,適用于同步和異步操作。




ConcurrentConnectTM 技術基于 Qorvo 平臺獨特的硬件功能,即以最有效的方式檢測和識別數據包。只要被檢測到,數據包就會在硬件層實時完成標識流程,然后將數據包發送至適當的協議堆棧,無需在更高軟件層面附加非實時路由邏輯。


通過使應用“認為”擁有自己的無線電,隨附軟件開發套件在為應用整合首選協議方面又向前邁出一大步。這簡化了應用開發,使開發人員能夠專注于真正的應用差異。


因此,它為家居網絡帶來了各種用例,包括網關、集線器和終端設備,這些用例都需要具備支持多個不同設備之間高頻率數據傳輸的功能。利用 ConcurrentConnectTM 技術,網關可以在家居網絡中的所有標準和協議之間無縫切換,使更多基于不同標準的終端設備得以連接和控制。此外,設計人員和設備所有者在擴大其家居連接時,不會受限于某種技術。





ConcurrentConnectTM 技術支持的網關能夠同時了解多種協議,并允許混合使用各種終端設備,因此,有望出現新的物聯網用例。


此外,終端設備本身支持額外的用例。例如:設備可以同時連接至低功耗藍牙 Mesh 和 ZigBee 或 Thread 網絡。又如:基于低功耗藍牙的智能手機在 ZigBee 或 Thread 網絡中運行的同時,可以直接連接至設備。


并發偵聽功能還為組合協議開辟了以前不可能實現的新用例,例如:基于 ZigBee 或 Thread 的設備可通過不斷掃描低功耗藍牙跟蹤器的低功耗藍牙信標實現定位。


在智能家居市場,互聯照明就是受益于 ConcurrentConnectTM 技術的重要應用之一。燈泡首次可以由基于 ZigBee 或 Thread 的開關以及低功耗藍牙開關同時控制。運動傳感器、恒溫器以及其他智能家居傳感和控制設備也可以獲取類似的益處。


標準分布廣泛,而設備發展迅速。Qorvo 已獲專利的 ConcurrentConnectTM 技術是我們朝著動態多協議支持邁出的重要的下一步。它提高了物聯網市場的效率,將并發性提升到一個全新水平,支持設計師和消費者保留選擇多種協議和標準的權利。ConcurrentConnectTM 技術可以實現幾乎所有用例,所以他們不再需要選擇或妥協。

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