云端连通性是什么东西

无论是智能住宅、联网汽车还是智能工厂，所有智能化技术的核心都是设备间的网络互联，而这正是我们耳熟能详的物联网(IoT)。
OFweek物联网讯 无论是智能住宅、联网汽车还是智能工厂，所有智能化技术的核心都是设备间的网络互联，而这正是我们耳熟能详的物联网(IoT)。
目前，IoT正处于关键的转型期。有人预计，到2020年，将有500亿个“事物”实现互相通信，或是通过互联网进行沟通。面对如此迅速的普及和发展，我们也面临着一些新的挑战：如何才能使IoT易于使用，并且具有较高的性价比和效率呢
通过与德州仪器(TI)众多IoT专家的深入交流，他们给出了解决这些挑战的关键，并特别强调了针对消费类、工业和汽车领域的IoT应用。
1低功耗是重中之重
IoT从一个利基市场(小众市场)不断发展成为了一个几乎将我们生活各个方面都连接在一起的庞大网络，面对如此广泛的应用，功耗是至关重要的。在IoT领域中，许多联网器件都是配备有采集数据节点的微控制器(MCU)、传感器、无线设备和制动器。通常情况下，这些节点将由电池供电运行，或者根本就没有电池，而是通过能量采集来获得电能。特别是在工业装置中，这些节点往往被放置在很难或者无法接近的区域。这意味着，它们必须能够在单个纽扣电池供电的情况下实现长达数年的运作和数据传输。
“电池的安装、养护和维修不仅难度很高，同时也会带来高昂的开销，而在某些车间或厂房内，这些 *** 作甚至具有危险性，”关注无线和低功耗充电的Harsha表示。“我们的目标就是让用户在器件的使用寿命内无需更换电池。”
Harsha和他的团队正在研究尽可能延长微型电池供电时间的方法：
太阳能——无论是室内或是户外光源，即使是只从光源中采集很少的能量，其影响也是巨大的。
温差——通过工厂中某一物件的内外环境温差，也能够实现能量的采集，例如温度高于外部空气的高温液体管道。
振动——在工业装置中，车间内机器所产生的振动也能被用于能量采集。
射频(RF)——例如通过住所内来自Wi-Fi的无线电波，为支持IoT节点的电池生成一个小电荷。
“其目的在于将电池的使用寿命延长10%或20%。虽然消费类电子元器件更新换代的速度似乎越来越快，但是工业应用中的IoT技术可以持续很长的时间。通过使用能量采集来延长电池使用寿命，一块电池可以持续供电20到30年，直到所有的节点需要更换。在某些情况下，由于能量采集的使用，这些节点甚至可以实现无电池运行，”Harsha说道。
2感测必不可少
如果没有感测，那么IoT也将不复存在。传感器、微型器件和节点是构成整个IoT系统的基石，它们能够测量一切产生数据同时发送给其它节点或云端的事物。无论是感测住宅的房门是否关闭还是汽车的机油是否需要更换，亦或是生产线上的某个设备会不会出现故障，传感器采集到的都是关键信息。
“感测在需要做出决策的时候便会发挥其作用，这一过程不一定需要人工干预，”电流感测领域的Jason说道。“如果传送带正在传输某个物体，传感器能够帮助确定这个物体是什么、重量几何以及传送带是否过热等。例如，分析电机内的电流能够让人们了解电机的健康状况，是不是出现了什么故障。这些都是在进行工厂控制时需要了解的内容，而传感器使这一切变为可能。当提供实时数据时，这些重要数据的结合将影响到方方面面。”
由于传感器采集了如此大量的数据，特别是在工业物联网(IIoT)中更是如此，Jason认识到，传感器软件的创新与传感器硬件的创新同样重要。
“当获得了如此大量的信息时，如何确定信息是不是过多，或者掌握的数据根本就是无用的呢其中缺少的一环就是算法。一旦有了这些算法，并且在工厂内得以充分利用，它们将改变制造业。制造业的布局，即产品生产所占用的空间，将会缩小。工厂会变得越来越小，而效率越来越高。”Jason说道。
3连通性选择：由繁化简至关重要
一旦传感器数据被低功耗节点采集，这些数据必须被传送到某个地方。在大多数情况下，它会被传送至一个网关，这是IoT系统中互联网与云或其它节点之间的中点。
目前，根据独特的使用情况和不同的需求，可以选择多种有线或无线的方式来连接设备。14项不同连通性标准和技术中的每一项都有其特殊的价值和用途，不过将Wi-Fi、Bluetooth、Sub-1GHz和以太网中的所有这些标准都整合起来却是一项巨大的工程。
“由于产品的多样性，以及需要将连通性添加到很多不同且大多数此前不具备互联网连通性的产品中，这就需要采用复杂的技术，并使其变得更加简单。这也是我们目前工作中很大的一部分，”IoT战略市场总监Gil说。
4管理云端连通性是关键
一旦数据通过一个网关，它在大多数情况下会直接进入云端;在这里，数据被分析、检查，然后付诸实施。IoT的价值源自云端服务上运行的数据。正如连通性一样，也有很多云端服务的选择，这也是IoT领域内的另外一个复杂点。
“云端供应商的种类繁多，数量也不尽相同，并且没有针对云端设备连接和管理方式的标准，”Gil说。“为了满足那些使用多个云端服务的用户需求，我们已经开发出最大的IoT云端生态系统，这个系统拥有超过20家云端服务供应商，能够提供集成的TI技术解决方案。”
Gil相信，由于云端技术已经实现了良好的成本效益，IoT正以极快的步伐飞速发展。不过，为了实现IoT的进一步增长，在复杂度简化方面还有很多工作要做。
5安全性是广泛采用的关键
Gil认为，整个系统的安全性是IoT被广泛采用的最大障碍。随着越来越多的设备变得“智能化”，将会出现更多的潜在安全性漏洞。我们的团队正在研究构建最先进硬件安全机制的方法，与此同时，我们要将这些安全机制的大小、成本和功耗保持在较低的水平上。更为重要的是，我们在集成安全协议和安全性软件方面投入了大量的人力物力，以使安全性的实现对于用户来说尽可能的简单。
“我们正在努力减少把高级安全性功能添加到IoT产品中时所遇到的障碍，”Gil表示。
6为经验不足的开发人员提供更简易的IoT解决方案
首先，IoT技术曾经主要由技术公司使用。不过目前甚至在未来的一段时间里，IoT将在有着一定技术背景限制的行业中使用。
例如，以一个生产龙头的公司为例。直到目前，由于没有任何需求，电气工程师也许从未在龙头制造公司工作过。但是，如果这家公司打算生产接入互联网的花洒，那么这家公司在人力和时间方面的投入将是巨大的。因此，IoT技术必须能够轻松地添加到现有和未来的用户产品中，而无需网络和安全工程师参与其中。
“这些公司不需要像一家互联网技术公司那样，在技术学习方面做出投入，其原因在于，他们现在可以从诸如TI这样的公司那获得现成可用的技术，”Gil说。
由于我们生活中越来越多的事物正在与网络建立互联，并且随着IoT的扩增，还有大量的工作需要去完成。对于像Gil这样的TI员工来说，努力工作才是对所付出的时间和精力的最好回报。
“它是对我们未来方方面面高品质生活的巨大展望。这包括我们的住所、汽车和高效工厂内的用户便利性和生活方式，而这一切将最终使我们的世界变得更加美好，”他说。

以下答案，仅供参考：
按照本人多年的工作经历，ZigBee产品的形态大体分为四类：ZigBee芯片、嵌入式ZigBee模块、ZigBee设备、ZigBee网关。大体功能如下：
1 ZigBee芯片。这属于ZigBee产品的最上端了，主要由芯片厂商推出，比如TI、Freescale等，主要是面对下游集成厂商，通过外围电路开发，做出成品。当然也会有一些大的厂商直接用ZigBee芯片做产品，节省开支。但是所耗时间较长。
2 嵌入式ZigBee模块。这个是目前市面上流行最广的了，都是通过采用ZigBee芯片做的外围电路开发，功能、尺寸等等，都有很大变化。国内比较知名的厂商有：顺舟科技、赫立讯（目前已倒闭）、南京物联等。主打工业、化工、安防、环境监测等，近两年比较流行的物联网应用，则使ZigBee模块更火，比如智能家居、智能照明、智慧城市等。
3 ZigBee设备，这个是集成好的ZigBee产品，主要是通过串口（232/485/USB）、网口（NET）进行封装好的产品，客户不需要二次开发，拿来就可以用，比较适合项目类应用。
4 ZigBee网关。这个目前在国内的厂商很少有人在做，包括国外，也很少。通过集成其他无线技术，做到跨无线技术的集成，比如ZigBee & GPRS网关（SZ11-03）、ZigBee & Wi-Fi网关（SZ12-03）就实现了跨网间的数据同步。
回到问题本身，ZigBee的具体应用，更多的是看项目或产品的需求本身，然后选择合适的形态。

NB-IoT

基于蜂窝的窄带物联网(Narrow Band Internet of Things, NB-IoT)成为万物互联网络的一个重要分支。NB-IoT构建于蜂窝网络，只消耗大约180KHz的带宽，可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络，以降低部署成本、实现平滑升级。

LTE eMTC

基于LTE演进的物联网接入技术，与NB-IoT一样使用的是授权频谱，覆盖增强(15dB)，支持高速移动可靠性和拥塞控制，支持独立定位。较NB-IoT而言，eMTC在时延和吞吐量有较大优势。

LoRa

LoRa是由Semtech公司研发的低功耗广域 网无线通信技术，LoRa联盟成立于2015年3月，目前拥有超过290多家成员。包括运营商、系统、软件、芯片、模组、云服务、应用厂商，构成完整的生态系统。

LoRa产业链成熟比NB-IoT早，针对物联网快速发展的业务需求和技术空窗期，部分运营商选择部署LoRa，作为蜂窝物联网的补充，如Orange, SKT, KPN, Swisscom等。

Sigfox

Sigfox兴起于法国的Sigfox公司以超窄带(UNB，Ultra Narrow Band)技术建设物联网设备专用的无线网络。Sigfox公司目标成为全球物联网运营商，通过自建及与运营商等各方合作式部署网络，向客户提供物体联网、API接口、云计算Web服务，客户可通过每台设备每年约1美元打包价购买服务。Sigfox相对封闭，生态系统构建相对缓慢。Sigfox向芯片制造商免费提供技术，鼓励芯片厂家在其产品中集成Sigfox技术。TI、Intel、Atmel、SiliconLab等公司均生产支持Sigfox技术的各种芯片。Sigfox网络已覆盖法国、西班牙全全境，美国、荷兰和英国部分城市。

四大技术对比

最简洁明了的定义：物联网(Internet of Things)是一个基于互联网、传统电信网等信息承载体，让所有能够被独立寻址的普通物理对象实现互联互通的网络。它具有普通对象设备化、自治终端互联化和普适服务智能化3个重要特征。

其它的定义：物联网指的是将无处不在（Ubiquitous）的末端设备

（Devices）和设施（Facilities），包括具备“内在智能”的传感器、移动终端、工业系统、楼控系统、家庭智能设施、视频监控系统等、和“外在使能”(Enabled)的，如贴上RFID的各种资产（Assets）、携带无线终端的个人与车辆等等“智能化物件或动物”或“智能尘埃”（Mote），通过各种无线和/或有线的长距离和/或短距离通讯网络连接物联网域名实现互联互通（M2M)、应用大集成（Grand Integration)、以及基于云计算的SaaS营运等模式，在内网（Intranet）、专网（Extranet）、和/或互联网（Internet）环境下，采用适当的信息安全保障机制，提供安全可控乃至个性化的实时在线监测、定位追溯、报警联动、调度指挥、预案管理、远程控制、安全防范、远程维保、在线升级、统计报表、决策支持、领导桌面（集中展示的Cockpit Dashboard)等管理和服务功能，实现对“万物”的“高效、节能、安全、环保”的“管、控、营”一体化。

“一句式”理解物联网

把所有物品通过信息传感设备与互联网连接起来，进行信息交换，即物物相息，以实现智能化识别和管理。

微控制器和处理器

微控制器 - 微控制器英文写法是 Microcontroller Unit，简写为MCU。微控制器是将计算机运行所需要的一些资源（如ROM、RAM、I/O、定时器、ADC、DAC等）集成到了一个芯片上，可称之为单片微型计算机（Single Chip Microcomputer），俗称为单片机。因软件存放在微控制器的存储器中，与硬件紧密配合使用，又称之为嵌入式微控制器(Embedded Microcontroller Unit，EMCU)。

处理器 - 处理器又称为中央处理器（CPU，Central Processing Unit），处理器一般需要依赖外部的硬盘或存储介质进行运行，系统资源丰富、复杂。是计算机、电脑、平板和手机等的核心

根据处理性能的不同，运行的 *** 作系统也有所不同。微控制器多运行实时 *** 作系统（RTOS），对任务时间性要求比较高。处理器多运行Windows、Linux、Android、iOS等 *** 作系统，对任务处理能力要求比较高。

物联网 *** 作系统的特点

一般地，对实时性控制要求比较高的应用MCU用不到RTOS，如电机控制等。而随着物连接到网络的发展，对通信协议有了新的需求，RTOS就可以比较好地对通信进行管理。物联网 *** 作系统没有严格的定义，可以将物联网 *** 作系统特性，简单地概况如下：

连接 - 互联互通、互 *** 作性

安全 - 设备安全、通信安全、数据安全

能效 - 设备能耗管理

通信 - 支持通信协议，如低功耗蓝牙、以太网、Thread、 Wi-Fi、Zigbee、6LoWPAN、LPWAN（LoRa、NB-IoT…）等等

标准 - 开放标准，开放的标准有利于设备的互联互通

微控制器 *** 作系统

ARM mbed OS - ARM公司专为物联网 (IoT) 中的“物体”设计的开源嵌入式 *** 作系统，主要支持ARM Cortex-M微控制器

FreeRTOS - 非常流行的嵌入式 *** 作系统，支持多种微控制器

Contiki OS - Contiki是一个开源的物联网 *** 作系统。 Contiki将小型低成本、低功耗微控制器连接到互联网。Contiki是构建复杂无线系统的强大工具箱。

LiteOS - 类UNIX *** 作系统,多用于无线传感网络

RIOT - 物联网友好的 *** 作系统。RIOT实现了所有物联网相关的开放标准，支持连接、安全、耐用和隐私。

TinyOS - 适用于低功耗无线设备，用于无线传感器网络

Huawei LiteOS - 华为公司的 *** 作系统。Huawei LiteOS是轻量级的开源物联网 *** 作系统、智能硬件使能平台，可广泛应用于智能家居、穿戴式、车联网、制造业等领域，使物联网终端开发更简单、互联更加容易、业务更加智能、体验更加顺畅、数据更加安全。

μTenux - 基于ARM Cortex M0-M4的开源物联网嵌入式 *** 作系统。内核源于T-kernel。

RT-Thread - 中国的开源嵌入式实时 *** 作系统

ChibiOS/RT - 提供了一个嵌入式应用的完整开发环境(RTOS、HAL、外设驱动、支持文件和工具)

Micrium uCOS - 免费商业化应用需授权，2016年为Slicon Labs收购

Unison - Unison RTOS是面向IoT和M2M通信嵌入式应用的实时 *** 作系统

Zephyr - Zephyr项目是一个可扩展的实时 *** 作系统（RTOS），支持多种硬件架构，针对资源有限的设备进行了优化，并以安全性为基础构建。由Linux基金会托管。

eCos - eCos是面向嵌入式应用的免费开源实时 *** 作系统。高度可配置性使得eCos能够根据精确的应用需求进行定制，提供最佳的运行时性能和优化的硬件资源占用。

TI-RTOS Kernel - TI公司的RTOS

NXP MQX - NXP(原Freescale公司）的RTOS

处理器 *** 作系统

Android Things， Google物联网 *** 作系统

Windows 10 IoT，微软物联网 *** 作系统

SylixOS，是一款嵌入式硬实时 *** 作系统

还有更多的 *** 作系统，在此不一一列出。

4G改变生活，5G改变 社会 ，只是这个改变并没那么容易。

2020年是ITU所定义的全球5G商用元年，而中国则还要早一年。据中国信息通信研究院，2021年1 4月国内5G手机出货量为91267万部，占市场总体的727%，同比增长384%。这在一定程度上反映了5G通信在个人用户层面的推进速度。

但5G不止于手机，在万物互联时代，必须提前搭建好一条条高速路，5G因此无可争议地成为新基建之首。相比4G，5G在初始阶段就明确规划了三大应用场景：增强移动宽带，其峰值速率将是4G网络的10倍以上；海量机器通信，将实现从消费到生产的全环节、从人到物的全场景覆盖；超高可靠低时延通信，通信响应速度将降至毫秒级。

由此衍生出的针对各个垂直行业应用的美好畅想就像一部科幻小说，而支撑这部小说实现的前提则是一座座看上去并不那么浪漫的高耸的基站。

5G基站建设新变化

一切美好前程，道路总会曲折波澜。在行业内，5G基站的短板被调侃为“覆盖、成本、功耗三个3”，即3倍成本、3倍功耗、1/3覆盖。对此，德州仪器（TI）杰出技术专家Wenjing分析，部分原因是由于5G MM高频高性能，采用Massive MIMO技术, 需要32通道、64通道等多通道架构，硬件通道数的上升直接导致成本、功耗、体积指标呈指数级上升。运营商迫切需要 大幅降低建站成本和运营成本，因此对芯片的集成度、功耗及成本提出了更高的要求。

TI是最早参与中国5G建设的半导体厂商之一，据德州仪器中国大客户区域销售经理Vic介绍，放眼全球，中国的5G建设走在前列，截至2020年，中国已布局了70多万个5G基站，完成了一些重点城市的大容量覆盖。2021年计划建设84万个，完成更广域的布局， 重点转向700MHz 4T4R 组网 。 通过更先进的工艺节点、更创新的设计架构、更大规模的集成度，TI一直力求实现高集成、低功耗、低成本的目标。事实上，TI每一代产品都会通过工艺演进/设计架构的创新，实现同等规模下，功耗30%左右的改善。

不断精进的架构

RRU单元作为无线通信的最后一环、最关键设备，犹如空中的一座桥，保证了信息的精准、实时送达。虽然射频前端只是5G基站中的管道，真正的大脑是ASIC/FPGA等处理器，但如果没有 健康 的管道为大脑输送养分和数据，人体就无法执行正常的活动。RRU的射频信号处理与调制就如人体内的血管和神经一样复杂，射频前端是RRU中极具挑战、又至关重要的领域。

在传统超外差系统中，接收器在RF频率上接收到信号后，会将信号下变频为较低的中频（IF），在此将其数字化、滤波然后解调，RF前端要进行复杂的信号链处理。而随着ADC、DAC转换器技术的进步，可以将模拟变频转化为数字直接变频，从而省略中频环节，使得射频直采收发信机的整体硬件设计简单许多，因此外形尺寸更小、设计成本更低。“将传统离散式超外差系统中的分离ADC、DAC、调制器、解调器、Serdes、时钟、DVGA等各个功能模块，集成到一颗芯片中，为5G Massive MIMO多通道架构实现提供了物理的可能性。” Wenjing认为这个创新对于未来可能会达到上百通道数的Massive MIMO来说至为关键。

高集成度给用户带来的改变是巨大的，随着通道数不断增加，吞吐量增加，但RRU整体模块尺寸却仅有小幅增加。

以TI的AFE7920为例，是4T4R2F（4发4收2反馈路径）射频直采架构双频段收发器，发射链路主要由最高采样速率为12GSPS 的RFDAC组成，支持第一/第二Nyquist 模式，接收和反馈链路主要由最高采样速率3GSPS的 RFADC组成；收发链路支持独立DSA增益控制，8对295 GSPS Serdes与主机互联，集成低频输入的在板高频时钟。该产品相对于上一代产品，功耗降低了30%。

美好的数字射频直采

TI在模拟/数字混合射频信号领域具有多年积累，AFE7920正是基于TI的丰富经验所开发出的数字射频直采芯片，相较于纯模拟集成具有诸多优势。

首先，通常运营商在sub 6GHz频段有最高400MHz的瞬时带宽要求，在毫米波频段有至少400MHz/800MHz的瞬时带宽要求。TI的收发器可支持到最宽800MHz带宽，满足全部Sub 6GHz及部分毫米波的应用需求。

其次， 全场景支持使平台归一化成为可能。 5G基站的形态相对于4G更加丰富，包括宏站、小站、Massive MIMO等。同一颗芯片可以支持不同的基站形态，从而使客户降低开发成本，更快地在市场上推出产品。

同时还支持混模模式。一个4T4R的单模芯片劈裂为两个独立的2T2R承载不同的频段，实现单芯片混模场景。例如2T2R TDD+2T2R FDD等。更进一步，射频直采架构的超高采样率使得双频段的数字拉远成为可能，从而实现通道级的双频段发射和接收，例如宏站场景下的18GHz+21GHz 双频段应用（从ASIC/FPGA，分别接收18GHz和21GHz的基带信号，在芯片内部实现数字合路，最后通过同一发射通道进行双频段的发射，接收即为其的反向 *** 作），两个频段的射频拉远距离可以达到3GHz，满足客户不同方面的需求。

此外，数字射频直采技术无需镜像和本振校准，简化了整个系统的开发，同时提供芯片自检报警机制，及天线校准、绿色节能等系统功能的灵活设定。

Wenjing强调，对于Massive MIMO和波束成形等技术而言，虽然重要的都是算法，射频直采技术只是为算法提供硬件实现。但如果没有高集成及通道间高度协同的芯片，Massive MIMO等新一代天线技术只会是纸上谈兵。

5G看中国，射频直采收发信机看TI

据悉，2017年中国第一代4G的MIMO基站就采用了TI的4T4R射频直采芯片，而中国第一代5G基站也采用了TI的射频信号链解决方案。值得一提的是，这一系列产品需求，很多都是来自中国客户，Wenjing参与并主导了产品定义。这也是TI与其竞争对手的不同之处，即5G产品定义的重心放在中国，更贴近中国客户的需求，这也是TI深耕中国35年的体现之一。

TI在中国 5G基站 建设中发挥了极其重要的作用，跨越2G/3G/4G/5G网络，囊括宏站、Massive MIMO、小站等多种站型。而且TI还在不断改进产品，支持更多的通道，更大的带宽和更低的功耗，以满足客户不断更新的需求。TI 最新发布的AFE8092 8T8R射频直采多频段收发信机在AFE7920的基础上进一步的通过架构革新，在集成度提高的同时，再次实现了同等场景下功耗的30%下降。相比于4T4R的产品，可以更好地满足Massive MIMO所需。

为了应对复杂的5G通信架构，有源天线系统的演进速度远超以往。包括需要减小信号链大小，降低复杂性，同时提供宽带宽和多个频率；可在高环境温度下工作的高密度电源管理；以及通过基于分组的前传接口实现网络同步。TI除了高集成的模拟前端之外，还提供包括电源、时钟、MCU、放大器、接口等，从而实现全系统解决方案。

不久前，工业和信息化部网站上公布了《5G应用“扬帆”行动计划（2021-2023年）》并正式征求意见，目标到2023年，我国5G应用发展水平显著提升，综合实力持续增强；5G个人用户普及率超过40%，用户数超过56亿；5G网络接入流量占比超50%，5G网络使用效率明显提高；5G物联网终端用户数年均增长率超200%。

5G基站是新型信息基础设施的基石，TI拥有品类齐全的模拟和嵌入式处理系列产品，强大的本地制造研发能力、遍布全国的产品分销及销售网络，帮助中国客户实现更低延迟和更高数据速率的5G系统，促进更多创新应用，赋能中国新基建。TI植根中国35年，始终如一，同中国客户一起迎接未来挑战。

集成电路很小，“心”的天地可以更大。

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