物联网的物的条件

物联网的要求有哪些
李松
一个努力上进的码农
来自专栏STM32学习分享
在“剖析物联网的要求—第一部分”中介绍了先进的工艺技术、低功耗设计技术、多核系统的功耗问题、内核间的通讯、串行存储器接口以及系统安全。第二部分， 我们将介绍 BLE 无线链路、模拟前端、智能触摸界面以及其他重要的物联网设计技术。
无线连接技术的发展：
基于物联网的设备连接仍处于起步阶段。这意味着，随着新应用程式的涌现，显著提高了微控制器（MCU）系统在速度、功耗、范围和容量方面的需求。该领域的潜在商机打破了在设计方面的局限性。蓝牙技术联盟最新（特殊利益集团）宣布，蓝牙50标准定位于电子产业对物联网市场需求的典型布局。内容指出，全新的 BLE 标准可提供两倍的传输速度、四倍的传输范围以及广播包的数据承载量是上一个版本的8倍。这些新的技术特性将极大地促进物联网设备与我们日常生活间的各种连接。MCU作为物联网设备的核心，必须与时俱进，紧跟协议的发展进程，支持新标准提供的各种特性。以下是即将推出的最新BLE标准的主要特性。
· 速度（传输更快）：蓝牙50传输速度上限为2Mbps，是之前42版本的两倍。
· 传输距离（通信距离更远）：有效工作距离可达300米，是旧版本的4倍之多。
· 低功耗（延长电池/设备工作时间）：协议优化大大降低了能源消耗，提升了其性能。
· 广播能力（更大的承载量）：协议优化将提升800%增长的数据广播包的承载量。
· 安全功能：高安全加密及认证，确保只允许经受权用户跟踪设备位置和安全配对。
扩充处理器容量、内存及功耗方面的性能不会凭空而来。对于许多应用程序而言，底层硬件（例如MCU）需要做出相应调整以适应这些特性。因此，生产商在设计下一代MCU时必须时刻紧记这些要求。例如，赛普拉斯 PSoC 6 BLE MCU（见图1）为物联网设计人员提供BLE 50所具备的这些功能。
尽管这些特点会增加MCU的负载，但也能为终端用户带来诸多好处：
· 性能（范围优势）：相比于基于物联网的其他协议，如Wi-Fi及ZigBee，BLE已经成为无线通信协议的首选。改进过的覆盖范围将确保蓝牙设备（如扬声器、智能门锁、灯泡等）可以在家里任意位置实现完全连接。这是真正实现智能家居的关键一步。BLE 50也有可能取代高功耗的Wi-Fi，控制智能家居设备。改进后的覆盖范围还能让智能手表等设备更方便地接收来自智能手机的即时通知。
· 低功耗（速度优势）：更快的转输速度提高了响应能力。对于那些非数据密集型物联网设备来说，更快的速度意味着会带来更低的消耗及更长的使用寿命。例如，将传输速度增加两倍，发送/接收时间减少近一半。这样就可以减少功耗，因为设备可以迅速进入低功耗模式。此外，更高的传输速度支持周期性的设备软件更新，这将是物联网应用的一个重要功能。
· 无线连接服务（广播容量优势）：广播容量的显著增加将使信息传输更加丰富和智能化，Beacon等无线连接服务将能够传输更多的信息。举例来说，Beacon可以传输实际内容，而不是通过URL指向内容。这可能将重新定义蓝牙设备传播信息的方式，因为它通过无需连接的物联网传输信息，而非蓝牙配对设备模式。这有可能让资产跟踪和智能垃圾管理等先进的应用更加智能地使用网状网络。
智能触摸界面：
正如第一部分中所讲到的，物联网设备跨越消费类、工业、汽车和商业应用领域。这些应用都能受惠于美观的的用户界面，且具备产品差异化，如触摸显示屏、按钮/滑块以及近距离感应。为了让用户享受最佳体验

Wi-Fi是最成功的无线技术之一，成功的同时也需要创新。Wi-Fi 6的升级版Wi-Fi 6E刚刚推出，在带宽频段和速率上均有明显提升。

当我们正在惊叹它的极速之时，作为下一代的Wi-Fi 7已经崭露头角，延续了20多年前推出的这项技术令人印象深刻的演变。Wi-Fi 7将提供哪些新功能？谁会需要Wi-Fi 7？

Wi-Fi 6标准在2019年中正式发布，电气电子工程师学会为其定义的名称为IEEE 80211ax，负责商业认证的Wi-Fi联盟为了方便宣传而称作Wi-Fi 6。Wi-Fi 6名称的诞生，让它与5G一样成为了浅显易懂的 科技 名词。

从性能上来看，Wi-Fi 6标准同时支持24GHz/5GHz频段，拥有8 8 MU-MIMO，可以同时向8个终端共享上行、下行的MU-MIMO数据包。

2019年第三季度开始，一些主流厂商陆续进入Wi-Fi 6市场，首批Wi-Fi 6产品2019年第三季度销售规模为470万美元。IDC《中国WLAN市场季度跟踪报告，2020年第四季度》报告显示，2020年，WLAN市场总体规模已经达到87亿美元，其中Wi-Fi 6占比312%，规模达27亿美元，Wi-Fi 6疫情期间逆势上涨的最主要原因是网络成为各数字化远程项目中的必要支持。IDC预测，2021年，Wi-Fi 6将继续扩大市场份额，中国市场将接近47亿美元的市场规模。

与Wi-Fi 6相比，Wi-Fi 6E不属于Wi-Fi的新版本，而属于Wi-Fi 6的升级版。Wi-Fi 6E除了支持Wi-Fi 6原本使用的24GHz/5GHz频段外，还拓展了一个6GHz频段。需指出的是，目前只有美国、韩国和智利等少数国家已经明确将6GHz频段开放给Wi-Fi使用，欧洲预计在2021年6月底之前开放。

Wi-Fi 6E来了，Wi-Fi 7离我们还有多远？近期，IEEE8021标准委员会一个工作小组公布了80211be标准(即Wi-Fi 7)细节，表示已经在下一代WLAN规格标准订定上取得不错的进展，Wi-Fi 7预计2024年底问世。

关于下一代Wi-Fi技术(80211be，即Wi-Fi 7)Wi-Fi 联盟早在2018年5月就开始初始建组，并于2019年初进入立项组，目前协议组对其的命名是IEEE 80211 EHT(Extremely High Throughput，极高吞吐量)，可见其在吞吐上将会有巨大的优势

并且现在高通也已经在进行Wi-Fi 7的相关研发，网络速度会相较Wi-Fi 6再增加一倍。此外，Wi-Fi 7也可以结合多个频谱，因此在影音上也会提供更高画质的体验。除了高通之外，博通、联发科等网络芯片大厂也在积极研发Wi-Fi 7芯片。

不过想要看到Wi-Fi 7实际产品，则现在还言之过早，也许再过2年到3年才有机会看到Wi-Fi 7。由于Wi-Fi 7设备标准IEEE 80211be的最终版本将于2024年上半年发布，基于Wi-Fi 7的产品可能会在2024年下半年在终端市场上架。

虽然Wi-Fi 7还没有推出，很多新功能仍在定义中，但新标准的进展向我们展示了Wi-Fi技术发展的轨迹 —— Wi-Fi将走向何方，我们可以期待它带来什么，以及变化的速度将会如何。

Wi-Fi 6标志着Wi-Fi 5向前迈进了一大步，Wi-Fi 6的改进让吞吐量大大增加。它从根本上改变了Wi-Fi传输和管理流量的方式，这提高了技术的整体质量、可靠性和安全性。

Wi-Fi 7将在同样的方向上进一步推动Wi-Fi的发展。例如在技术规格上，80211ax(Wi-Fi 6)标准使用的是1024-QAM调制，最大频宽支持160MHz，理论最高速率为96Gbps，而80211be（Wi-Fi 7）预计将进一步升级调制方式，直接使用4096-QAM调制，由于物理层的提升，极大地扩充了传输数据容量。

与80211ax比较，80211be将会有以下改进：
MIMO增强

相比Wi-Fi 6的8个数据流同时工作的多用户多输出(MU-MIMO)，Wi-Fi 7将升级至支持最高(Tx:16,Rx:16)数据流，可大幅提升无线频宽和客户端支持数据，同时引入了更加先进的CMU-MIMO。其中，C代表Coordinated(协同)，意为16条数据流可以不由一个接入点提供，而是可由多部无线路由器同时提供，这正好用于近年普及的Mesh WiFi网络，让终端同时连接多部Mesh无线路由器。也就是说，未来Wi-Fi 7时代，天线的数量会有更多的增加。

新增6GHz频谱，三频同时工作

Wi-Fi 6标准使用了24GHz和5GHz两个频段，不久前升级版的Wi-Fi 6E引入了新的6GHz频谱。Wi-Fi 7将继续支持6GHz频段，三个频段可以同时连接工作，将单个信道的宽度从Wi-Fi 6的160MHz扩展到320MHz。Wi-Fi 7还将支持160+160MHz、240+180MHZ和160+80MHz信道以组合非连续频谱块，也意味着能提供更高质量的网络连接。

升级至4096-QAM

在线技术中，信号调制极为重要，Wi-Fi 6标准使用的是1024-QAM调制技术，而WiFi 7预计将升级调制方式，直接使用4096-QAM，4096QAM能带来更大的数据容量。所以Wi-Fi 7最终速度可以达到30Gbps，是目前推出的最快Wi-Fi 6速度96Gbps的三倍。

更低的延迟

通过引入多链路 *** 作(MLO)、多AP协调、320MHz带宽通道等技术，可以大大降低Wi-Fi 7的延迟，并提高可靠性。其中，多链路 *** 作(MLO)使设备能够同时跨不同频段和通道，进行传输和接收。Wi-Fi 7可通过增加吞吐量来增强这些链接，吞吐量是本地网络(LAN)中设备之间的测量数据。MLO还将降低延迟，并提高可靠性。

Wi-Fi 7与其前几代标准很大的不同，将会是Wi-Fi传感功能的引入。据悉通过Wi-Fi 7，可以在没有任何传感器的情况下，检测人们在不同房间移动的情况。据IEEE主席保罗·尼古利奇(Paul Nikolich)透露，该项技术还足够灵敏，甚至可以检测到用户的呼吸频率，“因为当他们呼吸时，会改变射频特性和信道特性。”

我们可以想象，这项技术可以用在不同的应用场景，比如企业内的安全和环境控制器、房间灯的唤醒与关闭、手势控制、婴儿或者老人的 健康 监控等等。如果真的加入，其想象空间将非常大。举例来说，这样的系统可以用来自动开门。当你回家时，家庭互联网会检测到你的存在，并将这些数据与你戴着的设备或摄像头系统发出的信号结合起来，在你走上楼时，它就会自动打开门锁。

Multi-AP coordination(多AP协作优化)，这点可能是Wi-Fi 7中的一个重点。关于多AP的协作问题。目前在80211的工作模式下，AP与AP之间实际上是没有协作的。存在的一些厂家定义的协作也仅仅是优化信道的选择，从而避免AP间的冲突。而AP协作所带来的最大的好处就是AP间构成的分布式MIMO，可以由两个不同的AP针对于一个节点提供MIMO的传输功能，这可以大大提高空间复用的工作效率。

不过该技术下，AP与AP间的协作沟通通道是一个需要谨慎设计的内容，目前AP协作的方式都是通过CAPWAP隧道，有线连接到WLC，进一步协作的。这种方式需要AP间都有线连接到一个公共的控制器，然而，如果这样做，那么Wi-Fi 7的使用需要换多台Wi-Fi 7路由才可以生效。所以能不能通过无线手段来做AP间沟通，进而协作产生分布式MIMO，是Wi-Fi 7中需要重点设计的内容。

有一个很有趣的现象，5G的覆盖已经愈发成熟，但与此同时5G与Wi-Fi 6的竞争也持续白热化，甚至有威胁论表明Wi-Fi技术很快会消亡，这里其实也反馈出一个很有意思的问题，即不同连接技术未来的发展是否存在壁垒，如何解决相互融合与协作问题？

纵观移动通信和Wi-Fi的发展，不难发现二者在技术、应用等领域大有融合的趋势或可能，例如近些年在 WLAN 技术中，MU-MIMO（Multi-User Multiple-Input Multiple-Output，多用户多输入多输出）和Mesh无线宽带自组网等，就借鉴了移动通信的技术思路，诸多业内人士甚至断言，下一代连接技术，即6G和Wi-Fi 7将会协同发展，深度融合。未来的无线AP极有可能即承担Wi-Fi的角色，又是 5G/6G信号的微型基站发射器，真正解决网络互融互通的问题。

不过从Wi-Fi 7的协议指定过程中，我们可以看到Wi-Fi的场景将会从单AP逐渐转向多AP化，甚至最终与通信技术融合，打破连接的壁垒。

与此同时，IC厂商推进 Wi-Fi 7布局 —— 从底层解决连接问题有关于Wi-Fi 7的多AP协作优化特性的研究，已经成为行业的共识，包括Intel、思科、联发科、Marvell、索尼、三星、华为、诺基亚等巨头皆已投入到该课题中，而这似乎也的确符合未来 科技 的发展趋势。

未来的移动通信和Wi-Fi等无线连接技术势必会更加紧密结合，我们所担心的室外信号覆盖、信号穿墙的问题都将被一一解决，这个过程中无论是由外向内进攻（5G/6G），还是由内向外进攻（Wi-Fi），可以预见最终的结合将会是趋势，这个过程或许会相对漫长，但前沿技术值得我们持续探究。

不过，上面提到的这些都只是还在规划中的技术，最终是否会被采用，还需要WiFi联盟成员及IEEE的讨论和研究。

Wi-Fi 7在性能和效率的提升令人印象深刻，但我们真的需要它吗？现在的Wi-Fi还不够好吗？Wi-Fi 7的规格是基于对具有严格延迟和可靠性要求的场景而制定的。

Wi-Fi 6满足了当下用户的需求，但Wi-Fi 7的增强将允许Wi-Fi随着采用(以及由此产生的流量密度)的增加和需求的增加而扩大。Wi-Fi 7提供转发路径，保证Wi-Fi可扩展性，以承载不断增长的流量负载，持续满足用户需求。

Wi-Fi 7为正在进行数字化转型的企业带来了更多灵活性和能力。Wi-Fi 7和基于3GPP的5G将共同努力，在新兴的私有无线网络(PWN)中引入边缘计算、分布式和云架构、虚拟化和数字化。更具体地说，Wi-Fi 7将改善对需要确定延迟、高可靠性和服务质量(QoS)的应用程序的支持。

在企业中，这将有利于物联网和工业物联网应用，如工业自动化、监视、远程控制、AV/VR和其他基于视频的应用。消费者可以受益于Wi-Fi 7的 游戏 ，AV/VR和视频应用程序，以及智能家庭服务。

除了特定用例，Wi-Fi 7将继续扩大Wi-Fi的可用性，并以低成本的方式传输企业、公共和住宅环境中的大部分无线流量，进一步提高宝贵频谱资源的使用效率。

从物联网的定义及各类技术所起的作用来看，物联网的关键核心技术应该是无线传感器网络(WSN)技术，主要原因是：WSN技术贯穿物联网的全部三个层次，是其它层面技术的整合应用，对物联网的发展有提纲挈领的作用。WSN技术的发展，能为其它层面的技术提供更明确的方向。
以下是实现物联网的五大核心技术：
核心技术之感知层：传感器技术、射频识别技术、二维码技术、微机电系统和GPS技术
1传感器技术
传感技术同计算机技术与通信技术一起被称为信息技术的三大技术。从仿生学观点，如果把计算机看成处理和识别信息的“大脑”，把通信系统看成传递信息的“神经系统”的话，那么传感器就是“感觉器官”。微型无线传感技术以及以此组件的传感网是物联网感知层的重要技术手段。
2射频识别(RFID)技术
射频识别(Radio Frequency
Identification，简称RFID)是通过无线电信号识别特定目标并读写相关数据的无线通讯技术。在国内，RFID已经在身份z、电子收费系统和物流管理等领域有了广泛应用。
RFID技术市场应用成熟，标签成本低廉，但RFID一般不具备数据采集功能，多用来进行物品的甄别和属性的存储，且在金属和液体环境下应用受限，RFID技术属于物联网的信息采集层技术。
3微机电系统(MEMS)
微机电系统是指利用大规模集成电路制造工艺，经过微米级加工，得到的集微型传感器、执行器以及信号处理和控制电路、接口电路、通信和电源于一体的微型机电系统。MEMS技术属于物联网的信息采集层技术。
4GPS技术
GPS技术又称为全球定位系统，是具有海、陆、空全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。GPS作为移动感知技术，是物联网延伸到移动物体采集移动物体信息的重要技术，更是物流智能化、智能交通的重要技术。
核心技术之信息汇聚层：传感网自组网技术、局域网技术及广域网技术
1无线传感器网络(WSN)技术
无线传感器网络(Wireless Sensor
Network，简称WSN)的基本功能是将一系列空间分散的传感器单元通过自组织的无线网络进行连接，从而将各自采集的数据通过无线网络进行传输汇总，以实现对空间分散范围内的物理或环境状况的协作监控，并根据这些信息进行相应的分析和处理。
WSN技术贯穿物联网的三个层面，是结合了计算、通信、传感器三项技术的一门新兴技术，具有较大范围、低成本、高密度、灵活布设、实时采集、全天候工作的优势，且对物联网其他产业具有显著带动作用。
2Wi-Fi
Wi-Fi(Wireless Fidelity，无线保真技术)是一种基于接入点(Access
Point)的无线网络结构，目前已有一定规模的布设，在部分应用中与传感器相结合。Wi-Fi技术属于物联网的信息汇总层技术。
3GPRS
GPRS(General Packet Radio
Service，通用分组无线服务)是一种基于GSM移动通信网络的数据服务技术。GPRS技术可以充分利用现有GSM网络，目前在很多领域有广泛应用，在物联网领域也有部分应用。GPRS技术属于物联网的信息汇总层技术。
核心技术之传输层：通信网、互联网、3G网络、GPRS网络、广电网络、NGB
1通信网
通信网是一种使用交换设备、传输设备，将地理上分散用户终端设备互连起来实现通信和信息交换的系统。通信最基本的形式是在点与点之间建立通信系统，但这不能称为通信网，只有将许多的通信系统(传输系统)通过交换系统按一定拓扑结构组合在一起才能称之为通信。也就是说，有了交换系统才能使某一地区内任意两个终端用户相互接续，才能组成通信网。
23G网络
3G是英文the 3rd
Generation的缩写，指第三代移动通信技术。相对第一代模拟制式手机(1G)和第二代GSM、CDMA等数字手机，第三代手机(3G)是指将无线通信与国际互联网等多媒体通信结合的新一代移动通信系统。
3GPRS网络
这是一种基于GSM系统的无线分组交换技术，提供端到端的、广域的无线IP连接。通俗的讲，GPRS是一项高速数据处理的科技，方法是以“分组”的形式传送资料到用户手上。虽然GPRS是作为现有GSM网络向第三代移动通信演变的过渡技术，但是它在许多方面都具有显著的优势。
4广电网络
广电网通常是各地有线电视网络公司(台)负责运营的，通过HFC(光纤+同轴电缆混合网)网向用户提供宽带服务及电视服务网络，宽带可通过CableModem连接到计算机，理论到户最高速率38M，实际速度要视网络情况而定。
5NGB广域网络
中国下一代广播电视网(NGB)是以有线电视数字化和移动多媒体广播(CMMB)的成果为基础，以自主创新的“高性能带宽信息网”核心技术为支撑，构建适合我国国情的、三网融合的、有线无线相结合的、全程全网的下一代广播电视网络。
核心技术之运营层：专家系统、云计算、API接口、客户管理、GIS、ERP
1企业资源计划(ERP)
ERP是指建立在信息技术基础上，以系统化的管理思想，为企业决策层及员工提供决策运行手段的管理平台。ERP技术属于物联网的信息处理层技术。
2专家系统(Exper System)
专家系统是一个含有大量的某个领域专家水平的知识与经验，能够利用人类专家的知识和经验来处理该领域问题的智能计算机程序系统。属于信息处理层技术。
3云计算
云计算概念间由Google提出的，这是一个美丽的网络应用模式，是指IT基础设施的交付和使用，通过网络以按需、易扩展的方式获得所需的资源。
核心技术之应用层：垂直行业应用、系统集成、资源打包
应用层主要是根据行业特点，借助互联网技术手段，开发各类的行业应用解决方案，将物联网的优势与行业的生产经营、信息化管理、组织调度结合起来，形成各类的物联网解决方案，构建智能化的行业应用。
如交通行业，涉及的就是智能交通技术;电力行业采用的是智能电网技术;物流行业采用的智慧物流技术等。行业的应用还要更多涉及系统集成技术、资源打包技术等。

百度是这样讲的：Wi-Fi是一种可以将个人电脑、手持设备（如PDA、手机）等终端以无线方式互相连接的技术。Wi-Fi是一个无线网路通信技术的品牌，由Wi-Fi联盟(Wi-Fi
Alliance)所持有。目的是改善基于IEEE
80211标准的无线网路产品之间的互通性。现时一般人会把Wi-Fi及IEEE
80211混为一谈。甚至把Wi-Fi等同于无线网际网路。
其实简单点就是无线宽带。

WiFi模块：WiFi是一种基于IEEE 80211标准无线协议的允许电子设备连接到一个无线局域网（WLAN）的技术，通常使用24G 、5G射频频段。WiFi适合大数据量、短距离、稳定性相对较差，主要应用于家用和商业应用！SKYLAB在2009年开始研发WiFi模块，WiFi软件、硬件研发团队10年努力，最终为物联网市场输出多款高性能的WiFi模块，用于视频传输的USB接口WiFi模块、用于数据透传的IoT WiFi模块、用于路由器方案的AP/Router WiFi模块、用于无人机远距离图传的大功率WiFi模块等，应用领域涵盖了物联网智能家居、智慧工厂、智能交通、无人机、智慧医疗等。

WiFi模块选型表

4G模块：4G模块是指TD-LTE和FDD-LTE等LTE等网络制式的统称。具有通信速度快、网络频谱宽、通信灵活等特点。4G模块是指硬件加载到指定频段，软件支持标准的LTE协议，软硬件高度集成模组化的一种产品的统称。硬件将射频、基带集成在一块PCB小板上，完成无线接收、发射、基带信号处理功能。软件支持语音拨号、短信收发、拨号联网等功能。

---