物聯網熠熠生輝 低功耗短距無線技術火速推展

2014-02-25
低功耗無線感測器的出現,已成為實現機器對機器(M2M)連通性及物聯網(IoT)的關鍵之一,其應用範圍相當廣泛,從智慧電表(Smart Meter)到保全系統、建築和工廠自動化等均可運用到相關產品及技術(圖1)。
圖1 無線感測器網路應用示意圖

對物聯網未來的發展而言,無線感測器網路的可擴展性、傳輸距離、功耗,以及長期可靠性等特性將格外重要。

確保可擴展性與低功耗 無線感測節點須慎選通訊技術

首先探討有關可擴展性的需求,獨立感測器狀態的更新通常不會超過每秒一次,而每次僅發送極少的位元組資訊;然而,即使是單棟建築物也能部署幾萬個節點,例如美國內華達州拉斯維加斯的Aria酒店便部署超過七萬個節點,採用ZigBee網狀網路通訊以控制大樓內外的照明、空調以及許多其他服務,累積的用電量也相當驚人。

尤其在許多情況下,感測器須安裝在主電源不便連接的地方,只能選擇電池供電,為符合此需求,系統業者便須採用一種可靠的網路架構,除要有支援處理大量匯聚資料的能力,且感測器節點自身必須相當省電。

對可靠性、可擴展性和電源效率組合的嚴格需求,取決於無線感測器節點所採用的通訊技術。系統整合業者不僅要斟酌所選擇架構和無線協定的優缺點,也要考量無線技術本身的基本物理屬性,而混凝土牆和多徑衰落對無線系統來說是相當不利的因素,但有許多方法能減輕其影響;為克服這些挑戰,不同國家有各自無線電頻譜的法規,並規定可使用的頻段。

在M2M互連的世界裡,並沒有「一體適用」的無線解決方案。舉例來說,sub-GHz和ZigBee無線網路在不同的無線頻段運行,因此設計人員須考量其特定屬性,並針對不同的應用進行選擇。

半導體製程大躍進 無線晶片發展火力全開

在校園環境中,2.4GHz ZigBee更適合於建築自動化系統,而sub-GHz射頻(RF)方案則是戶外照明和存取控制的理想選擇;至於無線互連的其他選擇,如無線區域網路(Wi-Fi)非常適合傳輸大量資料,而藍牙(Bluetooth)專為可攜式裝置之間的點對點通訊而優化。每一種無線技術都有各自的優勢和受限之處,在新興的M2M互連世界中,這些無線技術將是共存的。

ZigBee是一種開放、基於全球標準的無線網狀網路技術,與藍牙和Wi-Fi使用相同的2.4GHz無線電頻段,其專為滿足網狀網路中特有的低功耗無線感測器節點而設計。與傳統網路結構(例如星型和點對點)不同的是,網狀網路能為建築物內的每個低功耗節點提供可靠覆蓋,而且每個節點的成本最低。基於ZigBee的無線感測器網路,提供自配置和自恢復網狀連接能力,能在單一網路中擴展連接數百或數千個以上裝置。

過去由於缺少超低功耗、高可靠度和超低成本元件以及廣泛採用的標準,導致針對M2M和物聯網市場的無線感測器網路發展較為緩慢。

然而,今日整個電子科技產業正處於一個轉捩點,因為半導體晶片商已發展出具成本效益的低功耗小型元件,能夠在完善的標準無線網路中實現可靠連接;雖然要串連所有業者並完全實現M2M連接,仍有大量工作有待進行,但已能克服主要的技術進入障礙。

無庸置疑,物聯網將成為連接智慧裝置、大量資料、高頻寬和具備可擴展性服務的重要驅動力。現在業界已看到在M2M和物聯網中實現各類創新的第一波浪潮,而這些應用未來將遍布於家庭、辦公室、工廠、倉庫、醫院、捷運基礎設施,以及運輸和農業等,為整個生活環境開創新的樣貌。

(本文作者為Silicon Labs嵌入式系統事業群微控制器行銷總監)

本站使用cookie及相關技術分析來改善使用者體驗。瞭解更多

我知道了!