射频通信模式和协议繁复，破局点原来是它
发布时间：2022-3-7 11:07
发布者：eechina
关键词：
射频
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万物互联时代，人、流程、数据和事物与网络连接结合的深度和广度都大大增加，并延伸出人对人（P2P）、机器对人（M2P）和机器对机器（M2M）等多类型的交互模式。这样做的好处是显而易见的：推动人类社会从信息化走向智能化，是自互联网出现之后最具发展潜力的技术创新。 当然，技术创新总是会伴随着相应的设计挑战，对于万物互联必要的射频通信环节更是如此。在网络搭建上，交互模式的多样性同样会带来通信方式的改变，从点对点变成网状网络。在网络的选取上，仅仅只是物联网中的短距离低功耗网络就有很多种选择。这些由简入繁的改变，无疑增加了用户开发的复杂性。 好消息是，这些挑战并不需要工程师朋友们独自面对。贸泽电子准备了丰富的通信/射频开发工具，帮助大家轻松解决这些烦恼。 出色的网状网络开发工具 正如计算机网络为了适应设备增加而从分散式、集中式通信模式过渡到分布式通信模式一样，传统上每个通信终端均通过一条与AP（Access Point）相连的无线链路来访问网络，但随着万物互联中物联网的快速发展，这样的方式就会显得效率不高，尤其是在末端设备的信息互通上面。无线Mesh网络的出现正是为了解决这一难题。 和传统单跳网络相比，无线Mesh网络又被称为多跳网络。在这样的网络系统中，任何无线设备节点都可以同时作为AP和路由器，网络中的每个节点都可以发送和接收信号。通过这样的方式，一个系统的网络连接可以进行高度扩展。图1演示了无线Mesh网络的局部特征，展现了其全连接的特性。 
图1：局部无线Mesh网络（图源：维基百科） 通过这种全连接的网络形式，无线Mesh网络具有很多独特的技术优势，包括： · 更高的网络带宽 · 容易实现NLOS配置 · 组网迅速，易于部署和安装 · 结构灵活，网络稳定 当然，在具体方案开发的过程中，打造无线Mesh网络系统需要每一个节点都具有灵活的射频通信配置，既要作为网络节点，又要能够承担网关的角色。同时，每个节点的复杂度提升从点到面都增加了设计的难度，这其中系统开发和功耗管理是最为突出的。因此，在低功耗的前提下，除了天线这些核心的射频器件以外，也要终端具备射频匹配网络的能力。 通过采用贸泽电子在售的来自制造商Silicon Labs的SLWRB4308D开发工具，用户可以快速开发出面向网状网络的线路供电型物联网产品。 
图2：SLWRB4308D开发工具（图源：Silicon Labs） SLWRB4308D开发工具用于评估MGM210P Mighty Gecko和BGM210P Blue Gecko模块的+10dBm发射功率版本，其中BGM210P基于EFR32BG21 Blue Gecko SoC打造，支持蓝牙Mesh网络。这种无线Mesh网络是当下非常热门的网络拓扑，允许用户基于蓝牙技术打造大型的网络系统，能够轻松扩展到数百台，甚至是数千台蓝牙Mesh设备。BGM210P支持的蓝牙5.1是低功耗蓝牙，帮助用户打造具有低成本、低功耗、小型化等优势的方案，在楼宇自动化、智慧农业、环境监测、资产追踪和医院设备监测等领域具有重要应用价值。 为了方便用户快速开发方案，与WSTK主板、Gecko SDK套件和Simplicity Studio IDE一起，SLWRB4308B 提供了一个强大的嵌入式开发平台，其中包含创建、调试和优化基于xGM210P模块的物联网应用程序所需的硬件和软件。 当然，需要注意的是，SLWRB4308D无线电板不能独立使用，需要配备对应的主板。大家也可以直接购买贸泽电子上在售的SLWSTK6102A无线模块入门套件进行上述功能的相关评估，该套件中提供多个无线电板，以支持网状网络的开发设置，主要包括： · 2个无线入门套件（WSTK）主板 · 2个GM210Px32无线Gecko模块无线电板（+20dBm） · 2个GM210Px32无线Gecko模块无线电板（+10dBm） 
图3：SLWSTK6102A无线模块入门套件（图源：Silicon Labs） 在支持工具方面，SLWSTK6102A包括强大的软件堆栈、高级调试和优化工具、示例应用程序代码、预先编译的演示、文档以及各种其他资源。 能效管理和板载接口是SLWSTK6102A两个值得一提的产品亮点。在能效管理方面，SLWSTK6102A搭载用于监控能耗的AEM电路。如图4所示，将板子上的滑动开关滑至AEM选项时，主板上的低噪声3.3V LDO便用于为无线电板供电。需要特别指出的是，SLWSTK6102A的电源域是经过精心设计的，可以为目标设备选择不同的电源（USB、纽扣电池和外部电源供电选项），同时保留调试功能。为防止在板控制器断电时从目标电源域泄漏电流，该电源域也特别进行了隔离处理。 
图4：SLWSTK6102A的供电选择（图源：Silicon Labs） 如图5所示，SLWSTK6102A丰富的接口资源是另一大优势。其中，虚拟COM端口接口（VCOM）通过USB或以太网提供易于使用的串行端口连接；数据包跟踪接口（PTI）提供有关无线链路中传输和接收数据包的宝贵调试信息；20针扩展（EXP）接头可通过通用串行接口（例如SPI、UART、I2C）连接外部外围设备或插件板接口套件；此外，还包括支持SWD、JTAG和C2的板载调试器。 
图5：SLWSTK6102A丰富的接口资源（图源：Silicon Labs） 通过丰富的配置，SLWSTK6102A让蓝牙Mesh网络中的每一个节点都具有出色的可扩展性。 一个套件，多种协议 网络协议的复杂性是用户需要面临的另一个具有代表性的难题，尤其是在物联网相关的应用中，WiFi、蓝牙、ZigBee等协议都在物联网领域拥有各自不同的应用，但用户需要花费大量的研发资源在不同的芯片平台上开发不同的协议软件。 同时，各种协议几乎都拥有自己的生态壁垒，以至于今天我们所建立的物联网，还是一个个隔离的生态系统，如果设备自身不能够支持多种协议，便无法在跨协议之后再次提供必要的连接性。随着物联网设备的快速增加，这一问题将愈发明显。根据IDC的数据统计，预计到2025年，全球每分钟将会有超过15万个设备连接入网，给包括物联网在内的连接应用带来指数级增长。 因此，我们需要一个高效且合适的物联网平台来提供对各种主流协议的支持，以实现设备在实际应用中对各种标准的无缝融合，为泛在网络的发展提供强有力的支持。 通过贸泽电子在售的来自STMicroelectronics（意法半导体）的STM32WB5MM-DK探索套件，用户可以让开发的方案轻松具备这样的多协议支持能力。 
图6：STM32WB5MM-DK探索套件（图源：ST） STM32WB5MM-DK探索套件是附带STM32WB5MMG MCU的探索套件。作为板子的核心，STM32WB5MMG MCU是一款超低功耗和小尺寸认证的2.4GHz无线模块，支持蓝牙5.2、Zigbee3.0、OpenThread、动态和静态并发模式以及802.15.4专有协议。凭借其良好的接收器灵敏度和高输出功率信号，无论支持何种协议，都能够提供一流的射频性能。 对于物联网应用，设备安全性能是极为重要的。STM32WB5MMG MCU嵌入了多项安全性能设置，包括256位AES硬件加密、PCROP读写保护、JTAG熔丝位、采用椭圆曲线加密引擎的公钥加密等，为最终的应用提供出色的安全硬件功能。 在面向射频的应用中，用户在使用STM32WB5MMG MCU时，并不需要射频专业知识。该产品提供完全免版税的协议栈，比如配有HAL和LL外设驱动、完整的中间件和无线协议栈，以及各种预配置的软件示例，是加快开发速度的理想选择。 此外，当我们使用任何意法半导体相关的MCU开发工具时，都不能忽视如图7所示的STM32生态系统。这些丰富的生态资源会极大地简化系统设计，从而加速方案的上市进程。 
图7：STM32生态系统（图源：ST） 我们再将视角移到板子上。STM32WB5MM-DK在出色的射频性能外，还提供了可触摸感应的0.96英寸128x64 OLED显示屏、传感器、USB和128Mbit四路SPI NOR外部闪存。板连接器包括： · STMod+ · ARDUINO® Uno V3扩展连接器 · USB用户，配有Micro-B连接器 · TAG10 10引脚占位 在此，必须要强调一下这款探索套件的可扩展性。借助STM32WB5MM-DK上的扩展排针，用户可针对特定应用轻松连接Arduino板。借助Arduino这种便捷灵活、方便上手的开源电子原型平台，可以在Windows、Mac OSX、Linux三大主流操作系统上运行，进一步提升设备的智能化能力。 无论是STM32WB5MMG MCU，还是STM32WB5MM-DK探索套件，灵活的电源选项都是突出的性能优势。STM32WB5MM-DK为用户提供ST-LINK/V2-1 USB连接器、来自Arduino或外部连接器的5V电压、USB充电器或USB电源多个电源选项，在面向音频、照明、家居和楼宇自动化、物联网、遥控器等应用中，可以轻松实现具有优势的供电选择。 射频/通信开发难度的增减 射频/通信是一个庞大复杂的技术领域，面向每一个不同的领域都会延伸出全新的模式和协议，这引发了业界的一个分歧点。有从业者认为化繁为简的通信系统是必要的，这样的系统迟早会到来；也有从业者认为，随着万物互联下探到更广阔的场景中，射频/通信系统将更加繁复。而无论结果如何，在贸泽电子都能够找到合适的开发工具，最终呈现给工程师朋友们的开发界面都会是简单易用的。 来源：贸泽电子 作者：Doctor M |
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