物聯網 連接智能世界

“貿澤與你大咖說”攜手Silicon Labs和TE Connectivity（以下簡稱“TE”），以“物聯網 連接智能世界”為主題，和大家一起探討物聯網相關的技術。

上期內容中，我們談到從物聯網到智能物聯網的關鍵技術挑戰，在本期內容中，我們將分享關鍵技術痛點等精彩內容：

從物聯網到智能物聯網：

關鍵技術挑戰和痛點

挑戰一：碎片化痛點

物聯網應用碎片化和技術標準碎片化

物聯網應用的碎片化問題困擾了物聯網廠商很長時間。而隨著聯網的設備越來越多，應用場景越來越豐富，覆蓋的區域越來越廣，碎片化的痛點也進一步凸顯。

劉俊解釋，就目前來看，由于沒有一個技術標準可以涵蓋所有的應用場景，事實上，工業、家庭等不同應用面臨不同的技術標準。這就導致了當前需要多種標準協議共存的狀態。這就勢必會增加部署的復雜度以及設備及其維護成本。在他看來，碎片化問題的解決終究是要靠市場來推動的。“比如說某一天，當一個技術能夠覆蓋更多應用場景，勢必很多技術就會慢慢趨于整合。事實上，我們也看到各個無線通信標準也在不斷地演進，所以有待時日由市場去推動。”

無線協議是物聯網發展的一個關鍵焦點，當前主流的協議包括Wi-Fi、藍牙、Zigbee、Matter和Thread等。面對當前多個無線連接協議標準共存的情況下，采用不同協議的物聯網設備如何實現兼容，也成為物聯網產業界近年來努力的方向。

2022年10月發布的Matter標準是一大成果。100%投入物聯網的Silicon Lab深度參與了Matter這項全球性物聯網標準的制定、開發、驗證等工作Matter這項全球性的物聯網連接標準。Matter構建在現有的IP連接協議之上，可以實現包括終端產品、移動應用和云服務在內的跨平臺物聯網通信。

據介紹，Silicon Labs已經推出了可量產的Matter無線解決方案，并且通過了CSA連接標準聯盟的認證，可用于開發支持Thread、Wi-Fi和藍牙協議的Matter終端產品。通過為LED燈泡、門鎖、暖通空調（HVAC）、商業照明和門禁控制等各種不同的智能家居和商業應用提供統一的連接標準，Matter可簡化產品開發和用戶體驗。

圖2：無線Gecko系列產品

在此之前，Silicon Labs則致力于通過一顆芯片實現多協議解決多種應用場景。2015年，Silicon Labs推出業內首顆多協議物聯網芯片無線Gecko EFR32xG系列，到目前已經是第三代。該芯片可以支持Zigbee、藍牙、Wi-SUN、Z-Wave等多種協議。也就是說，當用戶需要設計一個產品適合不同的應用的時候，完全可以通過這一顆芯片去符合所有的應用場景，大大簡化了設計流程。

挑戰二：低功耗是物聯網方案成敗的關鍵

隨著應用層面日趨豐富，物聯網的功耗問題也越來越受關注。低功耗已經成為物聯網解決方案的標配，幾乎可以說是成敗的關鍵。

劉俊解釋，功耗問題存在于兩個部分。一個是硬件層面，芯片本身的功耗。而半導體行業幾十年來的發展，工藝制程從90納米到40納米到28納米、14納米，不斷提高集成度以實現更多功能的同時，一個重要的目標就是降低功耗。另一個是軟件層面，即無線協議或標準方面，因為物聯網數據傳輸帶來的功耗其實跟發送數據的頻率和數據量有很大的關系。

除此之外，低功耗問題還不僅僅與芯片和標準協議有關系，與許多被動元器件，比如藍牙天線等的相關指標也是息息相關的。

公配偉以心臟起搏器監視器方案為例做解釋，他指出，在該方案中，除了藍牙芯片以及相關的藍牙協議外，在被動元件上同樣可以圍繞低功耗做文章。以藍牙天線的功耗為例，有一個叫做“效率值”的概念，如果天線的效率值只有10%，那么意味著芯片的功率再大，也有90%已經損失了，而如果天線效率值能達到90%，同樣對降低功耗做出了貢獻。

挑戰三：電磁干擾問題

電磁干擾問題是困擾工程師的另一大難題。隨著物聯網設備和應用越來越多，各個頻段的應用幾乎達到了極致，這就導致了不同模塊之間的相互干擾，對于濾波以及抗干擾性的要求不斷提升。

比如，城市應用就中有太多的同頻干擾問題，讓眾多工程師犯難。要如何克服？

公配偉解釋，從設計上看，電磁干擾之所以會產生，是因為當兩個設備之間，幾個天線離得太近，就會容易產生串擾。他指出，目前行業中用于解決電磁干擾問題通常會有多種方法，從被動元件的角度，比如用一些方法控制射頻信號對外的輻射量，以及盡量讓元器件接地來將這些輻射信號做一個屏蔽。

不過他也指出，由于目前各類物聯網方案的應用場景復雜，且需求和設計規范等都各有不同，因而現階段難以有一個可以解決所有問題的方案，只能根據不同設備的要求去不停地調試解決。而從長遠來看，要讓電磁干擾問題更有效地解決，需要多方的綜合努力，包括要有一整套統一嚴格的物聯網方案設計規范等。

深耕垂直應用：

智慧城市、智慧醫療、智能家居市場潛力無限

隨著物聯網技術在各個行業中的滲透和深化，或將掀起“下一個工業革命”，它將深刻改變人們生活、工作、出行、娛樂的方方面面，甚至改變全球的企業或組織的交互方式。如今，物聯網已經進入到快速發展期，涵蓋穿戴設備、智能家居、智慧城市、物流管理、智能制造、智慧農業等眾多垂直應用領域，有著非常廣闊的市場前景。

物聯網正在我們的身邊發生，比如在智慧城市應用中，智能電表的應用可以實現可聯網化遠程抄表，節省了城市運營中的大量人工和時間成本。而在工業物聯網的應用中，我們也看到很多的工廠在讓更多的設備能夠聯網貢獻數據，從而為進一步優化產線、提高效率提供數據洞見。

熱門垂直應用一：智慧城市

智慧城市是指利用各種信息技術或創新概念，將城市的系統和服務打通、集成，以提升資源運用的效率，優化城市管理和服務，以及改善市民生活質量。創造出更加人性化、便捷化的都市生活。

在一座城市里，包含的應用非常多，比如配電設施、表計設施、屋頂太陽能面板以及路燈管理，以及智能樓宇、車、路系統管理等等。要讓城市具備“智慧”，數字化管理是非常重要的方面。但要實現數字化管理的前提是，城市里的各類設施要逐漸成為物聯網化的設備，它能夠實時采集城市的運行中的各類數據，并把這些數據貢獻到云端，來進一步分析從而優化城市管理、提升整體效率。

劉俊介紹，在智慧城市的方案設計上面臨諸多挑戰。首先必須要求具備可擴展性，要實現100-100,000+裝置，在惡劣環境下保持長距離通信。

其次是復雜性，面臨多個標準需要共存，線路和電池供電等問題。比如智慧城市里面有非常多的應用場景，勢必會帶來有不同的通信方式。比如常見的有5G，像是攝像頭應用就需要5G的高帶寬高速率。也有一些低功耗的設備，比如廣域網的就可以用NB-IoT。此外還有一些新的應用趨勢，比如在電表中加入藍牙，用戶就可以實現實時讀取家中耗電情況。

另外還有兼容性，要支持傳統和未來的技術標準。此外，更重要的是，智慧城市方案的部署時間往往要持續5-20年，其可靠性和安全性至關重要。

例如，智能表計應用，在智慧城市應用中已經十分廣泛。主要有用于住宅用電和監控的智能電表，用于住宅和商業天然氣的使用和監控智能燃氣表以及一些能量表或熱量表及熱量計。

公配偉指出，這對傳感器和連接器提出更高要求。如在工業儀表系統中，綜合成本壓力推動壓力傳感器性能升級。其中，高精度數字壓力傳感器吸收了很大一部分校準成本，以及內嵌定制通訊協議等；在住宅計量系統，工業物聯網和節能驅動了智能住宅燃氣計量升級的需求。

智能表計的連接挑戰，則要必須足夠耐用，能夠可靠地運行數十年，并在其整個生命周期內準確無誤地傳輸使用數據；許多組件在保證堅固耐用的同時，還要實現小型化，以便為高級功能留出空間；量表的無線傳輸通常需要抗干擾，可能需要定制天線，以適應不同的應用環境；戶外無線連接常常會遇到一些挑戰，包括各種潛在干擾源及信號阻塞的問題。

熱門垂直應用二：智慧健康

過去三年的疫情，也讓公眾對健康問題關注度大幅提升。

智慧醫療或健康方面，物聯網能做什么？劉俊指出，很多醫療健康設備變得越來越智能，具有便攜化、小型化、可聯網，即物聯化的特點。從脈搏血氧儀和心電圖監測儀到健身可穿戴設備，智能醫療設備可續監控和跟蹤患者的生理狀況，并且通過藍牙連接在智能手機應用程序上遠程查看收集的健康數據。

另外一個重要的趨勢是，當健康數據可以被收集并分析，就意味著我們可以對自己的身體健康趨勢有一個提前的預判。劉俊認為，這也是醫療健康設備的物聯網化帶來的重要發展。隨著健康數據積累得越來越多，就更有可能對疾病做提前的預防和改善，而不是等到出現癥狀才進行治療干預。這其實才是更有意義的一步。

而這其中涉及的技術層面的問題，包括傳感器精度的提升以及算法的發展。劉俊介紹，現在可以利用機器學習等手段，通過大數據、云端運算的方式來訓練出算法，再把這個算放放到本地，以低功耗、低成本的方式來運行，同時這個算法也是不斷在進化的。“隨著數據量的增加和時間的推移，這個算法會變得越來越精準，也就是說我們每一個智能的醫療設備，它其實帶了一個小大腦，它能夠給你的趨勢或者數據做出更精確的一個診斷。”劉俊說。

據了解，Silicon Labs通過打造可擴展平臺方法來提供的物聯網連接，使客戶能夠為其智能家居中的主要應用場景選擇合適無線解決方案（Zigbee、Z-Wave、Thread、藍牙 Mesh、低功耗藍牙、Wi-Fi和專有協議），同時利用硬件、軟件棧來實現這些無線傳輸。

公配偉也強調，隨著人口老齡化的大趨勢，未來大健康數據將是迅速增長的產業。物聯網連接便是革新醫療保健和實現各種挽救生命應用載體。TE近年來一直專注于基于智慧健康設備的電源、信號、天線、數據的互聯方案。公配偉指出，智慧健康的關鍵技術指標包括堅固耐用設計、小型化以及數據連接。此外還有對使用壽命、一體化解決方案、容錯等方面的額外要求。

熱門垂直應用三：智能家居

智能家居是物聯網技術的一個重要的應用領域。近年來，在智能化、5G、AI、物聯網等新興技術的驅動下，智能家居行業得以快速發展。消費者正在采用智能家居技術，并從其帶來的增強便利性、安全性和舒適性中受益。在全球新冠疫情反復、無接觸服務需求增長、居家辦公模式逐步走向常態化的大背景下，預計將進一步催化智能家居技術行業的快速發展。

圖3：全球智能家居設備市場

劉俊指出，智能家居行業已經發展了20多年，尤其是過去幾年，隨著越來越多的智能設備進入家庭，比如智能燈泡、智能插座以及各類帶有傳感器的智能家居設備。一大顯著的趨勢是，智能家居設備的成本大幅降低。只有普通人能夠消費得起，整個行業才能進入規模發展。而成本問題不單單是器件層面，還包括開發成本。所以對于物聯網廠商而言，如何開發出低成本、更易用的產品是接下去的重點。

不過這其中也伴隨著新問題。隨著你的家越來越“懂”你，家里的每一個智能設備也同時保留了大量的私人數據，數據安全隱私保護成為智能家居產業關鍵的一環。

據了解，Silicon Labs很早就已經和生態合作伙伴一起研究物聯網設備以及數據安全的問題，其新一代的EFR32xG2x系列芯片提供了高級安全功能Security Vault，這是業內第一顆通過PSA高等級Level 3的物聯網芯片。

此外，生態化發展也是目前智能家居產業的重要趨勢。比如，現在有智能家居的設備都是來自于不同的廠家，我們需要讓各個廠家的設備都能夠互聯互通的，才能真正讓用戶體驗到智能化的魅力。“所以接下來產業面臨的狀況就是，生態有了以后，大家未來會打破這樣一個生態的壁壘，讓用戶無需考慮品牌或是來自于哪一個生態的產品，都可以讓整個家智能的運作起來。”劉俊說。

相應地，在智能家居方面，TE內部有一個單獨的家電事業部。公配偉介紹，TE的天線、應用工具、電纜組件、連接器、無源元件、繼電器和開關、傳感器、端子和管道解決方案可滿足客戶的特定設計要求，并預測設計挑戰的發生。

未來趨勢：萬物互聯 無限可能

萬物互聯正在不斷深入，并創造無限可能。從現階段的產業發展來開未來更多的趨勢和可能性，本期的大咖觀點總結下來主要集中在小型化、便攜化、低功耗等需求將繼續攀升。這對于方案設計端到應用落地端而言，都將不斷提出新挑戰。

在創新應用場景層面，則會有更多的可能性。

智慧農業

在智慧農業的應用上，更多的深入創新已經萌芽。嘉賓們提到，已經有運營商在農場奶牛監測的應用上更進一步，他們開始利用物聯網技術來監測奶牛的體溫、健康狀況、甚至關心奶牛們的運動狀況和情緒狀態——給它們播放音樂，鼓勵它們每天走一萬步…… 這些都可能影響奶牛的產奶質量。人們越來越相信，一頭健康且心情愉悅的奶牛，會產出更高質量的牛奶。這是非常有趣的視角，也是技術發展帶來的觀念革新。

電動工具

物聯網無線連接技術的發展，未來也將改變電動工具的應用。據劉俊介紹，比如電動工具在流水線上打螺絲的應用，可以通過藍牙的方式去配置電動工具的力矩，來針對某一個產品線進行標準化的操作。此外，無線連接技術還可以用于對電動工具等資產的追蹤管理上，以及預測性維護等。

Matter智能家居協議：Matter協議的發展也值得物聯網產業界進一步期待。Matter智能家居協議在成立之初就承諾，使用Matter協議的設備將可以兼容Aamzon、Google、Apple、Samsung等智能家居生態。Matter無疑將加速全球智能家居生態以及企業的融合，通過Matter來無縫對接全球智能家居市場，加快企業全球化戰略拓展速度為企業帶來的新增長。

從未來技術趨勢層面，5G、AIoT以及智能邊緣技術也將隨著物聯網進一步發展，成為物聯網應用的重要支持技術。

低延遲、高可靠性的物聯網應用連接將越來越關鍵。而5G的超可靠、低延遲通信容量和對時間敏感網絡的支持對于物聯網的采用非常重要。醫療保健領域的可穿戴技術，將增大從5G中的受益。

AI和物聯網（IoT）的相互融合滲透形成AIoT的概念，即將AI技術嵌入到IoT組件中，這一技術趨勢將越來越重要。將連接的傳感器和執行器收集的數據與AI相結合，可以在邊緣減少延遲、增加隱私和實時智能。

此外，智能邊緣計算也是另一個重要技術趨勢。隨著物聯網技術的發展，傳感器無處不在，這將導致收集的數據量大幅增加。然而，大多數物聯網設備的處理能力有限，因此數據處理在云端/上位機系統進行，數據中心通常遠離生成傳感器數據的物聯網設備。隨著物聯網生態系統變得更加復雜，以減少延遲并在響應來自物聯網設備的傳感器信號時實現近乎自主的決策，一些數據分析功能正在轉移到網絡邊緣，更靠近數據生成源。

“物聯網就是把一個沒有生命的東西變成有生命了。”這或許能從一個側面形象地總結物聯網技術對于當前的物理世界和數字世界所產生的影響。而技術的魅力正在于這種無限的可能性。

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