2017年慕尼黑上海电子展(electronica China)于上周完美收官。本次展会共有来自28 个国家的1,230 家展商前来参展,并吸引了68,215专业观众到场,红火的场面堪称历届之最。随着未来科技的广泛普及,本届展会众多大咖云集,集中展示电子领域最前沿技术,从无人驾驶到可穿戴设备等众多与物联网(IoT)应用相关的解决方案,无疑再一次吸引全亚洲的瞩目!

 

做为物联网市场领先的半导体软硬件解决方案供应商,芯科科技(SiliconLabs)也在展会同期举办的国际嵌入式系统创新论坛中,带来一场精采绝伦的IoT专题演讲:“Wi-FiZigBeeThread无线在2.4 GHz频带上共存的推动,点出今年物联网行业增长趋势和主要驱动力,同时针对IoT应用的骨干――多协议无线技术的设计、互通和共存进行了详细的说明,帮助行业人士掌握物联网应用起飞的关键爆发点。请一同来感受这场充满无线激情的演说。

 

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图说:Silicon Labs参加国际嵌入式系统创新论坛,吸引满座的听众并热烈互动。

 

物联网市场的增长

 

根据ABI Research对2020年物联⺴产业的预测报告指出,2020年智能家居设备销售量将达到3亿套、智能家居控制器销售量可望达3,000万套,而每个控制器可操控设备的平均数量也将逐渐增加。智能家居控制器包括:智能家居⾃动化、控制⾯板、⺴关和桥接器(Bridges)。面对未来的成长,无线技术将成为重要的观察指标。

 

Wi-Fi成为物联⺴的起动机

  • 将Wi-Fi⽆线电添加到智能家居⾃动化控制器中可使连接家庭获得巨⼤增⻓

  • 随着连接家庭的增⻓,更多主流Wi-Fi⺴关将增加物联⺴⽆线电的⽀持

  • 这两种现象相互促成物联⺴的增⻓

 

Wi-Fi/ zigbee共存策略

对于智能家居的发展而言,另一个至关重要的技术是与Wi-Fi同样基于2.4GHz频段的zigbee和Thread网状网络技术,担当起低功耗、高稳定性且支持大量节点互联的骨干网络。随著智能家庭充斥了五花八门的无线协议,这些技术标准的共存策略有其必要性。

 

智能家居控制器连接设备的数量正快速激增,必须利⽤如IEEE802.15.4的低功率⽆线产品可连接更多终端节点。这些控制器上的低功率⽆线电(例如IEEE 802.15.4 )的负载持续增加。好的共存策略将能确保Wi-Fi和其它2.4GHz⽆线电协议诸如IEEE 802.15.4之间的干扰受到良好控制,并减少整体系统性能的影响。

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Wi-Fi对zegbee/Thread的影响

 

关于Wi-Fi与IEEE 802.15.4 zigbee或Thread的频段使用情形如下:

  • zigbeeThread通信基于2.4GHz IEEE802.15.4

  • 16个频道(11-26),中⼼频率从2.405GHz到2.480GHz。每个频道具有标称的2MHz带宽。

  • Wi-Fi2.4GHz)基于IEEE 802.11

  • 13个重叠频道(1-13),中⼼频率从2.412GHz到2.472GHz。

  • 每个频道具有标称的22MHz带宽,但802.11n可绑定两个相邻的频道,产⽣标称的44MHz带宽。

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SiliconLabs针对2.4GHz无线协议共存的测试

  • 在不同功率下接收IEEE 802.15.4发送的信息,同时IEEE802.11nMCS3,20 MHz

  • 阻隔器在100%负载循环发送的情况下,来测量其对zigbee的影响

  • 同频道,相邻频道和远距离频道的捕获结果(如下图所⽰)

  • 使⽤Silicon LabsEmberZNetPROzigbee)堆栈开发的测试应⽤程序,测试

  • 应⽤程序在EFR32MG的受测设备(DUT)上运⾏,测试脚本⽤来控制DUTRF测试设备

  • Thread的测试结果相同

 

多协议zigbee/Thread方案的设计优势

针对2.4GHz无线协议的共存,Silicon Labs旗下的EFR32TMMighty Gecko系列多协议、多频段无线SoC产品可接收到⽐Wi-Fi发射功率总和低6dBIEEE802.15.4信号。使⽤-35 dBm或更低的Wi-Fi发射功率(100%占空⽐)EFR32MG1可以接收-80dBmIEEE 802.15.4信号。

 

此外,Silicon LabszigbeeSoC平台EM35x / EM358x亦可接收⽐Wi-Fi发射功率总合低6dBIEEE 802.15.4信号(如下图所示),提供设计工程师多样且完整的网状网络解决方案阵容,以克服与家庭中现有的Wi-Fi主流技术互通、共存的挑战。

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实现无线协议共存的重点整理

 

随着物联⺴的扩张和发展,越来越多的家居控制器将Wi-Fi添加到现有的低功率⽆线电上,共存势在必行;相对而言,越来越多⽀持Wi-Fi的⺴关也将添加蓝⽛,zigbee,Thread和其他⽆线协议,以实现连接设备的通信功能。

 

位于同⼀设备上的Wi-Fi太强会对IEEE 802.15.4性能产⽣重⼤影响,可以借助⾮管理和管理的共存技术来改进与Wi-Fi共处时IEEE 802.15.4的性能。实证显⽰,只靠⾮管理技术可能不⾜,因此需要管理的共存解决⽅案。当使⽤PTA时,Wi-Fi / IEEE 802.15.4共存测试结果显⽰IEEE 802.15.4性能有实质的改善。

 

欲了解Silicon Labs的zigbee和Thread与Wi-Fi的共存应用笔记,请参阅:http://www.silabs.com/documents/public/application-notes/an1017-coexistence-with-wifi.pdf

 

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