工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)將會(huì)廣泛采用蜂窩無線解決方案

1   哪類工業(yè)無線標(biāo)準(zhǔn)會(huì)流行

Nordic認(rèn)為業(yè)界將會(huì)廣泛采用用于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(IIoT)的蜂窩無線解決方案，特別是LTE-M和NBIoT，它們是由3GPP管理的開放開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)。最重要的是，這將可以確保全球范圍內(nèi)的互操作性和運(yùn)營可靠性。

現(xiàn)有數(shù)種適用于IIoT的近距離連接解決方案，關(guān)鍵問題是通過廣域網(wǎng)提供低功耗連接(LPWAN)。我們認(rèn)為蜂窩標(biāo)準(zhǔn)LTE-M和NB-IoT將會(huì)成為主流，因?yàn)長TE-M非常適合要求低功耗、低延遲和帶有移動(dòng)性的中等吞吐量應(yīng)用，例如資產(chǎn)跟蹤和可穿戴設(shè)備。另一方面，NB-IoT非常適合需要低功耗和長距離傳輸?shù)撵o態(tài)及低吞吐量應(yīng)用，例如智能計(jì)量、智能農(nóng)業(yè)和智慧城市應(yīng)用。

運(yùn)用Nordic在超低功耗領(lǐng)域擁有的專業(yè)知識，我們從頭開始構(gòu)建了自己的蜂窩解決方案，成果是高度集成的nRF9160系統(tǒng)級封裝(SiP)器件，它支持LTE-M和NB-IoT，包括覆蓋全球范圍所需的所有頻段。全球范圍覆蓋對于IIoT的可穿戴設(shè)備和資產(chǎn)跟蹤應(yīng)用尤為重要，使這些應(yīng)用能夠在涵蓋國內(nèi)和出口市場的單一平臺上實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，同時(shí)加快開發(fā)速度和縮短上市時(shí)間，還有節(jié)省庫存處理和物流成本的附加好處。

市場分析支持我們的前景展望。全球電信基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)導(dǎo)者愛立信預(yù)測，到2023年蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的連接總數(shù)將達(dá)到41億個(gè)，是相同時(shí)期的19億個(gè)5G連接的2倍多。此外，愛立信預(yù)計(jì)，到2024年NB-IoT和LTE-M技術(shù)將占據(jù)所有蜂窩IoT連接的45%，它們在頻譜帶上將與5G共存。從長遠(yuǎn)來看，NB-IoT/ LTE-M驅(qū)動(dòng)的IIoT有能力與5G基礎(chǔ)設(shè)施共存，將會(huì)是蜂窩技術(shù)占據(jù)主導(dǎo)地位的決定性因素。

2   應(yīng)用中的挑戰(zhàn)

在挑戰(zhàn)和困難方面，IIoT面臨著巨大的互操作性問題，因?yàn)樵诰嚯x相對較短的無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之中，藍(lán)牙、ZigBee和Thread等協(xié)議在近端層面相互競爭。

在LPWAN層面，LoRaWAN與Sigfox競爭，出現(xiàn)了相同問題。我們最近推出了用于LPWAN 的nRF9160器件，支持蜂窩IIoT/IoT和LTE-M/NB-IoT蜂窩標(biāo)準(zhǔn)。

資產(chǎn)跟蹤是適合采用這種蜂窩方法的典型工業(yè)場景。例如，位于紐約的Crosby Technologies在其ShipSafe資產(chǎn)跟蹤器中使用了Nordic的nRF9160，使用戶可通過成熟且廣泛的蜂窩基礎(chǔ)設(shè)施遠(yuǎn)程監(jiān)視寶貴貨品的位置和狀況。

ShipSafe具有一個(gè)內(nèi)置加速度計(jì)，可以檢測并報(bào)告被監(jiān)視貨品在前往目的地的途中是否遭受了可能破壞。貨品在運(yùn)輸途中損壞的問題，一直困擾著全球貿(mào)易。根據(jù)Forrester Research調(diào)查，大約有1/4的網(wǎng)購商品被退回。亞馬遜21%的退貨是由于商品在運(yùn)送時(shí)損壞所導(dǎo)致。由于運(yùn)輸過程中的損壞，每年大約有2.6億件經(jīng)亞馬遜銷售的產(chǎn)品要退還給發(fā)件人，這在亞馬遜2019年接近380億美元的運(yùn)輸成本中占據(jù)了不小的部分。在這種情況下，蜂窩IIoT是主流RFID跟蹤解決方案的替代方案?；趎RF9160 SiP的設(shè)備可以輕松地與低功耗藍(lán)牙收發(fā)器相互配合，然后與相對廉價(jià)的低功耗藍(lán)牙助力傳感器配對使用。這樣，便可以在全球500萬個(gè)手機(jī)發(fā)射塔的范圍內(nèi)，實(shí)時(shí)跟蹤和監(jiān)視商品狀況。

3   Nordic的解決方案

●   支持LTE-M和NB-IoT的nRF9160 SiP Nordic高度集成的nRF9160器件支持LTE-M和NBIoT的全球覆蓋范圍。這款SiP器件在單一芯片上集成了傳統(tǒng)的調(diào)制解調(diào)器和基于Arm^?Cortex^?-M33的功能強(qiáng)大的MCU，從而確保整個(gè)系統(tǒng)具有極低功耗。

借助先進(jìn)的芯片封裝技術(shù)，Nordic的nRF9160結(jié)合了單片芯片設(shè)計(jì)與高質(zhì)量RF前端(RFFE)，以及電源管理和系統(tǒng)時(shí)鐘，使nRF9160成為緊湊、完整、節(jié)能的蜂窩IIoT解決方案。除了nRF9160之外，僅需要少量的無源組件、1個(gè)天線和(e)SIM即可實(shí)現(xiàn)完整的蜂窩IIoT解決方案。

●   支持藍(lán)牙AoA定位等多協(xié)議的nRF52833 SoC定位功能對于滿足IIoT的需求至關(guān)重要，Nordic的多協(xié)議nRF52833 SoC可以提供適合諸多應(yīng)用的解決方案。例如，位于北京的定位技術(shù)公司藍(lán)色創(chuàng)源已選擇nRF52833為其低功耗藍(lán)牙到達(dá)角(AoA)定位系統(tǒng)“BlueIOT”提供核心處理能力和無線連接。Nordic的nRF52833先進(jìn)多協(xié)議SoC結(jié)合了1個(gè)帶有浮點(diǎn)單元(FPU)的64 MHz、32位Arm^?Cortex^?-M4處理器和2.4 GHz多協(xié)議無線電，以支持藍(lán)牙5.2規(guī)范和測向功能。

截至2020年10月，全球僅有少數(shù)SoC器件可以滿足實(shí)施IIoT/IoT低功耗藍(lán)牙AoA定位解決方案的所有需求，而nRF52833是其中之一。

●   與利爾達(dá)合作分銷業(yè)務(wù)2020年，Nordic的一項(xiàng)重要配置策略是擴(kuò)大在中國超低功耗無線市場 (包括IIoT解決方案在內(nèi)) 的占有率，并且我們與杭州的利爾達(dá)科技集團(tuán)有限公司達(dá)成了分銷協(xié)議。該公司專門在國內(nèi)、香港和澳門提供嵌入式系統(tǒng)、機(jī)器對機(jī)器(M2M)解決方案和設(shè)計(jì)服務(wù)。

（注：本文刊登于《電子產(chǎn)品世界》雜志2020年11期）