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SiliconLabs解读多协议无线技术探讨与应用

Silicon Labs(亦称“芯科科技”)无线工程团队基于长年积累的多协议无线开发知识以及协助客户进行无线网络部署的丰富经验,从而针对多种无线技术组合和情境制作了一系列应用文档,欢迎点击文末的阅读原文或复制下方网址下载并参考使用:https://cn.silabs.com/applications/enabling-technologies/multiprotocol

什么是多协议?
随着连接设备的方式不断增加,能够与不同类型的设备进行安全通信就变得非常重要。多协议无线技术可使无线设备通过多个无线协议或频率进行通信,帮助解决这一问题。

有两种主要的多协议类型:交换式和动态多协议,每种类型都有自己的优势和挑战,以及针对性的用例。

交换式多协议
涉及在一个芯片上运行两种不同的可能模式。协议和堆栈视图中的每个模式彼此分开。要交换协议,有两个选项:1) 引导加载您要包含其他协议栈的固件映像,进行通信,然后引导加载回其他映像,或 2) 让具有两种模式的一个映像完全启用或禁用每个协议。

其中一个示例是联网的家庭设备(如门或窗传感器),在其绝大部分使用寿命内只需要调试蓝牙即可加入网络,然后通过 Zigbee 通信。为此,您将寄出已编程或启用蓝牙软件的部件,通过电话与用户/安装者交流,然后禁用蓝牙,启用 Zigbee 并加入 Zigbee 网络。然后,通常返回蓝牙连接的唯一方法是通过用户中断(如按钮)或通过 Zigbee 连接到节点,以告诉它切换回蓝牙,因为设备不能同时留在网状网络并停留在其蓝牙连接上。交换间隔时间非常长 – 蓝牙需要数百毫秒,蓝牙网状网络则需要更长时间。

动态多协议
在交换功能上更加流畅和灵活,而且可以在两个协议之间更快速地跳跃。使用动态多协议时,您无需关闭或去初始化整个协议栈;只需保持两个协议的运行状态并对换正在使用物理无线电的协议,从而大大缩短了切换时间。您正在共享两个协议之间的最低阶依赖关系,通常是无线电(下图中以墙底砖表示)。通过更快切换,它使蓝牙低功耗 (BLE) 连接保持活动状态,同时保持 Zigbee/Thread 网络上的连接,从而确保您位于每个协议的时间窗口内,不会断开连接或从网络中删除。这允许节点通过 Zigbee/Thread 或蓝牙响应命令,这意味着通话中的用户可以控制节点和主网络。

动态多协议应用的一个很好的例子是门锁,您希望用户能够通过手机上的蓝牙锁上/解锁门,以及通过 Zigbee 使用传感器、时间表或云命令。

交换式多协议
动态多协议

优点

通常,整体系统成本选项较为便宜,因为您的主 IC 是所有选项中最简单的。

最简单的选项,因为您无需担心复杂的软件定时管理。

需要更少的开发。

无缝连接,易于使用。

保持 BLE 连接,同时留在网状网络上。

缺点

最不灵活的选项,因为您必须完全禁用一个协议才能启用另一个协议。例如,使用蓝牙时,您将失去所有连接,必须重新建立连接,使用 Zigbee 时,您将从网络中断开。

在两个协议之间切换需要更长时间,因为每次切换时必须关闭并重新启动每个协议。

需要软件和网络方面的专业知识,难以开发和测试。

需要严格的时间表,以确保您符合保持 BLE 活动状态的要求。


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