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Matter和Wi-SUN带来低功耗广域网多方争霸的“芯”机遇

低功耗广域网(LPWAN)作为物联网的重要分支,得到了社会各界的关注。同样用一组数据来阐述LPWAN这几年的进展情况。截至2021年4月,全球已经有71个国家投资建设了129张移动物联网,其中NB-IoT网络达到93张。另根据IoT Analytics的预测,2017- 2023年间,低功耗广域网络连接数年复合增长率将达到109%,到2023年低功耗广域网络连接数总数超过11亿,用户在此类连接上的支出超过47亿美元。

Silicon Labs(亦称“芯科科技”)物联网无线技术经理Cristian Cotiga先生近期获邀参加行业媒体-与非网的低功耗广域网专题采访,他以问答形式探讨物联网行业的低功耗无线标准发展动态,并特别针对极具未来应用潜力的Matter和Wi-SUN技术进行深入解析。您可以点击文末的阅读原文或是访问Silicon Labs在线社区获取完整内容:

Silicon Labs物联网无线技术经理Cristian Cotiga先生

1. 2021年,在物联网领域发生了哪些重要的变革性事件,请举例说明。
Cristian: 随着时间的推移,在智能表计和智慧城市市场中,Wi-SUN技术将拥有较高的市场价值,原因如下:

智能表计和智慧城市市场的主要参与厂商一直在使用Wi-SUN,并对其提供了强有力的支持。
有一个强大的联盟在开发这项技术,并推动其采用和强化其互操作性。

拥有巨大的生态系统(已部署了超过1亿个具备Wi-SUN功能的节点),且已有多家供应商在开发和部署 Wi-SUN解决方案。

Wi-SUN 是一种可扩展的(无论是成千上万的节点数量还是城市规模的覆盖范围)、安全的网状网络(Mesh)技术,具有灵活的数据速率和调制功能,可以满足智慧城市和智能表计领域中的各种案例和应用。

它也是基于开放标准的,采用了经过验证且广泛应用的协议,如 UDP和IPv6等。由于Wi-SUN是基于互联网协议(IP)的,因此它支持在上层实现统一,并且可以利用与企业应用、网络管理、服务质量(QoS)、安全功能和人才库相关的大量知识和专业技能。这些对于开发和部署大规模的智能表计和智慧城市网络与应用至关重要。

以上这些就是Silicon Labs投资Wi-SUN技术并推动其发展的原因,我们坚信它会取得长期的成功。

2. NB-IoT、LoRa、eMTC、Sigfox、Wi-SUN分别在哪些应用领域占据优势?

Cristian: 上述每项技术都是为了应对某些特定的细分市场和应用场景而开发的。每项技术在其目标市场上都具备一定的优势。我的观点如下:

NB-IoT:非常适合需要移动性和全国/国际覆盖范围的应用。例如,跟踪集装箱运输。

eMTC:它是NB-IoT和LTE-M的5G版本,因此上述关于NB-IoT的说明也适用于此。

LoRa:适用于距离很远、数据很少/数据速率很低、发送频率也很低的应用场景。例如,森林土壤传感器每天只报告一次土壤湿度。

SigFox:目标应用场景与LoRa相同。主要区别在于SigFox的数据速率更低,有效负载也非常低,因此SigFox适合的应用就更加有限。SigFox是完全专有的,而LoRaWAN(上层)则是开放规范。

Wi-SUN:面向智能表计和智慧城市应用。该技术足够灵活,可以应对一些LoRa和SigFox的应用场景,但反之则不然。

3. “多模芯”成为一种趋势,您如何看待其中的叠加优势和成本劣势?

Cristian: 由于更多的物联网产品开始需要第二种协议(如蓝牙)在系统中可用,因此对多模片上系统(SoC)的需求开始变得更加旺盛。第二种协议可以简化这些设备的调试,并通过直接连接至移动设备增强了用户体验。除此之外,在多个协议之上运行的各种应用层更令人感兴趣,例如使用 Wi-Fi、蓝牙或Thread的Matter,它需要单个SoC通过并发或时间切片的方式同时支持多种协议。

Silicon Labs 是多协议解决方案的领先供应商,可以提供SoC和模块,以及相应的高品质软件,这些软件可以针对Zigbee和蓝牙、Thread和蓝牙、专有协议和蓝牙,以及Zigbee和Thread同时运行动态多协议配置(例如以时间切片方式)。这为各种技术的进一步统一打下了基础,目的是简化整体用户体验、减少市场混乱以及提升物联网的整体采用率。

4. 近期,芯片厂商都在推高集成度单芯片解决方案,这种趋势是否会在一定程度上蚕食模组厂商的市场份额?

Cristian: 集成一直是行业的趋势,而Silicon Labs一直是这方面的开拓者,通过实现混合信号集成,我们使整体解决方案更小型化、更快速、功耗更低、更易于使用、更具成本效益。然而,传统的解决方案将继续存在,并且不会完全消失,因为合规性要求会产生对模块化的需求。模块化简化了认证过程,允许独立的子系统单独进行认证,然后再用于更大的产品中(例如,经过认证的射频模块)。

此外,鉴于天线类型、尺寸和位置方面的挑战以及辐射能量相关的限制,开发高性能的无线产品会比较棘手。因此,许多并非专门研究无线技术的产品厂商更喜欢使用现成的模块,这些模块可以简单地附加到他们现有的非无线产品上。出于这个原因,Silicon Labs 坚信市场对模块的需求,并持续投资于下一代预认证射频模块,以解决产品厂商在无线电设计方面面临的诸多挑战,甚至是在更小的芯片面积上将天线纳入其中。

5. 您如何看待物联网中的可靠性问题?如何解决?

Cristian: 物联网的可靠性是一个众所周知的问题。我们正在看到更多的客户要求操作的可靠性达到99.99%,并且要在可接受的延迟时间内进行报告。较差的物联网可靠性带来的常见弊端包括:不合标准的无线电和各种无线干扰导致链路质量低下,未经充分测试的低质量软件,较低的产品质量,无法涵盖所有应用场景的通信协议,缺乏适当的安全性导致各类恶意攻击出现,较差的互操作性和整体很混乱的用户体验。

作为一家企业,我们充分致力于提高物联网的可靠性,我们和整个市场正尝试通过多种方法来解决该问题:

最先进的硬件和软件解决方案,包括可以减少发送/接受(TX/RX)错误和增加传输范围的高性能射频,在部署前经过全面测试的高品质软件,以及最新的安全技术。

更多地采用CI/CD开发和集成过程(CI/CD指持续开发/持续集成),这允许频繁的代码更改、改进和错误修复,同时不会因为可能要在更短的时间内交付多项较小的工作而影响整体质量。

参与标准组织,为即将推出的可推动物联网整合和增长的技术定义通用规范和要求。非常重视对客户和产品厂商案例的使用,协议规范的定义,以及实现最先进的安全性和一流的用户体验。

参与互操作性项目是确保不同供应商和解决方案组合在一起时作为同一网络的不同部分可以完全互操作并发挥功能的关键所在,进而可以消除最终用户和安装人员的挫败或困惑感。

大型网络测试可以保证在所有条件下对网络进行压力测试,并确定可能在现场造成问题的极端情况。

6. 物联网引发数据安全问题,可否从技术的角度来分析数据安全如何保障?

Cristian: 考虑数据安全主要在于考虑如何保护静态数据、传输中的数据和使用中的数据。对于静态数据,主要的技术是使用对称密钥简单地对数据进行加密,并安全地存储该对称密钥。对于传输中的数据,你可以使用非对称加密方法来共享公钥,然后使用公钥安全地传输对称会话密钥。对于使用中的数据,你确实必须考虑将在安全区域以明文形式操作数据的代码库与其他不受信任的代码分开。这通常是通过在Arm内核中创建类似TruztZone的可信执行环境(Trusted Execution Environment)来实现的。

以上这些很大程度上依赖于对基本密码算法的对称密钥的保护。在这方面,你就需要诸如Silicon Labs 的 Secure Vault 密钥存储等技术,Secure Vault技术可以安全地隐藏用于加密操作的密钥材料,并且绝不会将密钥暴露在安全子系统之外。

7. 您认为低功耗广域网生态呈现出哪些独有特色?未来发展趋势如何?

Cristian: 一个成功的低功耗广域网,其特点就是覆盖非常大的区域,且通常具有数千个甚至更大量的节点。这些节点拥有低带宽和非常低的数据速率,并且在自供电时电池寿命很长。这些特性可以被应用在许多应用场景中,例如公用事业计量、路灯、交通控制、停车、垃圾回收等,并且一直在开拓新的应用场景。

这些LPWAN网络在未来将受益于Wi-SUN等技术提供的互操作性,因此市政当局和城市所进行的投资可以得到充分利用,首先从最重要的应用场景开始,然后再根据需求和预算的情况增加更多应用场景。

8. 贵公司有哪些物联网相关的产品,竞争优势是什么?

Cristian: 如今的物联网设备正在推动成本、性能、功耗、安全性和集成度突破极限。多种无线协议被用于各种物联网设备中,这些协议彼此之间需要共存和互操作,从而增加了整体的复杂性。Silicon Labs 的使命是为物联网市场打造无线解决方案,以建立一个更智能、更互联的世界。我们拥有物联网设备所需的所有领先无线技术相关的产品,包括蓝牙、Wi-Fi、Zigbee、Thread、Z-Wave、专有无线、Wi-SUN和Matter。我们还拥有支持多个协议同时运行的产品,这是物联网设备的一项关键需求。高安全性和低功耗是我们所有产品的两项重要优势,我们将针对自己的每一代新产品在这两方面不断进行创新。

我们积极参与所有无线联盟的工作,并始终处于无线技术的前沿。我们产品组合中最近新增的一类产品是 Matter产品,Matter是一种由谷歌(Google)和亚马逊(Amazon)等多家大型公司合作打造的协议,连接标准联盟(CSA)也参与其中。Silicon Labs是Matter最大的代码贡献者之一,提供了20%的代码,是所有半导体公司中最多的。Silicon Labs 也是唯一一家通过统一的开发环境将如此广泛的无线产品聚合在一起的公司,为物联网系统开发人员提供了易于集成的解决方案。

明年,我们将继续沿着自己的创新之路前进,专注于Matter产品以及Wi-Fi 6和人工智能/机器学习(AI/ML)解决方案,而未来几年还将有更多的产品推出。


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    caroline

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