Qorvo半導體的『這個知識不太冷』系列，旨在幫助小伙伴們喚醒知識的記憶，將挑選一部分Qorvo劃重點的知識點，結合產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀解讀，以此溫故知新、查漏補缺。本篇將介紹物聯(lián)網(wǎng)(IoT)的一些基礎知識及其應用、主要市場趨勢和一些重要的物聯(lián)網(wǎng)技術。還為大家展示這些標準如何使用，以及市場如何轉(zhuǎn)向更高的互操作性。

? ? 什么是物聯(lián)網(wǎng)？ ? ?

快速追溯互聯(lián)網(wǎng)作為一個整體是如何演變的，可以幫助我們了解物聯(lián)網(wǎng)。

互聯(lián)網(wǎng)最初只是一些少量通過有線連接的軍用和政府計算機。隨著時間推移，互聯(lián)網(wǎng)不斷擴大，全世界數(shù)以百萬計的人都可以使用，而萬維網(wǎng)讓任何人都可以發(fā)布供公眾使用的信息。而無線連接的快速普及又帶來了第二次飛躍式發(fā)展。在Wi-Fi和蜂窩通信技術的發(fā)展推動下，網(wǎng)絡開始急速擴張。智能手機和其他聯(lián)網(wǎng)移動設備使互聯(lián)網(wǎng)連接不再受具體的地理位置束縛，能夠在幾乎任何地方使用。

而且，已經(jīng)不止是計算機使用互聯(lián)網(wǎng)。許多其他類型的設備開始包含簡單的計算和聯(lián)網(wǎng)功能。物聯(lián)網(wǎng)一詞源于21世紀早期，用于描述越來越廣泛的聯(lián)網(wǎng)對象及其用途。2005年，國際電信聯(lián)盟(ITU)正式確認了這個術語。國際電信聯(lián)盟將物聯(lián)網(wǎng)定義為“由連接到互聯(lián)網(wǎng)并在需要最少或不需要人工干預的情況下相互通信的智能對象組成”。這些對象通常通過網(wǎng)關連接到物聯(lián)網(wǎng)平臺，該平臺由從傳感器、控制器和其他設備收集數(shù)據(jù)的軟件工具和服務組成。

如今，物聯(lián)網(wǎng)就是將許多不同類型的對象連接到互聯(lián)網(wǎng)，例如傳感器、感應式控制器和遠程監(jiān)控設備。根據(jù)思科公司的說法，我們連接到互聯(lián)網(wǎng)的“物”或?qū)ο蟮臄?shù)量已超過全球人口數(shù)，實際上，10年前就超過了。

圖1-1總結了這些變化。在感知和連接層，該平臺將物聯(lián)網(wǎng)硬件連接到執(zhí)行數(shù)據(jù)處理和存儲的網(wǎng)絡應用。中間是平臺層，用于存儲、保護、處理和分析數(shù)據(jù)。在最終用戶層，它連接至最終用戶應用，通過這些應用監(jiān)控并解讀來自物聯(lián)網(wǎng)設備的數(shù)據(jù)，并發(fā)送指令，要求設備執(zhí)行諸如鎖好前門或打開車庫門等操作。

圖1-1：物聯(lián)網(wǎng)的各層。

物聯(lián)網(wǎng)平臺通常提供以下這些類型的服務：

可適應：物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)可以根據(jù)運行條件、用戶輸入或感知到的信息動態(tài)適應不斷變化的環(huán)境。

唯一可確定身份：每個物聯(lián)網(wǎng)設備都有一個唯一的身份，比如一個互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議(IP)地址。通過這些物聯(lián)網(wǎng)設備地址，用戶可以遠程查詢、監(jiān)視和控制設備。

可自動配置：網(wǎng)絡中的物聯(lián)網(wǎng)設備可以自動配置，使許多支持物聯(lián)網(wǎng)的設備能夠相互協(xié)作，提供完整的系統(tǒng)功能。

網(wǎng)絡集成：物聯(lián)網(wǎng)設備可集成到物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡中，以實現(xiàn)節(jié)點、網(wǎng)關和基礎設施之間的通信。

做出明智決策：物聯(lián)網(wǎng)設備可以做出決策，從而適應不斷變化的環(huán)境條件。

? ? 物聯(lián)網(wǎng)市場和趨勢調(diào)研 ? ?

消費者、企業(yè)和政府都在快速采用物聯(lián)網(wǎng)。主要市場包括家用電子產(chǎn)品（例如電視和其他家庭娛樂系統(tǒng)）、家用電器（例如洗衣機和烘干機）、汽車部件和駕駛員接口以及安全系統(tǒng)。物聯(lián)網(wǎng)還在智能手表、體能監(jiān)測器和健康監(jiān)測器等可穿戴設備中發(fā)揮著重要作用。

據(jù)研究技術發(fā)展趨勢的調(diào)研公司表示，未來看起來更加光明。以下的一些預測能夠說明物聯(lián)網(wǎng)非凡的增長潛力：

Statista預計，到2025年，全球物聯(lián)網(wǎng)市場預計將增長到1.6萬億美元。

Frost&Sullivan預計，到2025年，全球前600個智慧城市的國內(nèi)生產(chǎn)總值(GDP)將占全球國內(nèi)生產(chǎn)總值的60%。到2025年，智慧城市將代表2萬億美元的技術市場價值，人工智能(AI)和物聯(lián)網(wǎng)將成為主要驅(qū)動力。

據(jù)GrandView Research稱，到2025年，醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)預計價值 5343 億美元。

據(jù)Grand View Research稱，到2025年，精準農(nóng)業(yè)（利用物聯(lián)網(wǎng)技術盡可能簡化每個農(nóng)業(yè)生產(chǎn)流程，并提高其效率）行業(yè)預計將價值430億美元。

? ? 確定推動實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的無線標準 ? ?

目前，我們使用多種無線技術標準連接物聯(lián)網(wǎng)設備。其中一些是我們熟悉的技術，例如藍牙、Wi-Fi和Zigbee，另一些則是不太常見的專有解決方案。圖1-2總結了當前的狀況。根據(jù)范圍，可以分為三個部分。如圖1-2所示，從用戶的角度來看，由于使用了多種標準，整個物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)變得混亂、難以管理。

物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品生產(chǎn)公司通常根據(jù)范圍和數(shù)據(jù)類型來選擇使用的標準。例如，他們可能需要傳輸媒體內(nèi)容或傳感-控制數(shù)據(jù)。面對一系列標準技術和專有技術，系統(tǒng)設計人員可以從中選擇最適合優(yōu)化其最終用戶設備性能的技術。但對最終用戶來說，未必始終會這么簡單。

圖1-2：物聯(lián)網(wǎng)的早期階段，是一個高度分散的標準生態(tài)系統(tǒng)。

目標：互操作性

互操作性是指一個產(chǎn)品或系統(tǒng)在當前和未來不受任何限制地與其他產(chǎn)品或系統(tǒng)協(xié)同工作的能力。

消費者希望他們所有的無線家庭設備都能以即插即用的方式進行通信。他們不希望浪費心力來確認他們想要購買的新物聯(lián)網(wǎng)設備能否與當前的網(wǎng)絡兼容。他們希望購買的無線產(chǎn)品能夠自動工作。但是，如今這還不可能。購買可聯(lián)網(wǎng)的門鎖或燈泡是一項復雜工作，因為您需要考慮它如何與您的其他家庭設備通信，包括使用Alexa、Google Assistant或Siri的設備。

一些制造商采用無線標準來實現(xiàn)基本連接，但會添加他們自己的專有解決方案來控制物聯(lián)網(wǎng)設備并與之交互。但是，這種做法也需要付出代價，特別是對于那些必須經(jīng)歷復雜的購買和安裝過程的用戶來說，因為他們購買的新設備并不像他們預期的一樣，能夠輕松融入現(xiàn)有網(wǎng)絡。

Matter，前來解決問題

為了幫助提高消費類產(chǎn)品的互操作性并降低整體復雜性，Amazon、Apple、Google和Samsung等行業(yè)領導企業(yè)共同協(xié)作，以支持一種名為Matter的新標準。如圖1-3所示，如果生態(tài)系統(tǒng)使用更少的標準和Matter這樣的協(xié)議，它會變得更簡單。Matter會使物聯(lián)網(wǎng)設備變得更易于使用，同時統(tǒng)一協(xié)議格局Matter還處在發(fā)展初期，但它體現(xiàn)了向正確方向邁出的一步。Matter的總體目標是為互聯(lián)家居提供即插即用的消費類物聯(lián)網(wǎng)設備。它將在互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議(IP)之上提供一個層，其中包括一組適用于所有Matter連接設備的預定義方案。這將使設備能夠了解它們正在與什么類型的對象進行通信，以及這些對象可以做什么。

圖1-3：市場中的開放式物聯(lián)網(wǎng)標準。

例如，恒溫器可以共享有關溫度和風扇運行的數(shù)據(jù)。新Matter標準將支持這兩種應用，采用一種通用方式與恒溫器和風扇通信。

Matter將支持終端設備或節(jié)點，即物聯(lián)網(wǎng)中的“物”，這些“物”將與許多Wi-Fi網(wǎng)絡pod通信。

Pod安放在網(wǎng)絡（例如住宅）中的適當位置，并且會自動連接至主路由器。然后主路由器連接至互聯(lián)網(wǎng)。這樣就可以消除無線死區(qū)，也無需靠近路由器或中繼器，從而擴展了網(wǎng)絡信號。

綜上所述，Matter可將物聯(lián)網(wǎng)的幾個要素融合在一起，例如Wi-Fi、Zigbee、藍牙和藍牙低功耗。將這些單個物聯(lián)網(wǎng)標準集成于一體，有助于物聯(lián)網(wǎng)進一步提高互操作性，使整個生態(tài)系統(tǒng)輕松實現(xiàn)即插即用。

最終，Matter允許普通的非技術型消費者隨意選擇喜歡的物聯(lián)網(wǎng)設備，不再局限于不支持互操作的專有生態(tài)系統(tǒng)。

超寬帶

圖1-2還顯示了另一種正在興起的技術，稱為超寬帶 (UWB)。超寬帶廣泛用于精準微定位物聯(lián)網(wǎng)解決方案。它可以在室內(nèi)和室外精準可靠地測量設備距離和位置，且功耗極低。

超寬帶是一種基于IEEE802.15.4a和802.15.4z標準的無線電技術，能夠更精確地測量無線電信號的飛行時間，從而實現(xiàn)厘米級精度的距離/位置測量。它可以提供高達27Mbps的數(shù)據(jù)通信能力，僅耗用極少電能，因此設備可以使用紐扣電池連續(xù)工作多年，中途無需重新充電或更換。超寬帶還提供了一種新的無線安全通信方式，為各種新型安全交易模式打開了大門。

這項技術標準將在智能家居、汽車安全無鑰門禁、安全支付處理和工業(yè)4.0等領域開創(chuàng)新的物聯(lián)網(wǎng)用例。您可以閱讀『這個知識不太冷』探索超寬帶技術，進一步了解超寬帶技術。

超寬帶可以很好地融入物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)。它安全、準確、由電池供電，適合物聯(lián)網(wǎng)中的許多應用。盡管超寬帶適合許多應用，其中一些還有待探索，但它最開始是針對感應式門禁、定位服務和點對點應用中的用例。它成為新型智能手機中的射頻(RF)鏈之一，支持實現(xiàn)智能汽車門禁、安全樓宇門禁和智能家居設備連接。

無論是個人還是企業(yè)，都希望能夠?qū)崟r定位任何東西，無論其大小如何。對于物聯(lián)網(wǎng)和智能家居應用，超寬帶資產(chǎn)標簽比以前使用的藍牙或Wi-Fi更精準。使用藍牙和Wi-Fi，通過資產(chǎn)標簽只能定位到大致位置，而使用超寬帶，可以實現(xiàn)準確定位。例如，藍牙標簽會顯示您的鑰匙在房間或客廳的某個區(qū)域，但超寬帶會顯示資產(chǎn)標簽或鑰匙掉在沙發(fā)墊子下面。

超寬帶還開啟了使用手勢的新世界，這意味著語音命令有時可作為啟動應用的第二種選擇。例如，當您進入房間時，燈會自動打開，或者當您坐到辦公桌前時，計算機會自動開啟。超寬帶使此類應用成為現(xiàn)實，開啟了許多全新的變革性使用案例。為了確保在使用超寬帶時保持互操作性，F(xiàn)ine Ranging(FiRa)聯(lián)盟將半導體、汽車、基礎設施和消費領域的50多家公司重新分組，積極致力于確定協(xié)議定義，以保證其互操作性。因此開發(fā)人員能夠?qū)⒊瑢拵в糜谠S多新應用，例如增強現(xiàn)實、智能家居應用和移動支付。

5G和Wi-Fi 6/6E

5G和Wi-Fi 6/6E是推動物聯(lián)網(wǎng)普及的兩項關鍵技術，全球各地的企業(yè)、住宅和城市都在向著無線和有線生態(tài)系統(tǒng)數(shù)字化邁進。這兩項技術將推動集成、封裝和性能方面實現(xiàn)更大進步。

Wi-Fi 6提供更快的速度、更大的容量（數(shù)據(jù)速率和連接用戶或設備兩方面）、更低的功耗和更高的安全性。Wi-Fi 6E可以提供Wi-Fi 6的功能和容量（包括更高的性能、更低的延遲和更快的數(shù)據(jù)速率），同時將Wi-Fi擴展至6GHz頻段范圍。它還提供超過Wi-Fi 6兩倍以上的頻譜，額外提供7個非重疊帶寬160MHz信道。這些額外的信道將減少擁塞、提高性能并減少延遲。

Wi-Fi6/6E覆蓋支持物聯(lián)網(wǎng)設備（例如智能恒溫器和安保攝像頭）的小規(guī)模網(wǎng)絡。與之相比，5G等蜂窩網(wǎng)絡為移動設備提供全球網(wǎng)絡覆蓋。5G和Wi-Fi 6/6E協(xié)同作用，幫助物聯(lián)網(wǎng)發(fā)揮其全部潛力。

5G網(wǎng)絡通過配置，可以滿足多種不同應用的需求，每種都支持不同類型的用戶設備。這些應用大致可分為三類：

增強型移動寬帶(eMMB)

超可靠的低延遲(uRLLC)

大規(guī)模機器類型通信(mMTC)

物聯(lián)網(wǎng)涵蓋mMTC和uRLLC應用。這些5G應用未來將可以支持更多的物聯(lián)網(wǎng)設備和數(shù)據(jù)。此外，5G將增加邊緣計算的采用，以更快處理操作點附近的數(shù)據(jù)，這將為進一步在無線和有線生態(tài)系統(tǒng)中推行物聯(lián)網(wǎng)提供跳板。但是，Wi-Fi是一項未許可頻帶技術，而蜂窩5G是一項許可頻帶服務，所以部署新設備連接可能需要支付額外費用。