蓝牙与Wi-Fi和蜂窝网络实现物联网设计多样化

物联网 （IoT） 采用多种射频连接选项，并专注于硬件安全，在这里，蓝牙作为一种流行的短距离无线技术脱颖而出，通常与 Wi-Fi 或远程蜂窝技术（如 LTE-M 和 NB-IoT）相辅相成。

此外，硅供应商和组件供应商之间的传统鸿沟正在模糊。到目前为止，小批量物联网设计更喜欢预编程和认证的模块，而OEM正在使用自己的固件和开发工具生产数十万台蓝牙芯片。但随着 2010 年代中期物联网设计的出现，这种情况开始发生变化。

例如，2015年，芯片制造商Silicon Labs收购了Bluegiga Technologies Oy，这是一家蓝牙和Wi-Fi模块以及软件堆栈，开发工具和软件开发工具包（SDK）的供应商。收购总部位于芬兰埃斯波的Bluegiga清楚地表明，芯片制造商希望简化无线连接，同时提供高度集成的解决方案，从而加快物联网设计周期。

一开始，Silicon Labs就能够在欧洲建立一个设计前哨。但仔细观察就会发现，芯片制造商也在向模块业务扩张，以控制设计价值链的更大部分。

蓝牙 Wi-Fi 组合

Silicon Labs无线 Xpress平台包括经过认证的蓝牙 5 低功耗 （LE） 和 Wi-Fi 模块，以及集成协议栈和易于使用的工具。它通过高级Xpress Command API控制板载无线堆栈。

首先，这种预编程和预认证的平台消除了与众多复杂无线接口相关的艰巨开发工作。换句话说，物联网开发人员不需要投资于无线连接专业知识。

其次，这些模块不需要开发人员编写数百小时的代码，而是承担尽可能多的固件责任。第三，它们将主机处理设备（无论是微控制器还是微处理器）从网络处理任务中卸载出来。因此，物联网开发人员可以使用准系统8位MCU，而不是配备RAM，闪存等的更昂贵的32位MCU。

蓝牙和Wi-Fi组合普及的另一个证明是在2019年夏天，当时Wi-Fi模块供应商you？blox收购了Rigado的蓝牙模块业务。这笔交易的意图似乎很明确：补充两种流行的短程无线技术，以提供更全面的物联网设计解决方案。

泰利特等其他射频模块供应商正在内部进行Wi-Fi和蓝牙连接的集成。泰利特的WL865E4-P模块结合了Wi-Fi和BLE连接技术，适用于智能家居、工业控制和视频监控等高带宽应用。它支持 802.11 a、b、g 和 n 以及 595 mm 中的 BLE 5.02尺寸，围绕高通公司的QCA4020片上系统（SoC）构建，具有用于Wi-Fi和BLE的专用CPU，以最大限度地提高性能。

该模块还集成了安全硬件，以促进安全启动、闪存加密、复制保护、HTTPS 和 WPA/WPA2 个人和企业安全模式。这些保护措施在智能医疗保健和其他要求网络安全和数据隐私的物联网设计中大有帮助。

超越 Wi-Fi 的集成

另一个值得注意的组合是802.15.4标准，用于低速率无线个人局域网（LR-WPAN）和蓝牙。IEEE 802.15.4提供PHY和MAC层，上层有待为Thread，Zigbee和6LoWPAN等特定标准开发，有助于长达约10米的距离进行通信，最大传输数据速率为250 Kbps。

Redpine Signals的RS13100模块将双模蓝牙5与802.15.4连接集成在一起，可实现电池供电的设计，例如智能锁，健身手环，工业控制单元和位置标签。RS13100 的 ARM Cortex-M4F 应用处理器中的 DSP 协处理器可以加速人工智能 （AI） 算法。

图 2：RS13100 模块的框图显示了左侧的多协议射频系统。图片：红松信号

RS13100 具有可信执行环境 （TEE） 和独立的安全处理器，提供套件 B 加密硬件加速器、安全启动、安全固件升级、安全 XIP 和安全外围设备。这些安全功能在移动销售点终端、智能锁、患者监护设备和基于语音的安全订购等应用中至关重要。

然而，Wi-Fi和802.15.4仍然是短距离无线连接工具，在范围和网络容量方面补充了蓝牙。它们适用于特定的物联网环境，例如联网家庭、闭路电视监控、智能家电等。

资产跟踪等物联网用例需要蓝牙与 LTE-M 和 NB-IoT 等远程无线技术的组合怎么办？在这里，多无线调制解调器结合了低功耗蜂窝LTE和蓝牙连接技术。这允许支持蓝牙的传感器通过LTE网络与云平台连接。

蜂窝物联网中的蓝牙

Laird Connectivity的Pinnacle 100调制解调器提供完整的蓝牙5功能以及LTE CAT-M1和NB-IoT功能。它旨在通过低功耗LTE连接简化无线传感器数据与AWS IoT等云服务的桥接。它允许用户使用外部天线，包括莱尔德预先集成的Revie Flex LTE和NB-IoT天线，从而提供了天线灵活性。

低功耗LTE的另一个突出组合来自蓝牙专家Nordic Semiconductor。Thingy：91是一款蜂窝物联网原型平台，基于nRF9160系统级封装（SiP），该封装将多模LTE-M/NB-IoT调制解调器与nRF52840集成在一起，nRF52840是一款支持蓝牙5、Thread、Zigbee和ANT的多协议SoC。

图 3：可以通过短距离蓝牙 5 跟踪集装箱内的单个物品，而集装箱本身可以通过远程蜂窝链路远程跟踪。图片：北欧半导体

Thingy：91与iBasis的Nano（4FF）eSIM卡捆绑在一起;它预加载了 10 MB 的数据，有助于实现自动、即时和开箱即用的蜂窝 LTE-M 和 NB-IoT 连接以及漫游功能。

上述设计示例展示了蓝牙连接在高度多样化的物联网设计中的至关重要性。蓝牙通常与其他无线技术协同工作，为物联网应用构建多功能连接解决方案。

审核编辑：郭婷