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物联网开发平台选择策略

作者:时间:2017-03-13来源:电子产品世界

  引言

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201703/345139.htm

  在2017年1月深圳举办的“第六届EEVIA年度中国ICT媒体论坛暨2017产业和技术展望研讨会”上,Cypress亚太区市场应用总监杨学贤先生谈了“开发平台选择策略”及其WICED产品。

  1 2016年达到了新阶段

  在刚刚过去的2016年,在物联网行业印证了我们常说的一句话:唯一不变的是变化。就拿杨学贤先生来说,2016年上半年还在Broadcom IoT BU(业务部门),而下半年变成了Cypress IoT BU,这是因为Cypress收购了Broadcom的IoT BU。

  谈到变化,2016年有两个变化值得关注。第一个变化是2016年物联网设备的销量,在数量上已经超过了传统的网络设备,诸如PC、笔记本电脑、PAD(平板电脑)、智能手机这些智能网络设备。几年前我们在谈物联网的发展前景,预测2020年物联网设备的数量,无论是300亿、400亿还是500亿台,都是一个巨大无比、让大家将信将疑的数据,2016年的数量超越让很多人相信物联网这个巨大的市场是真的有,并且已经来到了我们的眼前。

  物联网的巨大市场中,其中至少有20%是在中国设计、生产、制造的。像智能手机,中国市场占全球的50%。20%的确是一个小目标。即使这样一个小目标,也是超越十万亿元规模的一个庞大市场。所以这是值得大家关注的第一个变化:2016年物联网设备在数量上已经完成了超越,2017年将拉开距离。

  第二个变化,市场研究机构Gartner在2016年公布的新兴技术成熟度曲线中,物联网一词没有像往年一样上榜,取而代之的是机器智能、物联网平台、智慧家庭等物联网细分领域的词汇。这说明物联网在朝着细分领域——应用的广度、技术的深度还有行业市场在发展。物联网在很多行业已经有相当大的规模,例如车联网、智慧城市、医疗物联网、工业物联网等,还在保持着快速的发展。

  以上这两个变化,标志着物联网的发展已经进入了一个新的阶段。

  2 物联网的两大连接技术

  在这个新的阶段里,如果只是靠创意、忽悠或外表颜值等,就不再容易吸引客户或投资人了。物联网的新阶段要靠实力,我们探讨物联网开发平台,就是为了增强实力。随着物联网应用到企业的日常经营中,物联网能够给企业带来很多变化,例如,让生产的过程更加智能化,改变产品模式转型到服务模式。企业还可以充分利用物联网来研究新的发展模式或商业模式。举个例子,在制造业,有制造业采购经理指数(PMI),PMI反映制造业的整体状况。如果物联网把PMI细分到会议行业,有一个“会议指数”,就能够知道我们今天这个研讨会是在这个月开人气高,还是上个月开人气高,是在北京开效果好,还是在深圳开效果好。所以物联网可以非常精准地来指导企业的生产经营活动。

  在物联网发展的新阶段更要依靠创新。在过去几年构成物联网设备的主要部件,诸如微处理器、存储器、传感器等都取得了长足的发展。这降低了产品的成本,提升了用户的体验。在硬件的基础上是软件的蓬勃发展,形成了很多软件的产业链。之后,日益功能丰富的云服务平台集成了越来越多的服务功能。

  3 推动物联网设备的新发展的新技术

  *Wi-Fi。未来,2020年通过Wi-Fi传输的网络流量每个月会超过38个Exabytes。Exabyte比Gigabyte还高9个数量级。通过Wi-Fi网络传输的数据流量,比通过运营商的无线网络传输的数据流量还超出了25%。

  Wi-Fi经过11a/b/g/n/ac共5代20多年的发展,已经成为我们网络生活的必需品(如图1)。当我们在探讨NB-IoT、Lora这些物联网新兴技术的时候,也不要忘了Wi-Fi早已经独步江湖多年了。独孤求败,Wi-Fi国际组织也在制定一些新兴的技术标准802.11ax、802.11ah。

  图1 Wi-Fi标准的发展路线图

  *蓝牙。蓝牙也是物联网设备里重要的无线连接技术。估计有三分之一的物联网设备要通过蓝牙来连接。2016年12月蓝牙技术联盟(SIG)刚刚推出了新的规范——蓝牙5,契合了物联网应用中的一些新需要,诸如可穿戴设备、智能家居、医疗物联网、工业物联网等。不久后我们将会看到很多蓝牙5的产品。蓝牙5相比于上一代的蓝牙4.2来说,其功能提升可以用2、4、8这三个数字来概括。

  “2”的意思是蓝牙5的BLE的速率是2Mbps,比蓝牙4.2的1Mbps提升了2倍;“4”指传输距离扩大了4倍,蓝牙5可以传的距离,据说可以达到300米;这样很大的一个覆盖范围,比蓝牙4.2扩大了很多;“8”的意思是广播数据量扩大了8倍,为此,可以传输更加丰富的数据,数据更加智能化,可以改变蓝牙传输信息的一些方式,例如实现MESH这样的一些应用。蓝牙5还增强了抗干扰能力,因为它采用了新的跳频算法,可以规避和Wi-Fi、LTE网络之间的冲突,所以可以在有限空间下避免信号拥堵。

  4 云服务在变化

  物联网设备还需要直接或者间接的接入到云端。这样才能够充分提升它的价值。比如非常火的亚马逊语音助手Alexa,目前可以做的事情已经超过了七千项,并且每天还以100项的速度在扩增。

  所以在物联网发展的新阶段,整个云服务的平台也在不断地细化。行业云是未来几年发展的重点,像国际上的亚马逊、微软、谷歌,以及国内的云服务平台,也都在朝着物联网云服务细化的领域发展。电信运营商以及行业的一些领导者都在朝这个方向发力,把物联网设备和行业云结合在一起。例如GE的Premix就是一个很好的工业物联网的例子。

  从物联网设备到云接入,从数据分析、人工智能到执行,物联网设备和云端正在改变着很多的行业。云平台都在努力降低物联网设备的门槛,他们希望通过几周甚至是几天的时间,就能够完成云对接的开发工作。

  我们知道有很多云平台,不同的用户有不同的要求和习惯。物联网设备怎样灵活地接入不同的云平台,给客户提供更多的价值和更好的服务?这是开发者必须思考的问题。

  互联网设备是传输数据还是传输语音?它传输的是音视频?还是检测更多的信号?采用什么网络方式?选择哪种无线连接技术?端到端的互通性又怎么保证?这些也是开发者必须要解决的问题。另外,物联网设备更新换代快,开发周期短,需要很快地推出产品,并且持续地迭代更新升级,这还是物联网设备开发者必须面对的问题。

  这么多的问题怎么办?如何打造属于自己的物联网开发平台——不仅可通过物联网开发平台来增强产品和服务的灵活性和竞争力,还可以以平台的不变来应对互联网的万变?

  5 Cypress的IoT平台:WICED

  关于竞争,俗话说:“不怕神一样的对手,就怕猪一样的队友。”打造互联网开发平台就是要选择队友。Cypress IoT平台WICED就是一个好队友。

  早在2011年,当时Broadcom就推出了嵌入式设备互联网无线连接平台WICED。WICED是一个具备集成性和操作性的开发套件,包括芯片、开发板、开发工具和SDK。WICED最新发布了SDK4.0版本,WICED SDK 包括Wi-Fi 和蓝牙协议栈以及简化的应用接口,开发者不需要去学习复杂网络协议和无线技术。WICED平台支持全球大多数的云服务,开发者不需要掌握相关的云服务协议即可以开发物联网产品。

  WICED是一个物联网设备生态系统,包含全球范围内众多的合作伙伴,24小时在线社区。WICED目的是帮助客户跟进物联网的新技术,减轻开发负担,加速产品的开发进程。WICED的平台有很多芯片。

  WICED有新的Wi-Fi-only解决方案,如11n、11ac,以及未来11ax、11ah等。接口有SDIO、USB。这些芯片的特点是低功耗,互通性好,连接稳定。如BCM43362 配合很多厂家的MCU,在智能家居中应用广泛。

  还有WICED的Wi-Fi SoC芯片,集成了ARM核,如BCM43903支持160MHz Cortex-R4的核,2.4G 11n,还集成1MB SRAM;BCM43907是2.4G和5GHz双频,320MHz Cortex-R4的核,集成2MB SRAM。Wi-Fi SoC在新兴的物联网设备中的应用将越来越多。

  物联网设备发展趋势是整合多种无线技术,使用最多是Wi-Fi/BT Combo(组合)芯片。WICED平台有十多种Combo芯片,蓝牙有BT、BLE,Wi-Fi有单频双频,有11n、11ac,有1x1和2x2。

  WICED平台也支持多款双模蓝牙,蓝牙BR/EDR和低功耗蓝牙BLE。有些蓝牙芯片用于数据传输,通过串口或者USB连接host,蓝牙profile可以在Host处理器上运行,也可以在蓝牙芯片上运行。在一些简单应用中,可以把应用跑在蓝牙芯片内嵌的ARM核上,省去host, 当作蓝牙SoC(系统芯片)或者BLE SoC来用。WICED的蓝牙芯片功耗低,处理能力强,技术领先,比如BCM20735和BCM20719支持2Mbps BLE连接(注:BLE 2Mbps连接属于Bluetooth 5的功能)。

  6 WICED平台还支持Zigbee蓝牙Combo芯片

  不同的连接方式,不同的网络协议,适用于不同的场景。当开发平台支持各种连接技术时,可以根据实际应用情况,灵活选择合适的无线连接方式。WICED这些无线连接芯片,帮助客户轻松应对互通设计测试认证等挑战。

  这些芯片也都有开发板和芯片,都需要软件来支持,这就是SDK。物联网开发中可能遇到很多实时操作系统(RTOS)、不同规格的处理器、各种网络协议和新兴的技术标准。多数客户没有这么多的技术专家。使用WICED SDK客户不再受限于这些困难。WICED持续升级、集成和整合新的功能。

  Wi-Fi和Bluetooth通常需要通过多项测试认证,WICED评估板和SDK都通过相关认证的预测试,客户只需拿着自己的产品重新跑一下流程就可以了。因此,采用WICED搭建物联网开发平台,可以减少很多繁琐工作,客户只需集中精力来去做它的产品和应用,尽早地推出新品和爆品。

  物联网开发平台要方便地接到云端,WICED接入云端很简单。例如一位合作伙伴采用WICED开发板,其中用了BCM4343W模组,开发板两边PIN out与Audino兼容。在这个开发板运行WICED AWS SDK,配合手机APP,就形成了设备端-云端-客户端的典型物联网应用。该模块已通过FCC和CE认证,把它嵌入到传统的设备中,传统的设备就变身成AWS物联网设备。

  当然,不同的云服务平台往往不是互通的。那么物联网设备怎样能在不同的云端穿梭呢?WICED可以做到。例如WICED可以同时连接两个或更多的不同的云平台。

  另外,WICED平台提供了一种低成本的测试套件WICED Sense,大小和手表差不多。WICED Sense是物联网原型设备,内部有的蓝牙智能芯片,集成的MEMS传感器有陀螺仪、加速度计、电子罗盘、压力、温湿度。只需几分钟,就可以将测试套件和智能手机连接起来,以进行原型设计,验证方案的可行性。

  有很多用WICED来测试创意的例子(如图2)。例如用WICED来测试手势识别的例子;给自行车实现一个APP仪表盘;给宠物设计的可穿戴设备……。物联网带来很多这样有趣的应用,新想法层出不穷,WICED Sense帮助开发者快速测试他们的想法,缩短了从创意到产品的时间,跑在竞争对手前面。

  图2 WICED及其应用

  WICED是一个开放的生态系统,它包括世界级的厂商,有服务经验丰富的代理商,产品质量优异的ODM(委托设计)。与世界级的伙伴一起合作,搭建自己物联网开发平台,保持行业的领先地位,形成产品的竞争优势。

  例如,很多朋友来用蓝牙开发新产品,如果你最近的新产品还在使用蓝牙BLE4.0,这和你的新产品就有点不和谐了。因为BLE 4.0已经是六七年前的技术了,如果用蓝牙4.2的话,勉强还算可以,因为今年(2017年)新的产品要考虑蓝牙5了。

  使用WICED碰到问题,怎么办?可以到WICED社区寻求帮助。WICED社区有WICED 蓝牙,WECED Wi-Fi;还有IoT design,给出了物联网热门应用的参考设计。在WICED社区注册之后,就可以去下载这些参考数据、SDK、数据手册、测试报告以及应用笔记等。如果有疑问的话,还可以在论坛里提问,有资深的工程师和合作伙伴在线答疑。也可以在WICED社区购买开发板,寻找合作伙伴、技术方案或者产品方案。

  再有,物联网设备要保证设备间的互通互连,WICED采用业界成熟的标准协议,并通过了相关的测试认证,有大批用户和大量产品成功应用。物联网设备要确保数据安全,WICED可以在设备端和云端对数据加密解密,进行用户身份鉴别,证书签发,确保数据传输过程中的安全,应对网络攻击。

  物联网设备要求稳定可靠的网络连接,WICED有业界广泛应用的无线连接芯片,通过硬件软件的整合,可以适用于各种复杂的场景。互联网设备从概念到产品时间非常短,需要及早确定产品原型,尽快把产品推向市场。WICED开发板,WICED SDK,WICED sense都能提供这些的帮助,加速产品上市的进程。

  在物联网产品开发中碰到的问题,都可以通过平台来解决,所以平台化是互联网产品开发的必经之路,打造自己的互联网开发平台,需要融合开发者、客户、供应商以及云服务这些关键的一些要素,结合他们的物联网平台,来构建和自己业务密切相关的生态系统。

  7 小结

  物联网在改变着我们的生活和工作的方方面面。这些改变,给我们带来了前所未有的市场机遇。当然,物联网产业的变化也是前所未有的,持续的创新才能不断的发展。产品和服务的创新,来自于成熟稳定,技术领先的物联网开发平台,通过物联网开发平台,来增强你的核心业务的应变能力和长期的竞争力。物联网开发平台,是在物联网天空飞翔的翅膀,开发平台就像一架飞机,即使没有风口,也能飞进来!

  热门问答:

  *WICED有“Wi-Fi+蓝牙”Combo的连接方式,其实我们也跟一些做软件的朋友交流过,他们说这些Combo产品,其实是非常罕见的一些运用场景,但是给他们在开发上带来了很多的麻烦,他要考虑很多的兼容性。我们想请教您:实际上,我并没有看到要这种应用的。

  杨学贤:我想这是对这个事物认知的不同的发展阶段。例如今天的手机不光是WI-FI和蓝牙的Combo,通常是五合一、六合一。

  *是没错,就是说因为手机是一个大的终端,但是物联网本身要求的其实是一个小的终端,对成本的压力还是挺高的。

  杨学贤:是的。但Combo芯片和成本之间并不是冲突,芯片的成本和它有多少功能之间并不是一个线性的关系。

  *但是它的开发成本还是会提高的?

  杨学贤:对,这是必然的。WI-FI和蓝牙的一些应用,在一些初期的应用中,只要Wi-Fi或蓝牙就够了。应用提升,你可以看到只有一个不够了。例如空调用Wi-Fi就可以了,但是我想还做一些其他的控制,如果网络断了,我怎么控制它呢?BT就可以发挥作用。实际上,会有很多这样需求的。

  *我看到很多人在用亚马逊语音助手Alexa,你觉得是一个趋势吗?

  杨学贤:从交互的角度来看,毫无疑问这是一个趋势,只是哪一天普及,这个时间有不同的看法。未来,这实用中,包括手机的发展趋势上,肯定是不希望要屏幕存在的,要通过自然的交互方式。同样对于物联网,一些特定的设备可能会率先采用语音交互,例如Alexa的一些应用。国内的也有一些语音识别产品做得很不错。在很多的场景下,不需要按一下键才去控制它,完全变成了一种自然的交互方式,这个趋势是一定的。

  这样对这个物联网设备,对云端,对整个网络的连接提出了更高的要求。例如通过AWS,它是要通过美国来的,所以它会有一个延迟。如果这个服务平台是在国内的话,那整个的场景又是不一样了。对于云服务平台厂商,它们非常看好这个机会,正把它们的服务器、数据中心布设到更多的场景中去。可见这个趋势是毫无疑问的,只是我们希望在一些个别设备中能够有很快的一个突破,所以目前最领先的是Alexa这样的应用,例如在2017年CES(美国消费电子展)上,可以看到很多这样的一些演示都在用它。

  *请你谈一下WICED平台和zWave不同点。

  杨学贤:我对zWave不太了解。据我所知,zWave是用到智能家居上的一个新兴的技术,其特点是功率是比较低的,数据率也比较低。那么类似的一些技术还有其他的。以目前整个市场的发展,从市场的认可度上来说的话,zWave还是有一定的路要走的。因为我们讲智能家居都是网络的一个部分,你首先要解决网络的功能,如果你只是一个独立的,自己和自己连的话,你只能是自己玩,你一定要和别人一起玩。要和别人玩,就离不开网络。所以这是包括zWave和Bluetooth,比起WI-FI来,还是处于弱势的一个原因,就是这个网络属性会影响到它们。

  *物联网的应用很多都是配合云端服务才能体现它的价值,你们跟这些云提供商是怎么样合作的?是不是厂家用你们的WICED平台开发的这个设备更容易接入他们云端的服务吗?另外,在国内,其实也有很多提供云服务的这些服务提供商,你们跟他们有没有类似这样的合作?

  杨学贤:我们其实在讲平台,就是大家做产品要做平台;我们有WICED的平台,那云也有云的平台,大家都在做自己的平台。亚马逊或其他的云服务平台也需要物联网设备。因此我们需要他们,他们也需要我们,都是这样的一个关系。这样的早期的一些开发工作,我们会超前于其他家,因为它最开始想做这个项目的时候,就需要一些技术来支持它,当然我们参与进去了。那发布出来之后,别人再来做,这就是我们的先发优势,我们已经认证过了,我们已经拿过来可以用。这是和国际上的一些云服务平台的一些配合。

  在国内,我们也一样在做,包括BAT都有做类似的事情,我们都有在做。

  *Wi-Fi a/b/g/n/ac/ax是什么?

  杨学贤:Wi-Fi在这个二十多年的发展中有很多不同的传输标准(如图1)。对应的传输速度就是11M、54M、150M、600Mbps,一直到11ac的1900Mbps。这是整个Wi-Fi以往的发展的路线。这个发展路线中它一直在追求单用户链路速率的提升。即在同一时刻,只能有一个用户在使用链路,多个用户之间是共享链路的。

  但是现实中,有一些网络设备不遵守这个共享规则,会去竞争链路,就例如会议室里这么多人,如果大家都是共享链路,这个Wi-Fi还是可以用的。只要有几台设备去竞争链路,这样的结果是其他人的Wi-Fi网络都没法用了。而物联网设备的数量和密度都越来越高,为了保持链路的畅通,Wi-Fi标准组从802.11ac Wave2开始,就开始针对物联网应用中碰到的这样的一些问题,而去找解决的方案,例如可以同时接入多个用户,采用MU-MIMO 和 MU-OFDMA,同时有多个用户在使用,特别是设备比较密集的场合下,它的速率可以提升4倍,最高速率可以达到10Gbps。所以802.11ax draft(草案)才刚一定稿,马上就有公司推出了解决方案。

  对于工程师,有时要测Wi-Fi的流量。测Wi-Fi流量的时候,如果你们测试场景只是一个STA对一个AP的场景。那在物联网的场合下往往是不太合适。因为物联网有很多的设备同时在用,所以你可以把你的测试场景改成多个STA对一个AP,这个时候你可能会发现一些新的问题。

  也有的朋友看好802.11ah,802011ah的功耗低、穿墙效果好。就相当于把Wi-Fi的覆盖范围扩大到几公里。它可以应用到智慧城市、工业物联网等场合。

       作者:迎九 《电子产品世界》编辑



关键词: 物联网 Cypress

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