無(wú)線網(wǎng)絡(luò)正在成為嵌入式系統(tǒng)以及移動(dòng)/便攜式設(shè)備的默認(rèn)連接選項(xiàng)。這些系統(tǒng)利用多種數(shù)據(jù)格式和網(wǎng)絡(luò)風(fēng)格，從網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)到對(duì)等網(wǎng)絡(luò)，再到完整的LAN/WAN環(huán)境。這些網(wǎng)絡(luò)有兩個(gè)主要類(lèi)別：M2M（機(jī)器到機(jī)器）通信和用戶(hù)驅(qū)動(dòng)（C2N計(jì)算機(jī)到網(wǎng)絡(luò)）通信。傳感器的增加正在推動(dòng)M2M世界達(dá)到與內(nèi)容消費(fèi)相媲美的流量水平。這要求嵌入式系統(tǒng)具有自主通信系統(tǒng)，可以與現(xiàn)有功能并行工作，無(wú)需主動(dòng)管理即可處理網(wǎng)絡(luò)端。

互聯(lián)世界

最近的一份報(bào)告表明，互聯(lián)世界將很快支持超過(guò)500億臺(tái)連接設(shè)備。到2020年將會(huì)有：

大多數(shù)這些設(shè)備不是用戶(hù)操作的，而是機(jī)器對(duì)機(jī)器連接的設(shè)備.1000億個(gè)處理器，每個(gè)處理器都能處理信息并連接。

30億用戶(hù)擁有24小時(shí)購(gòu)買(mǎi)信息的資源 - 這些用戶(hù)通常擁有5個(gè)

30億臺(tái)智能電表（電力，水和煤氣）

超過(guò)全球15億輛汽車(chē)，不包括電車(chē)和鐵路。

Over

這些自治連接將持續(xù)向基于云的接收設(shè)備網(wǎng)絡(luò)發(fā)送小數(shù)據(jù)包，然后分析并響應(yīng)數(shù)據(jù)。

下一階段的連接將是來(lái)自這些網(wǎng)絡(luò)向設(shè)備響應(yīng)對(duì)數(shù)據(jù)執(zhí)行的分析。這些設(shè)備分三部署：網(wǎng)絡(luò)化消費(fèi)電子產(chǎn)品，網(wǎng)絡(luò)化產(chǎn)業(yè)，以及其他所有產(chǎn)品（見(jiàn)圖1）。

圖1：波浪網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中的設(shè)備（第二波）既針對(duì)用戶(hù)生活方式的改進(jìn)價(jià)值，又提高了流程效率。這些設(shè)備中的大多數(shù)使用與用戶(hù)/計(jì)算機(jī)到網(wǎng)絡(luò)接口不同的數(shù)據(jù)模型。連接到網(wǎng)絡(luò)的消費(fèi)者這樣做是為了傳輸大量?jī)?nèi)容 - 視頻，音頻，高分辨率靜止圖像和大型技術(shù)/商業(yè)文檔。另一方面，M2M通信往往是狀態(tài)，更新和情境數(shù)據(jù)的小分組傳輸。這些數(shù)據(jù)流可通過(guò)IEEE 802.15.4，IEEE 802.11和Bluetooth?等無(wú)線協(xié)議進(jìn)行管理，而不是傳統(tǒng)的有線IEEE 802.3和IEEE 802.14網(wǎng)絡(luò)。

網(wǎng)絡(luò)設(shè)備架構(gòu)

工業(yè)和家庭自動(dòng)化市場(chǎng)為其網(wǎng)絡(luò)配置提供標(biāo)準(zhǔn)的基于以太網(wǎng)的結(jié)構(gòu)。配置基于機(jī)器收集的傳感器和信息，然后將其發(fā)送到集中處理器。該集中處理器處理數(shù)據(jù)包準(zhǔn)備以及網(wǎng)絡(luò)接口握手。由于中央處理器正在處理網(wǎng)絡(luò)接口，因此連接路徑可以自主且高度可靠。該架構(gòu)還支持多個(gè)OS和RTOS環(huán)境，因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)的I/O是處理器核心的標(biāo)準(zhǔn)功能。

構(gòu)建系統(tǒng)的關(guān)鍵是選擇正確的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議以最小化數(shù)據(jù)流和系統(tǒng)資源的加載。這些網(wǎng)絡(luò)組件有兩種形式 - 具有本地處理器和MAC的完全獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)接口或具有在系統(tǒng)處理器中處理的MAC和軟件協(xié)議棧的網(wǎng)絡(luò)PHY塊。選擇使用哪個(gè)系統(tǒng)應(yīng)該基于嵌入式系統(tǒng)處理器的處理帶寬和能力，數(shù)據(jù)發(fā)送頻率，發(fā)送的數(shù)據(jù)量以及網(wǎng)絡(luò)上的流量。

了解不同網(wǎng)絡(luò)的工作原理非常重要。 802.11接口充滿(mǎn)了以太網(wǎng)協(xié)議，帶有單個(gè)或多個(gè)天線以及無(wú)線和無(wú)線連接的無(wú)線電。使用所有可用選項(xiàng)會(huì)產(chǎn)生最高開(kāi)銷(xiāo)，但支持最大量的數(shù)據(jù)。要了解如何連接此協(xié)議，Digi-Key網(wǎng)站上提供了幾種引物。 Microchip嵌入式以太網(wǎng)產(chǎn)品培訓(xùn)模塊中提供的信息概述了IEEE 802.11連接標(biāo)準(zhǔn)以及產(chǎn)品應(yīng)如何使用該接口。

類(lèi)似地，解釋了作為ZigBee協(xié)議一部分的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)來(lái)自飛思卡爾的其他培訓(xùn)材料。這些材料包括ZigBee?產(chǎn)品培訓(xùn)模塊，飛思卡爾ZigBee解決方案和飛思卡爾ZigBee技術(shù)概述。最后，美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體提供點(diǎn)對(duì)點(diǎn)藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)接口的培訓(xùn)。他們的LMX9838藍(lán)牙模塊有一個(gè)產(chǎn)品培訓(xùn)視頻，解釋了協(xié)議的基本知識(shí)以及如何正確傳輸數(shù)據(jù)。

802.11 b/g

標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算機(jī)到網(wǎng)絡(luò)通信格式無(wú)線是802.11。對(duì)于嵌入式應(yīng)用，單個(gè)天線和無(wú)線電系統(tǒng)使用協(xié)議的b和g版本。這些網(wǎng)絡(luò)通常用于具有大數(shù)據(jù)的系統(tǒng) - 位置，位置，多個(gè)傳感器，圖像數(shù)據(jù)，語(yǔ)音和聲音數(shù)據(jù)以及與操作員的通信。當(dāng)與運(yùn)營(yíng)商一起使用時(shí)，通常存在兩種協(xié)議：用于計(jì)算機(jī)到機(jī)器通信的802.11數(shù)據(jù)信道和用于操作員到計(jì)算機(jī)通信的輔助低帶寬信道（通常是無(wú)線USB或藍(lán)牙）。這些傳輸協(xié)議可以通過(guò)兩種模式實(shí)現(xiàn)：嵌入式和獨(dú)立式。

在嵌入式端，無(wú)線連接由收發(fā)器和模擬前端（PA，LNA，MUX等）組成。收音機(jī)和天線。收發(fā)器，如Quatech/DPAC Technologies的Airborne WLNG-BR-DP551，提供完整的服務(wù)器形式，帶有控制軟件和固件，因此這些單元可以作為標(biāo)準(zhǔn)I/O功能集成到系統(tǒng)設(shè)計(jì)中（參見(jiàn)圖2） 。這些收發(fā)器模塊的接口通常來(lái)自?xún)?nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，通過(guò)雙UART通過(guò)SPI作為直接連接到器件的嵌入式處理核心。對(duì)于核心系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)I/O接口，設(shè)備使用串行端口（RS-232/422/485）或10/100以太網(wǎng)PHY。收發(fā)器模塊包含以下內(nèi)容：

802.11b/g和通用802.11協(xié)議無(wú)線電驅(qū)動(dòng)程序

TCP/IP堆棧，UDP，telnet或FTP服務(wù)器

數(shù)據(jù)橋接和緩沖

通過(guò)命令行界面進(jìn)行軟件控制

通過(guò)Web界面進(jìn)行軟件控制

帶證書(shū)的WPA請(qǐng)求者（包括WEP， WPA2和802.11i支持）

圖2：機(jī)載802.11企業(yè)設(shè)備服務(wù)器模塊（由Quatech/DPAC技術(shù)提供）。

此接口的第二個(gè)組件是實(shí)際的模擬RF組件。由于基帶頻率的信道間隔很小，因此不同頻率需要不同的放大器對(duì)。 802.11b和g規(guī)范使用以2.4 GHz為中心的基帶頻率，藍(lán)牙也是如此。 Skyworks Solutions，Inc。的SE2611T等產(chǎn)品具有多個(gè)模塊，可同時(shí)使用802.11協(xié)議和藍(lán)牙（參見(jiàn)圖3）。雖然可以使用單個(gè)部件創(chuàng)建RF功能，但前端模塊（FEM）很受歡迎，因?yàn)樗鼈兗闪?a href="http://www.www27dydycom.cn/tags/功率放大器/" target="_blank">功率放大器，功率檢測(cè)器，陷波濾波器以及相關(guān)匹配，開(kāi)關(guān)和低噪聲放大器的功能以及獎(jiǎng)勵(lì)藍(lán)牙端口。這樣只留下與標(biāo)準(zhǔn)50Ω天線的連接即可完成接口。

圖3：Skyworks SE2611T 2.4 GHz前端模塊（Courtesy Skyworks） Solutions，Inc。）。

通過(guò)使用集成部件和已知的收發(fā)器，F(xiàn)CC和系統(tǒng)的環(huán)境認(rèn)證已經(jīng)得到解決，節(jié)省了時(shí)間和金錢(qián)。 802.11n的5 GHz基帶需要單獨(dú)的前端，例如Skyworks SE5007T（見(jiàn)圖4），由于頻帶差異而不包括藍(lán)牙。

圖4：Skyworks SE5007T 5 GHz前端模塊（Courtesy Skyworks Solutions，Inc。）。

藍(lán)牙，ZigBee和SNAP網(wǎng)絡(luò)

大多數(shù)M2M通信將在低數(shù)據(jù)速率連接上為主網(wǎng)絡(luò)使用藍(lán)牙，ZigBee和SNAP格式。關(guān)鍵特性是小數(shù)據(jù)集。這些數(shù)據(jù)格式的協(xié)議基于標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP接口，并且它們具有用于其自己的數(shù)據(jù)格式的子協(xié)議。圖5顯示了藍(lán)牙堆棧如何與標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議重疊。藍(lán)牙模塊與802.11接口略有不同。除非將它們集成到具有共享RF前端的核心處理器中，否則藍(lán)牙模塊往往會(huì)與USB接口。

圖5：藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)Stack（藍(lán)牙SIG提供）。

來(lái)自Roving Networks，Inc。的RN-270M，Laird Technologies的BRBLU03-010A0和BlueRadios，Inc。的BR-USB-BTV2等公司的模塊.1藍(lán)牙適配器通常使用USB接口。這些模塊包括完整的藍(lán)牙v2.0通用接口，具有完整的收發(fā)器，自適應(yīng)跳頻功能，用于尋找無(wú)干擾的無(wú)線信道，高速（高達(dá)3 Mbps），內(nèi)置天線滯后，支持長(zhǎng)達(dá)300米的連接范圍，與Windows?具有完全即插即用的兼容性，與處理器核心類(lèi)型無(wú)關(guān)。藍(lán)牙無(wú)線電以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式運(yùn)行，要求外圍設(shè)備直接與重復(fù)的接入點(diǎn)或擁有所收集數(shù)據(jù)存儲(chǔ)庫(kù)的主處理計(jì)算機(jī)通信。

圖6：ZigBee Smart Energy連接（由ZigBee聯(lián)盟提供）。

比點(diǎn)到點(diǎn)更常見(jiàn)的連接是網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。這些都包含在IEEE標(biāo)準(zhǔn)802.15.4中。這些設(shè)備不是在單個(gè)設(shè)備和歸屬位置之間通信，而是在彼此之間作為對(duì)等方進(jìn)行通信，盡管數(shù)據(jù)可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)跳過(guò)以到達(dá)歸屬位置。這種方法非?？煽?，可以覆蓋很長(zhǎng)的距離，因?yàn)樵O(shè)備之間的距離是限制因素，而不是從家庭位置到終端設(shè)備的距離更長(zhǎng)。

有幾種不同的協(xié)議源自IEEE標(biāo)準(zhǔn)802.15.4。最受歡迎的是ZigBee。與藍(lán)牙一樣，它使用標(biāo)準(zhǔn)化的PHY模塊和無(wú)線電，然后支持頂層有應(yīng)用層的MAC層。這種格式的靈活性和高可靠性 - 可用作收發(fā)器，開(kāi)發(fā)套件，完整無(wú)線電套件以及來(lái)自Atmel，Panasonic，Digi International，Rabbit Semiconductor和NXP Semiconductors等多家供應(yīng)商的嵌入式模塊，使其成為智能的首選網(wǎng)絡(luò)能源監(jiān)測(cè)。圖6顯示了ZigBee智能能源基礎(chǔ)設(shè)施，其中包括家庭網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，辦公網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和公用事業(yè)公司，所有這些都作為單個(gè)分布式網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)連接，外部連接通過(guò)智能電表連接到網(wǎng)格接口。在某些情況下，該智能電表實(shí)際上不是通過(guò)無(wú)線鏈路而是通過(guò)電力線網(wǎng)絡(luò)連接連接到電力公司。 ZigBee和802.15.4網(wǎng)絡(luò)與其他802網(wǎng)絡(luò)協(xié)議互操作，以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)配置。

ZigBee協(xié)議的另一種替代方案是SNAP網(wǎng)絡(luò)。 SNAP也是802.15.4網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，支持相同的PHY模塊和無(wú)線電。 Synapse Wireless已經(jīng)創(chuàng)建了完整的收發(fā)器模塊和收發(fā)器/網(wǎng)關(guān)模塊，可在2.4 GHz和900 MHz頻段運(yùn)行（參見(jiàn)圖7）。這些模塊的一個(gè)獨(dú)特功能是自配置功能。它們包括一個(gè)完全嵌入式Linux 32位控制處理器，允許從USB 2.0和10/100以太網(wǎng)連接，然后通過(guò)DHCP配置到TCP/IP堆棧。該技術(shù)可通過(guò)集中控制臺(tái)和免費(fèi)下載軟件進(jìn)行管理。 SNAP利用網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)連接跨越很遠(yuǎn)的距離，將不同的設(shè)備帶入一個(gè)通用的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)。

圖7：Synapse SNAP網(wǎng)絡(luò)配置（禮貌Synapse Wireless）