蓝牙与Wi-Fi和蜂窝合作实现物联网设计的多样化

物联网 （IoT） 正在采用多种 RF 连接选项，同时关注硬件安全性，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 LTE 等长距离蜂窝技术相辅相成-M 和 NB-IoT。

此外，硅供应商和模块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 正在生产数十万个带有自己的固件和开发工具的蓝牙芯片。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 收购了蓝牙和 Wi-Fi 模块以及软件堆栈、开发工具和软件开发套件 （SDK） 供应商 Bluegiga Technologies Oy。收购芬兰埃斯波的 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。

起初，Silicon Labs 能够在欧洲建立一个设计前哨。但仔细观察会发现，芯片制造商也在向模块业务扩张，以控制更大的设计价值链。

蓝牙 Wi-Fi 组合

快进到 2018 年 9 月，Silicon Labs 宣布推出Wireless Xpress平台，其中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 命令 API 控制板载无线堆栈。

首先，此类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，而是尽可能多地承担固件责任。第三，它们从网络处理任务中卸载主机处理设备——无论是微控制器还是微处理器。因此，物联网开发人员可以使用准系统 8 位 MCU，而不是更昂贵的配备 RAM、闪存等的 32 位 MCU。

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

Telit 等其他射频模块供应商正在内部进行这种 Wi-Fi 和蓝牙连接的集成。Telit 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 BLE 5.0，占位面积为 595 mm 2，并围绕 Qualcomm 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。

Wi-Fi 以外的集成

另一个值得注意的组合是用于低速率无线个人区域网络 （LR-WPAN） 的 802.15.4 标准以及蓝牙。IEEE 802.15.4 提供 PHY 和 MAC 层，而上层则为特定标准（如 Thread、Zigbee 和 6LoWPAN）开发，促进了长达约 10 m 的通信距离，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，以支持电池供电的设计，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：左侧 RS13100 模块框图显示了多协议射频系统。

RS13100 具有可信执行环境 （TEE） 和单独的安全处理器，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与蓝牙相辅相成。它们在特定的物联网环境中是可行的，例如联网家庭、闭路电视监控、智能家电等。

物联网用例（如资产跟踪）需要蓝牙与 LTE-M 和 NB-IoT 等远程无线技术相结合的情况如何？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 Laird 的预集成 Revie Flex LTE 和 NB-IoT 天线，从而提供天线灵活性。

另一个与低功耗 LTE 的杰出融合来自蓝牙专家 Nordic Semiconductor。Thingy:91是一种蜂窝物联网原型设计平台，基于nRF9160系统级封装 （SiP），集成了多模 LTE-M/NB-IoT 调制解调器和nRF52840，这是一种支持蓝牙 5、Thread、Zigbee 和蚂蚁。

Thingy:91 随附 iBasis 的 Nano （4FF） eSIM 卡；它预装了 10 MB 的数据，可实现自动、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