| 可靠的通信是物聯(lián)網(wǎng)增長的關(guān)鍵所在 |
| 日期：2017/4/18 20:55:30 作者： |
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據(jù)技術(shù)行業(yè)研究公司Gartner表示，物聯(lián)網(wǎng)中每天增加的“事物”多達(dá)550萬件。截止2020年，預(yù)計(jì)總數(shù)將達(dá)208億。鑒于這種爆炸式增長，檢查連接所有事物并在它們之間實(shí)現(xiàn)通信的互聯(lián)網(wǎng)勢(shì)在必行。事實(shí)證明，在這些設(shè)備之間建立可靠的無線連接是物聯(lián)網(wǎng)的最大挑戰(zhàn)之一。通信系統(tǒng)的可靠性可以用兩個(gè)關(guān)鍵元件的性能來定義：射頻收發(fā)器和通信微控制器。本文討論ADI公司的元件和解決方案如何能夠最大程度地提高系統(tǒng)級(jí)可靠性，以支持對(duì)數(shù)據(jù)質(zhì)量和完整性以及洞察有極高要求的高影響力應(yīng)用。
面向消費(fèi)電子設(shè)備的現(xiàn)有無線連接技術(shù)并不總是能滿足工業(yè)和醫(yī)療保健系統(tǒng)的性能要求。這些系統(tǒng)中在安全性、準(zhǔn)確性和時(shí)間靈敏度等方面的不同側(cè)重點(diǎn)提高了增加可靠性的需求。蜂窩系統(tǒng)接近這一要求，但通常在電池、成本和數(shù)據(jù)吞吐量要求方面不太合適。當(dāng)今存在極度可靠的系統(tǒng)，這些系統(tǒng)用于利基工業(yè)和軍事應(yīng)用。但是，這些系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上以可靠性為最高優(yōu)先級(jí)，成本則作為次要考慮。而在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中，我們面臨的挑戰(zhàn)是以低很多的系統(tǒng)成本實(shí)現(xiàn)相同的高級(jí)別可靠性。
讓我們來看看幾種添加無線功能以增強(qiáng)系統(tǒng)有效性和對(duì)連接可靠性有極高要求的情況。
智能工廠：工業(yè)4.0的生產(chǎn)過程控制
互聯(lián)設(shè)備在制造業(yè)中的關(guān)鍵吸引力包括提高增產(chǎn)潛力。要實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，通常需要遠(yuǎn)程控制生產(chǎn)鏈中的多種設(shè)備以實(shí)施調(diào)整。在化工生產(chǎn)過程中操作鍋爐的控制閥就是一個(gè)例子。對(duì)這個(gè)閥門實(shí)現(xiàn)即時(shí)自動(dòng)化控制后，便可以根據(jù)生產(chǎn)過程中其他階段的反饋進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，從而進(jìn)一步優(yōu)化整體效率。
智能醫(yī)療：生命體征監(jiān)測(cè)
醫(yī)院和護(hù)理中心正在力求通過無線連接來監(jiān)測(cè)患者的生命體征。笨重的有線解決方案可以由通過本地網(wǎng)關(guān)連接的無線傳感器貼片所替代。此類系統(tǒng)既可減輕醫(yī)護(hù)人員的負(fù)擔(dān)，同時(shí)又能更高效地監(jiān)測(cè)患者情況。
智慧城市：應(yīng)急事件的響應(yīng)與檢測(cè)
利用先進(jìn)的圖像和聲音檢測(cè)與處理方法，安裝在公共場(chǎng)所（如燈柱上）的系統(tǒng)可以檢測(cè)車輛事故和犯罪活動(dòng)等事件并具有極高的可信度。然后，這類信息可隨同位置信息一起通過無線通信轉(zhuǎn)發(fā)到相關(guān)機(jī)構(gòu)或單位，從而實(shí)現(xiàn)更快速的應(yīng)急響應(yīng)。
射頻障礙導(dǎo)致數(shù)據(jù)包丟失
前面提到的各個(gè)示例都會(huì)受到可能對(duì)無線通信具有不利影響的不同環(huán)境挑戰(zhàn)。工廠的鋼結(jié)構(gòu)和厚壁會(huì)造成很大的障礙，可能導(dǎo)致射頻信號(hào)的功率降低到目標(biāo)設(shè)備無法接收的程度。目標(biāo)設(shè)備中所用無線電器件的接收器靈敏度將決定可以接受的信號(hào)衰減程度。靈敏度上低至2 dB的變化都可能決定信號(hào)接收的成敗。通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員在選擇無線電器件時(shí)必須密切關(guān)注接收器靈敏度。
頻段擁擠導(dǎo)致數(shù)據(jù)包丟失
通常來說，互聯(lián)設(shè)備會(huì)在所在地區(qū)的相關(guān)ISM頻段內(nèi)工作。ISM頻段為免執(zhí)照頻段，可用于各種需要無線連接的應(yīng)用。2.4 GHz為全球標(biāo)準(zhǔn)化頻率，廣泛用于Wi-Fi和藍(lán)牙?設(shè)備。1 GHz以下的頻段中也包含ISM頻譜。這些頻段通常用于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。在歐洲和美國，該頻段分別以868 MHz和915 MHz為中心。當(dāng)位置接近的多臺(tái)設(shè)備共用相同的ISM頻段時(shí)，便會(huì)出現(xiàn)挑戰(zhàn)。發(fā)送設(shè)備可能干擾附近的接收設(shè)備，例如在公立醫(yī)院中，多種機(jī)器會(huì)共用相同的ISM頻段。無線電器件在此類干擾環(huán)境中的工作能力由阻塞規(guī)格來衡量。而且，這種挑戰(zhàn)并非僅來自于在ISM頻段內(nèi)工作的設(shè)備。如果阻塞能力不足，則在附近工作的手機(jī)或平板電腦也可能導(dǎo)致系統(tǒng)中出現(xiàn)通信丟失。在軍事和航空航天應(yīng)用中，會(huì)使用非常昂貴的元件來減輕干擾的影響。在對(duì)數(shù)據(jù)有極高要求的應(yīng)用（如前面提到的應(yīng)用）中，無線電器件必須能夠?qū)崿F(xiàn)與軍事和航空航天應(yīng)用中相似的性能，同時(shí)還不能因附加外部元件而帶來高成本。在附近具有多個(gè)工作的干擾源時(shí)，此類無線電器件仍能繼續(xù)接收消息。
環(huán)境影響導(dǎo)致性能下降
受所采用的工藝限制，無線電收發(fā)器的性能會(huì)根據(jù)所在的工作環(huán)境而發(fā)生變化。其中一些影響因素包括溫度變化、電池放電導(dǎo)致的電壓降低和設(shè)備間的芯片制造差異。這些生活中的真實(shí)事件可能導(dǎo)致設(shè)備的工作穩(wěn)定性發(fā)生變化。讓我們來看一下在路燈上采用的事件檢測(cè)應(yīng)急響應(yīng)系統(tǒng)。寒冷冬季的氣溫可能導(dǎo)致設(shè)備的輸出功率發(fā)生變化或接收器靈敏度下降。這可能在某些條件下導(dǎo)致通信中斷。消費(fèi)類設(shè)備很少在此類極端條件下使用，因此不必太過擔(dān)憂這一問題，但對(duì)于應(yīng)急響應(yīng)系統(tǒng)而言，這是無法接受的。最好的情況下，代價(jià)是最終產(chǎn)品聲譽(yù)受損，以及收到更換故障設(shè)備的維修請(qǐng)求。系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員必須確保選擇用于檢測(cè)和通信系統(tǒng)的元件在不斷變化的環(huán)境條件下保持穩(wěn)定。
存儲(chǔ)器損壞可能導(dǎo)致意外的結(jié)果
可靠性也是通信微控制器上需要考慮的問題。雖然閃存和非易失性存儲(chǔ)器非�？煽浚紶栆部赡軗p壞。這可能由工作環(huán)境造成的意外影響引起，或由惡意的硬件攻擊而故意導(dǎo)致。無論屬于哪種機(jī)制，微控制器都必須配備必要的完整性功能以識(shí)別設(shè)備的損壞情況。識(shí)別后，微控制器可糾正錯(cuò)誤或關(guān)閉設(shè)備，恰當(dāng)?shù)卮_保不會(huì)破壞更廣泛系統(tǒng)的安全性。
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