一个万物互连互通的世界。数十亿个传感器与基于云的服务无缝连接,使效率达到前所未有的水平,同时还能带来新的业务和新的机会;在这一愿景中,物联网 (IoT) 将改变我们的生活方式、 工作方式和与周围世界互动的方式。

将连接能力扩展至数十亿台设备,这会带来诸多挑战。所谓的“5G”互联世界预期会为已然倍受压力的无线网络带来永远在线的全域覆盖、无限带宽和更高容量。据爱立信移动报告,到 2022 年, 预计会有超过 180 亿台物联网互联设备,远远超过智能手机连接的数量,二者的比例超过 2:1。

无线网络在实现物联网方面发挥着关键的作用。传统上,在 2G 服务网络中,无线网络是为语音而建,后来在 3G 和 4G 网络中,则是为移动宽带而建;现在,我们面临的挑战是构建具备规模适应能力、突破原有覆盖范围、超高效低功耗的无线网络。连接传感器意味着面临与连接智能手机截然不同的挑战。要克服这些挑战,我们需要低功耗宽域网络 (LPWAN) 来提供必要的连接能力。相关标准仍在演进,但这一过程的关键是一项近期获批的技术,即窄带物联网 (NB-IoT) 技术;此项技术是由主导 3G 和 4G 标准的全球电信标准机构 3GPP 批准的。

任何标准要取得成功,就必须采用开放模式,允许设备供应商定制构建、进行互操作,从而促进市场发展,形成多供应商的市场格局。NB-IoT 正是这样一种标准,有望实现种类繁多的连网设备,从智能城市、农业、医疗、汽车到更传统的消费类设备和可穿戴式设备,应用场景十分广泛。为了推动实现如此广泛的应用,需要在内核中嵌入 NB-IoT 连接能力的多种半导体解决方案。

蜂窝网络运营商也有用武之地。从以智能手机为中心的商业模式转向以物联网为中心的商业模式并非易事。关键是要优化物联网设备的认证、准予其接入网络,从而降低准入门槛,增进多样性和选择性。对运营商来说,一个挑战是构建能为各式各样的物联网应用场景提供宽域覆盖的超高效网络,确保从一开始就在网络中充分考虑安全性问题。

在物联网中,信任必不可少,有了信任就有了机会。将 ARM® TrustZone® 技术嵌入互连设备和 LPWAN 网络内核中,可以确保数据安全、设备可信、网络能正常运行并高效扩展。

NB-IoT:为 5G 物联网铺路

5G 旨在从三个关键方面增强现有无线网络。一是提供海量移动宽带或 mMBB 的能力。推动网络发展以实现全域千兆连接能力是推动新型移动应用场景发展的必要条件,包括增强现实 (AR) 和虚拟现实 (VR),这些应用都需要引人入胜的高分辨率用户界面 (UI) 来丰富用户体验。二是海量机器类通信 (mMTC)。增强海量机器类通信是为物联网提供通道,使网络具备海量扩展能力, 能将数十亿个传感器接入云服务。最后,在 mMTC 的基础上,我们拥有了超可靠机器类通信 (uMTC),其目的是实现工业控制、汽车和远程医疗等新型超低延迟应用。

NB-IoT 是 3GPP 开发的一种“净纸”技术,因而从一开始就针对 mMTC 进行了优化,为 5G 物联网连接能力奠定了基础。今后两三年,随着标准的不断演进,我们会看到 NB-IoT 得到进一步增强,进一步实现 5G 海量机器类通信愿景。

物联网互联 MCU

如前所述,物联网连接带来的挑战体现在连接、覆盖范围和功效的海量规模方面。设计师面临的另一个挑战是最终应用场景的多样性本身。与集中于核心需求并以此推动底层片上系统 (SoC) 发展的智能手机市场不同,物联网面临的挑战要广泛得多——不存在普适的标准。

为物联网构建底层 SoC 的设计师必须考虑广泛的需求,涉及从智能街灯、智能电表、来自农村农业应用的远程传感器反馈到医疗、汽车等众多的最终应用场景。这些市场中的每个市场都有一套独特的需求,还有一些基本的共通属性。

SoC 设计师能否将连接功能构建成 IP 模块,并将其集成到特定应用设备中,这一点至关重要。 随着市场规模的扩大,设计师将越来越多地寻求采用通用型底层构建模块,将其快速地集成到定制设计当中,从而实现物联网应用。

在物联网发展初期,我们看到,部署的是通用性较强的设备,与通用微控制器市场相似。“互联 MCU”的概念对于在初期实现多种物联网应用特别适用,该概念由一个底层安全和通信子系统和一个面向最终应用场景应用的通用型控制器构成。

以 ARM 在微控制器领域的深厚传承为基础,将 ARM Cortex® 处理器与通信和安全功能集成起来,这种能力将把开发人员和合作伙伴聚集起来,打造最为广泛的生态系统,发挥出物联网巨大的广度和多样性优势。