本文介紹了瑞薩電子無線傳感器網(wǎng)絡(luò)解決方案（WSN）的5部分系列的第一部分，這是半導(dǎo)體技術(shù)，為受益于智能社會(huì)的人們打開了廣闊的新市場(chǎng)。它描述了瑞薩的專業(yè)知識(shí)，以幫助創(chuàng)建和促進(jìn)新市場(chǎng)，智能社會(huì)的基礎(chǔ)，以及消除對(duì)電線的需求和標(biāo)準(zhǔn)的利用，從而使無線傳感器網(wǎng)絡(luò)更加靈活。

利用瑞薩的專業(yè)知識(shí)來幫助創(chuàng)建和促進(jìn)新市場(chǎng)

該部門的專家通過確定半導(dǎo)體技術(shù)如何滿足當(dāng)前和預(yù)期的最終用戶需求來促進(jìn)電子制造商的業(yè)務(wù)成功。隨后，他們分析了目標(biāo)應(yīng)用的設(shè)計(jì)要求，并提出了瑞薩可以生產(chǎn)的解決方案。此后，他們促進(jìn)了應(yīng)用我們新的和現(xiàn)有解決方案的市場(chǎng)機(jī)會(huì)，同時(shí)為我們的研發(fā)，生產(chǎn)和應(yīng)用工程運(yùn)營提供指導(dǎo)。

先進(jìn)市場(chǎng)部的活動(dòng)使瑞薩能夠及時(shí)交付下一代芯片和支持產(chǎn)品，使系統(tǒng)工程客戶能夠設(shè)計(jì)和制造優(yōu)質(zhì)的最終產(chǎn)品。在市場(chǎng)部門的戰(zhàn)略位置上，該小組使瑞薩電子處于眾多嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用程序的產(chǎn)品和技術(shù)趨勢(shì)的最前沿。

與日新月異的變化保持同步

該部門面臨的最大挑戰(zhàn)是電子技術(shù)的驚人發(fā)展速度—比其他經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域要快得多。引入新的電子產(chǎn)品，似乎每天都有相關(guān)的市場(chǎng)誕生。他們從創(chuàng)業(yè)到成長階段的運(yùn)動(dòng)非常壯觀。

新的電子設(shè)備，系統(tǒng)和應(yīng)用程序通常會(huì)對(duì)社會(huì)產(chǎn)生重大影響，引發(fā)更多的創(chuàng)新并創(chuàng)立更多的初創(chuàng)公司。電子競(jìng)賽是不間斷的沖刺，我們的客戶一直在尋找方法來獲得領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)和銷售優(yōu)勢(shì)。

圖1顯示了當(dāng)今各個(gè)市場(chǎng)領(lǐng)域的增長曲線和典型解決方案。由于高級(jí)營銷部的任務(wù)是為處于啟動(dòng)階段的應(yīng)用程序創(chuàng)建和建立新的市場(chǎng)（圖1中的區(qū)域“ A”），因此，這組技術(shù)人員目前正在促進(jìn)生物經(jīng)濟(jì)（BE），能量收集（ EH），可見光通信（VLC）和人體局域網(wǎng)（BAN）。重要的是，這些技術(shù)中的每一種都可能導(dǎo)致無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的重大進(jìn)步。

各種市場(chǎng)和電子產(chǎn)品的市場(chǎng)生命周期狀態(tài)。瑞薩電子的高級(jí)營銷部門致力于促進(jìn)處于啟動(dòng)階段的有希望的應(yīng)用程序的增長（A節(jié)）。該部門的專家現(xiàn)在正在推動(dòng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，特別是那些由BE，EH，VLC和BAN技術(shù)支持的網(wǎng)絡(luò)。

為智能社會(huì)奠定基礎(chǔ)，逐個(gè)芯片

實(shí)現(xiàn)基于電子的物理和社會(huì)環(huán)境“智能社會(huì)”是兩個(gè)因素的產(chǎn)物：（1）半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步，不斷以較低的成本提供更多的計(jì)算能力，（2）價(jià)值激增隨著微機(jī)功能的發(fā)展，從計(jì)算，控制，數(shù)據(jù)庫，在線活動(dòng)，隨時(shí)隨地的連接性，到人工智能的跳躍性發(fā)展。

作為微型計(jì)算機(jī)和其他芯片的全球領(lǐng)先供應(yīng)商，瑞薩長期以來一直是增值趨勢(shì)的主要力量。我們提供并繼續(xù)開發(fā)針對(duì)電子產(chǎn)品和系統(tǒng)的領(lǐng)先解決方案，這些解決方案為地球居民乃至地球本身帶來不可估量的收益。

消除對(duì)電線的需求及其施加的限制

如今，數(shù)字網(wǎng)絡(luò)無處不在。它們可以是有線的也可以是無線的，但是大多數(shù)都是有線的。但是，有線實(shí)現(xiàn)在涉及移動(dòng)性的應(yīng)用程序中是不切實(shí)際的。在過去的十年左右的時(shí)間里，半導(dǎo)體技術(shù)徹底改變了無線網(wǎng)絡(luò)，使其變得異常實(shí)用且具有成本效益。實(shí)際上，無線系統(tǒng)已迅速成為新的規(guī)范，并正在對(duì)我們的日常生活產(chǎn)生巨大影響。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)在眾多應(yīng)用中發(fā)揮了主要作用-氣象觀測(cè)就是一個(gè)很好的例子?，F(xiàn)在，從遙遠(yuǎn)的觀測(cè)點(diǎn)（例如儀表艙，氣象船，自主海浮標(biāo)，衛(wèi)星，雷達(dá)和日本的AMeDAS（自動(dòng)氣象數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)））發(fā)送最新數(shù)據(jù)已成為日常工作。這些數(shù)據(jù)通過無線電波傳輸?shù)交谠频氖占?a target="_blank">中心進(jìn)行快速分析。這種無線連接改善了天氣預(yù)報(bào)并刺激了環(huán)境數(shù)據(jù)的新應(yīng)用。

擴(kuò)大無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用范圍的主要工程挑戰(zhàn)是尋找減少節(jié)點(diǎn)尺寸和成本的方法。尤其是對(duì)于經(jīng)濟(jì)，低功耗的無線傳感器模塊而言，這是一個(gè)巨大的機(jī)遇，該模塊足夠小，可以輕松放置在適當(dāng)?shù)奈恢?。緊湊的模塊包含傳感器，控制電子設(shè)備和數(shù)據(jù)收發(fā)器，是遠(yuǎn)程監(jiān)控環(huán)境和物理?xiàng)l件的理想選擇，以實(shí)現(xiàn)便利性，安全性以及生態(tài)和其他目的。用它們構(gòu)建的系統(tǒng)將改善“智能社會(huì)”中的生活和生活（請(qǐng)參見圖2）。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)將影響智能社會(huì)的方式。具有自動(dòng)監(jiān)視和控制功能的創(chuàng)新無線網(wǎng)絡(luò)可以提高效率，減少不確定性，降低風(fēng)險(xiǎn)并增加舒適性和便利性。此外，無線部署可以根據(jù)狀況和用戶需求的變化調(diào)整其系統(tǒng)操作，幫助確保公用事業(yè)服務(wù)不中斷

使用標(biāo)準(zhǔn)化使無線傳感器網(wǎng)絡(luò)更加靈活

先前描述的包含一個(gè)或多個(gè)傳感器和小型收發(fā)器的電子模塊是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的主要組件。為特定應(yīng)用優(yōu)化的模塊組位于任何需要的地方，都通過無線電或光鏈路與遠(yuǎn)程系統(tǒng)管理機(jī)構(gòu)進(jìn)行通信。

這些核心技術(shù)可以是專有的（封閉的）或基于標(biāo)準(zhǔn)的（開放的）功能環(huán)境。但是，為了獲得最大的多功能性，應(yīng)該對(duì)網(wǎng)絡(luò)連接，通信鏈路以及傳感器和設(shè)備接口進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。這是因?yàn)殚_放環(huán)境的標(biāo)準(zhǔn)化可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)的互換性，從而有助于進(jìn)行配置修改。

存在用于實(shí)現(xiàn)無線和有線鏈接的各種標(biāo)準(zhǔn)（請(qǐng)參見圖3）。但是，要充分利用最新半導(dǎo)體技術(shù)所帶來的監(jiān)視和控制機(jī)會(huì)，就需要新的標(biāo)準(zhǔn)。具體而言，要實(shí)現(xiàn)全球一致的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，需要三套標(biāo)準(zhǔn)：網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，無線標(biāo)準(zhǔn)和傳感器標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)化?，F(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)連接，無線通信以及傳感器和設(shè)備接口標(biāo)準(zhǔn)無法充分利用當(dāng)前和未來半導(dǎo)體技術(shù)的應(yīng)用潛力。因此，國際標(biāo)準(zhǔn)組織正在努力制定一套適用于所有國家和地區(qū)的統(tǒng)一規(guī)范和要求。

開放系統(tǒng)環(huán)境促進(jìn)創(chuàng)新，應(yīng)用程序采用和市場(chǎng)擴(kuò)展。因此，我們的高級(jí)營銷部門為許多標(biāo)準(zhǔn)化工作做出了貢獻(xiàn)。盡管該小組涵蓋網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，但它現(xiàn)在專注于支持和促進(jìn)開發(fā)無線通信格式標(biāo)準(zhǔn)和傳感器及相關(guān)設(shè)備接口標(biāo)準(zhǔn)的國際計(jì)劃。

尋求適應(yīng)頻譜分配的多樣性

具有批準(zhǔn)的規(guī)范和一致性要求的已接受標(biāo)準(zhǔn)定義了開放環(huán)境。關(guān)于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，瑞薩極力主張采用優(yōu)化的通信技術(shù)，以簡化和加速傳感器節(jié)點(diǎn)和基站的開發(fā)與部署。帶有專有電子設(shè)計(jì)的傳感器模塊使連接不同供應(yīng)商的模塊的工作復(fù)雜化，從而導(dǎo)致開發(fā)項(xiàng)目中的延誤成本很高。

無線通信標(biāo)準(zhǔn)化工作的一個(gè)非常重要的障礙是，無線電頻譜分配因國家/地區(qū)和政府法規(guī)的定義而異。由此產(chǎn)生的不一致會(huì)增加系統(tǒng)合規(guī)性成本，并阻礙無線收發(fā)器開發(fā)的全球化。尋找開發(fā)可適應(yīng)各種法規(guī)的統(tǒng)一方法的方法帶來了巨大的工程挑戰(zhàn)。

目前，所有國家都允許在擁擠的2.4 GHz頻帶上進(jìn)行無線通信。這就解釋了為什么大多數(shù)無線通信標(biāo)準(zhǔn)（包括Wi-Fi?，ZigBee?和Bluetooth?）都在使用它。然而，實(shí)際上，該頻帶傾向于受到有限范圍的影響?，F(xiàn)在，世界范圍內(nèi)的努力正在開發(fā)，以基于sub-GHz頻帶的使用為基礎(chǔ)的全球無線通信標(biāo)準(zhǔn)。瑞薩正在為該標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

提出新的通信技術(shù)

瑞薩電子除了提供支持在擁擠的2.4 GHz頻帶上進(jìn)行通信的芯片外，還推動(dòng)了兩項(xiàng)新的通信技術(shù)，這些技術(shù)將擴(kuò)大無線網(wǎng)絡(luò)的市場(chǎng)：人體局域網(wǎng)（BAN）和可見光通信（VLC）。

人體局域網(wǎng)提供了放置在非常有限的區(qū)域內(nèi)的電子設(shè)備之間的通信，特別是圍繞人體的空間。這些無線網(wǎng)絡(luò)中的傳感器模塊必須位于身體上，內(nèi)部或非?？拷眢w。由于通信被限制在較小的區(qū)域，因此信號(hào)傳輸是高度安全的。

我們預(yù)計(jì)BAN將會(huì)有許多應(yīng)用，特別是在醫(yī)療保健，汽車，商業(yè)和安全市場(chǎng)（見圖4）。引入適當(dāng)?shù)膶?shí)現(xiàn)組件后，肯定會(huì)出現(xiàn)其他應(yīng)用程序。

人體局域網(wǎng)的預(yù)期應(yīng)用。BAN中的無線傳感器在很小的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行通信，消耗的功率很少，并提供出色的安全性。這些網(wǎng)絡(luò)允許自動(dòng)和精確地調(diào)整與電子設(shè)備和系統(tǒng)的交互，以適應(yīng)個(gè)人的身體特征，個(gè)人喜好和應(yīng)用需求。

擴(kuò)展傳感器模塊的操作能力

數(shù)十年的經(jīng)驗(yàn)表明，無線網(wǎng)絡(luò)的多路徑連接非?？煽?。這些系統(tǒng)自動(dòng)繪制出自己的通信路徑。如果發(fā)生路由故障，他們會(huì)迅速重新映射網(wǎng)絡(luò)操作并繼續(xù)發(fā)送和接收。因此，重要的是要認(rèn)識(shí)到無線傳感器模塊不僅可以用于生成感應(yīng)數(shù)據(jù)，還可以用于更多用途。它們還可以充當(dāng)可靠的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。但是，為此，必須將與網(wǎng)絡(luò)有關(guān)的信息插入每個(gè)數(shù)據(jù)包中。這既增加了模塊的開銷，又增加了能耗。

通過使用能量收集，有可能完全或部分滿足傳感器模塊的功率要求。也許可以將模塊設(shè)計(jì)為捕獲通常被忽略的可用能量，然后存儲(chǔ)并使用它來執(zhí)行其感應(yīng)和聯(lián)網(wǎng)功能。

由于半導(dǎo)體傳感器模塊通常是低功率設(shè)備，因此許多潛在的能源都是合適的。例如，除了太陽能和風(fēng)能之外，傳感器的電子設(shè)備還可以利用人打開或關(guān)閉門或操作機(jī)械開關(guān)時(shí)所消耗的能量。其他方法可能包括挖掘人們腳步產(chǎn)生的能量；從設(shè)備，辦公室和工廠產(chǎn)生的廢熱中獲取電力；并通過生產(chǎn)機(jī)械的振動(dòng)產(chǎn)生能量。

如果可以使用能量收集技術(shù)為無線傳感器模塊供電，那么這將大大簡化無線網(wǎng)絡(luò)的部署過程。能量收集還將消除安裝和更換電池的需要，從而降低成本。

編輯：hfy