根據(jù)科技產(chǎn)業(yè)研究機構Gartner的報告指出，物聯(lián)網(wǎng)中的對象數(shù)量每天增加五百五十萬件。到2020年，預計總數(shù)將達到兩百零八億件。

鑒于這種爆炸式的增長，有必要對可以連接所有對象和讓所有對象相互通訊的互聯(lián)網(wǎng)進行檢視。在物聯(lián)網(wǎng)的領域中有諸多的嚴苛挑戰(zhàn)，其中之一就是在這些設備之間建立起可靠的無線連接。通訊系統(tǒng)的可靠性可由無線電收發(fā)器和通訊微控制器這兩種關鍵組件的性能來決定。

本文將以亞德諾半導體（ADI）為例，說明該公司旗下組件和解決方案是如何提高系統(tǒng)級的可靠性，實現(xiàn)耐沖擊性的應用（High impact application），而在這些應用中，質量、數(shù)據(jù)的完整性和洞察是關鍵任務。

美中不足　無線設備可靠性仍待加強

消費性設備所采用的現(xiàn)有無線連接技術，總是無法滿足工業(yè)和保健系統(tǒng)對性能的要求。這些系統(tǒng)對優(yōu)先事項（包括安全性、準確性和時間敏感性）的不同安排提高了對可靠性的需求。蜂巢式系統(tǒng)近乎可滿足這些性能的要求，但是若從電池、成本和數(shù)據(jù)傳輸量等的要求來看，往往是不合適的。非常可靠的系統(tǒng)現(xiàn)今只在利基型的工業(yè)和軍事應用中才存在。然而，這些應用在設計時，可靠性通常會被列為最高優(yōu)先的等級，至于成本則往往是位于設計考慮清單的末端。而在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)，其挑戰(zhàn)就變成了要以更低的系統(tǒng)成本提供相同的高可靠性。

讓我們考慮一下某些使用情境，其中，為了增強系統(tǒng)的效用會將無線能力加進來，且連接的可靠性是關鍵任務。

提升生產(chǎn)流程控制效率　聯(lián)網(wǎng)設備不可少

連網(wǎng)設備在制造業(yè)中的一項關鍵吸引力包括產(chǎn)量提升的潛力。為了做到這一點，通常要能遠程控制生產(chǎn)鏈中的各種設備，以便可適時地進行調整。

在化學生產(chǎn)流程中，鍋爐操作中的控制閥就是一個這樣的例子（圖1）。基于流程中其他階段的回饋，對該控制閥的立即且自主的控制，可進行實時的調整，從而使得整體的效率更優(yōu)化。

圖1　透過聯(lián)網(wǎng)操作鍋爐控制閥可提升整體效率。

隨著連網(wǎng)設備應用增加，目前醫(yī)院和保健中心也正致力于要以無線連接的方式來監(jiān)測病患的生命征象。

聯(lián)網(wǎng)技術以實現(xiàn)智慧保健

傳統(tǒng)笨重的有線解決方案可以無線傳感器貼片（Sensor patch）來取代；這種傳感器貼片可通過本地的網(wǎng)關而連接到網(wǎng)絡（圖2）。在對病患進行監(jiān)測時，這樣的系統(tǒng)將更有效率，同時還可減少醫(yī)護人員的負擔。

圖2　透過無線網(wǎng)絡控制醫(yī)療器材可減少醫(yī)護人員負擔。

無線通信可提供緊急反應的事件感測

利用先進的圖像和聲學感測及處理方法，安裝在公共空間的系統(tǒng)（例如燈柱）可以檢測諸如車輛事故和犯罪活動等事件（圖3），且具有高可信度。這種信息可以經(jīng)由無線通信被中繼到適當?shù)臋C構或單位，其中伴隨的位置信息可實現(xiàn)更快的緊急反應。

圖3 無線通信技術可提供緊急事件反應速度。

射頻障礙將影響接收機靈敏度

先前提到的每一個例子都有不同的環(huán)境挑戰(zhàn)，而這些挑戰(zhàn)則會對無線通信帶來負面的影響。例如，工廠的鋼鐵結構和厚重的墻壁會產(chǎn)生很大的障礙，它會將射頻訊號的功率降低到無法被目標設備接收到的程度。在目標設備中使用的無線電接收機靈敏度將決定可容忍的訊號劣化程度。靈敏度只要有2dB這樣些許的變化就可能造成訊號是否能成功被接收到，或無法被接收到的差異。在選擇無線電時，通訊系統(tǒng)的設計工程師要對接收機的靈敏度非常注意。

連網(wǎng)的設備通常是在該區(qū)域的相關ISM頻帶中工作。ISM頻帶是免授權的，可供需要無線連接的各種應用使用。2.4GHz是全球標準化的，并且廣為Wi-Fi和藍牙設備所使用。

擁擠頻帶易導致數(shù)據(jù)包漏失

在1GHz以下頻帶中也有可用的ISM頻譜。這些頻帶通常會被物聯(lián)網(wǎng)的應用所使用。該頻段在歐洲為868MHz，在美國為915MHz。當位于非常接近的多個設備共享相同的ISM頻帶時，就會面臨到挑戰(zhàn)。發(fā)射設備會干擾附近的接收設備，例如，在公立醫(yī)院，院中有各式各樣共享相同ISM頻段的機器。可用阻斷（Blocking）規(guī)范來測量無線電在有著這種干擾情況下的操作能力。除了在ISM頻帶內(nèi)工作的設備之外，這項挑戰(zhàn)還會向外延伸。若沒有足夠的阻斷能力，在附近操作的手機或平板計算機可能會導致系統(tǒng)中的通訊中斷。

在軍事和航空航天應用中，為減輕干擾源影響，通常會采用非常昂貴的部件。在關鍵任務型數(shù)據(jù)（如前文所提到的應用）中所使用的無線電必須實現(xiàn)與軍事和航空航天類似性能，且還不能產(chǎn)生因采用額外外部組件所產(chǎn)生的高昂成本。在有多個干擾源在附近操作的情況下，這樣的無線電仍然還能持續(xù)接收訊息。