【無線知識庫】多協議無線技術探討與應用

SiliconLabs 2021-11-18 14:00

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Silicon Labs（亦稱“芯科科技”）無線工程團隊基于長年積累的多協議無線開發知識以及協助客戶進行無線網絡部署的豐富經驗，從而針對多種無線技術組合和情境制作了一系列應用文檔，歡迎點擊文末的閱讀原文或復制下方網址下載并參考使用：https://cn.silabs.com/applications/enabling-technologies/multiprotocol

什么是多協議？

隨著連接設備的方式不斷增加，能夠與不同類型的設備進行安全通信就變得非常重要。多協議無線技術可使無線設備通過多個無線協議或頻率進行通信，幫助解決這一問題。

有兩種主要的多協議類型：交換式和動態多協議，每種類型都有自己的優勢和挑戰，以及針對性的用例。

交換式多協議

涉及在一個芯片上運行兩種不同的可能模式。協議和堆棧視圖中的每個模式彼此分開。要交換協議，有兩個選項：1) 引導加載您要包含其他協議棧的固件映像，進行通信，然后引導加載回其他映像，或 2) 讓具有兩種模式的一個映像完全啟用或禁用每個協議。

其中一個示例是聯網的家庭設備（如門或窗傳感器），在其絕大部分使用壽命內只需要調試藍牙即可加入網絡，然后通過 Zigbee 通信。為此，您將寄出已編程或啟用藍牙軟件的部件，通過電話與用戶/安裝者交流，然后禁用藍牙，啟用 Zigbee 并加入 Zigbee 網絡。然后，通常返回藍牙連接的唯一方法是通過用戶中斷（如按鈕）或通過 Zigbee 連接到節點，以告訴它切換回藍牙，因為設備不能同時留在網狀網絡并停留在其藍牙連接上。交換間隔時間非常長 – 藍牙需要數百毫秒，藍牙網狀網絡則需要更長時間。

動態多協議

在交換功能上更加流暢和靈活，而且可以在兩個協議之間更快速地跳躍。使用動態多協議時，您無需關閉或去初始化整個協議棧；只需保持兩個協議的運行狀態并對換正在使用物理無線電的協議，從而大大縮短了切換時間。您正在共享兩個協議之間的最低階依賴關系，通常是無線電（下圖中以墻底磚表示）。通過更快切換，它使藍牙低功耗 (BLE) 連接保持活動狀態，同時保持 Zigbee/Thread 網絡上的連接，從而確保您位于每個協議的時間窗口內，不會斷開連接或從網絡中刪除。這允許節點通過 Zigbee/Thread 或藍牙響應命令，這意味著通話中的用戶可以控制節點和主網絡。

動態多協議應用的一個很好的例子是門鎖，您希望用戶能夠通過手機上的藍牙鎖上/解鎖門，以及通過 Zigbee 使用傳感器、時間表或云命令。

	交換式多協議	動態多協議
優點	通常，整體系統成本選項較為便宜，因為您的主 IC 是所有選項中最簡單的。最簡單的選項，因為您無需擔心復雜的軟件定時管理。需要更少的開發。	無縫連接，易于使用。保持 BLE 連接，同時留在網狀網絡上。
缺點	最不靈活的選項，因為您必須完全禁用一個協議才能啟用另一個協議。例如，使用藍牙時，您將失去所有連接，必須重新建立連接，使用 Zigbee 時，您將從網絡中斷開。在兩個協議之間切換需要更長時間，因為每次切換時必須關閉并重新啟動每個協議。	需要軟件和網絡方面的專業知識，難以開發和測試。需要嚴格的時間表，以確保您符合保持 BLE 活動狀態的要求。

多協議應用技術文檔下載

AN1133：基于藍牙? 和 Zigbee 的動態多協議開發：https://www.silabs.com/documents/public/application-notes/an1133-dynamic-multiprotocol-bluetooth-zigbee.pdf
AN1269：基于藍牙和 RAIL 專有協議 (GSDK v3.x) 的動態多協議開發：https://www.silabs.com/documents/public/application-notes/an1269-bluetooth-rail-dynamic-multiprotocol-gsdk-v3x.pdf
AN1209：基于藍牙和 Connect 的動態多協議開發：https://www.silabs.com/documents/public/application-notes/an1209-dynamic-multiprotocol-connect-bluetooth.pdf
AN1265：基于藍牙和 OpenThread (GSDK v3.x) 的動態多協議開發：https://www.silabs.com/documents/public/application-notes/an1265-openthread-bluetooth-dynamic-multiprotocol-gsdk-v3x.pdf