市場にはさまざまな無線技術が存在し、それぞれに長所と短所、および応用分野があります。ワイヤレス ネットワーク テクノロジーのさまざまな利点を組み合わせることで、モノのインターネット (IoT) デバイスのパフォーマンスが向上します。このホワイト ペーパーでは、ワイヤレス ネットワーク テクノロジーの特定の機能と、Arrow Electronicsが提供するソリューションの利点について説明します。
ZigBeeはメッシュトポロジーとゲートウェイを組み合わせてネットワークを形成する
ZigBee (802.15.4) とBLE (Bluetooth ® Low Energy) は、市場で最も人気のある2つのIoTワイヤレス低電力プロトコルですが、それぞれに長所と短所があります。ZigBeeは、中距離で少量のデータを送信するように設計されたメッシュ ネットワーク プロトコルです。これはメッシュ トポロジ ネットワーク上で動作します。つまり、単一のセンサー ノードからの情報は、ゲートウェイに到達するまで、一連の (または「メッシュ」) モードを通過します。
ZigBeeはローカル エリア ネットワーク (LAN) です。したがって、ホームオートメーションやスマート照明に最適なプロトコルです。ZigBeeは適用範囲が広いですが、それでもかなり制限されており、産業用IoTアプリケーションなどの高度に計測されたインストールには最適なオプションではありません。ZigBeeネットワークはメッシュ トポロジのためレイテンシが高く、複数のノードが1つのノードを介してゲートウェイに到達しようとするとボトルネックが発生する可能性があります。
BLEネットワーク範囲が短く、データレートが高い
BLEは、ユーザーの近くにあるデバイスに接続するように設計されたパーソナル エリア ネットワーク (PAN) であるため、ネットワーク範囲はZigBeeよりもはるかに短くなりますが、データ レートははるかに高くなります。短いバーストでのBLEデータ レートは2 Mbit/sです。BLEはこれらの短いバーストの間に「スリープ」することができます。これはZigBeeにはない機能であり、データと電力の使用量が少なくて済みます。
多くのBLEアプリケーションはスマートフォンをゲートウェイとして使用するように設計されていますが、これはスマートフォンが存在する場合にのみ機能します。スマートウォッチやフィットネスバンドなどのウェアラブルデバイスも対応可能ですが、商用および産業用アプリケーションで使用されるセンサーは無人であることが多いため、スマートフォンゲートウェイの実装は非現実的または不可能です。
BLEとZigBeeで強力なPANとLANを構築
実際、BLEとZigBeeは相互に補完し合うことができます。一部の開発者は、BLEとZigBeeを組み合わせることで非常に強力なPANおよびLANデバイスを作成できることを発見しました。
スマートドアロックを例にとると、ユーザーはスマートフォンを使用してBLEリンク経由でドアロックを開くことができます。同じドアロックをZigBee経由でホームルーターに接続し、インターネット接続で制御することもできます。したがって、所有者がドアに近づくと、スマートフォンはセルラー ネットワークまたはWi-Fiを使用してルーターと通信し、ルーター内のZigBeeスタックを使用して自動的にドアを開きます。ただし、インターネット接続がダウンしている場合は、ユーザーはスマートフォンを使用してBLE経由でドアのロックを開けることができます。
二重プロトコルをサポートするIoTプラットフォームのリファレンス デザイン
Arrow Electronicsは、ZigbeeとBLEをサポートするSTM32WBを使用したリファレンス デザインも提供しています。このソリューションは、同じハードウェアでZigbeeスタックとBLEスタックをサポートできるほか、RFフロントエンドICを統合してモジュールが長距離アプリケーション向けに20dBm出力を生成できるようにし、リファレンス アプリケーションを使用してZigbeeスタックとBLEスタックを同時に実行することもできます。
STM32WBは、デュアルコア、マルチプロトコル、超低消費電力の2.4GHz MCUシステムオンチップです。BLE 5.0およびIEEE 802.15.4プロトコル (シングル モードおよび同時モード) をサポートし、幅広いIoTアプリケーションのニーズに対応します。このモジュールは、STのクラス最高の超低消費電力MCUをベースにしており、開発時間の短縮、BOMコストの削減、アプリケーションのバッテリ寿命の延長を可能にする幅広い周辺機器セットを備えています。同じ製品ラインのパッケージを中心に、小型フォームファクターに完全なリファレンス デザインを統合し、幅広い認証を提供します。
リファレンス デザインは、回路図、PCB図面、コード例 (PIR制御、照明制御など)、および新しい製品設計の開発プロセスを簡素化するように設計されたドキュメントのセットで構成されています。開発者は、ワイヤレス セキュリティ、OTAソフトウェア アップデート、バッテリー動作用の低電力スタンバイなどのソフトウェア リソースを使用できます。
IoT制御に加えて、Arrow Electronicsのエンジニアリング ソリューションでは、ビデオおよびオーディオ ストリーミング機能もSTM32WBに統合されています。STM32WBモジュールのBLE MACとデュアルコアMCU機能を使用することで、システムは300メートルの範囲でさまざまなIoTデバイスにJPEG画像とオーディオを送信できます。開発者はこの独自の機能を活用して製品を差別化できます。たとえば、ドアベルにオーディオ通信を追加して、Zigbeeデバイスを制御し、Zigbeeゲートウェイと通信するオーディオ ドアベル製品を作成します。
AI技術と組み合わせたスマートホームシステム
AIテクノロジーと組み合わせることで、スマート ホームには複数のIoTデバイスを接続する機能が含まれるようになり、AIの優れた処理能力と学習能力もサポートされます。Arrow Electronicsは、AI熱検知、ビデオ/オーディオ ストリーミング、音声UI、IoT制御からAGV (無人搬送車) に至るまで、AIスマート ホーム ソリューションを提供しました。他の製品との主な違いは、低コストのMCUを使用して、民生用電子機器市場のAIスマートホーム アプリケーション向けに低コストで高性能なソリューションを提供していることです。
以下は、すべての開発者が利用できるAIスマートホーム ソリューションのリストです。
の Arrow ElectronicsとSTが開発したスマート ホーム ソリューションでは、STM32WBとSTM32H7の2つのST MCUが使用されています。このソリューションは、ベビーモニター、ドアベル、ドアロック、スマートホームカメラ、ゲームコンソールなど、日常生活のさまざまなアプリケーションで使用できます。 エアコン、ホームオーディオ、洗濯機などのスマート家電も取り扱っております。
より便利な60GHzミリ波無線周波数トランシーバー
さらに、STは、ミリ波非接触コネクタとしても知られる60GHzミリ波をベースにした、ユニークで革新的な超低電力無線周波数トランシーバ (ST60) シリーズを開発しており、さまざまな分野で応用されています。
ST60は低遅延通信応答の利点があり、応答時間は7マイクロ秒で、5Gの100倍の速さです。ST60非接触通信のデータレートはチャネルあたり6.25Gbpsに達し、複数のチャネルを組み合わせることでさらに高速な要件を簡単に満たすことができます。非接触型ディスプレイ システムでは、さまざまな解像度要件を満たすために、720pディスプレイには1つのチャネル、1080pディスプレイには2つのチャネル、4Kディスプレイには4つのチャネルが必要です。
ST60シリーズには2つの品番があります。ST60A2は、超高データ帯域幅と産業用温度をサポートします。SLVS入力インターフェースを搭載しており、DP、SATA、PCIe、SGMIIギガビット イーサネットなどのデータ チャネルと互換性があり、より幅広い適用が可能です。また、ST60A3は、USB2接続に適合したデバイス用のeUSB2インターフェースをサポートしています。
結論
多数の無線伝送プロトコルは互いに競合しているように見えますが、それぞれの利点を組み合わせることで、システムの機能性と有効性が向上します。Arrow ElectronicsはSTと提携し、さまざまな通信プロトコルを組み合わせたビデオおよびオーディオ伝送システムとIoTセンサー システムを発表しました。人工知能と組み合わせることで、UIがより直感的になり、オブジェクトの判断がより正確になります。これらのリファレンス デザインは、顧客が関連するスマート ホームIoTシステムの開発を加速するのに役立ち、関心のあるメーカーからの詳細な理解と参照に値します。