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

利用瑞薩的專業(yè)知識來幫助創(chuàng)建和促進新市場

該部門的專家通過確定半導體技術如何滿足當前和預期的最終用戶需求來促進電子制造商的業(yè)務成功。隨后，他們分析了目標應用的設計要求，并提出了瑞薩可以生產(chǎn)的解決方案。此后，他們促進了應用我們新的和現(xiàn)有解決方案的市場機會，同時為我們的研發(fā)，生產(chǎn)和應用工程運營提供指導。

先進市場部的活動使瑞薩能夠及時交付下一代芯片和支持產(chǎn)品，使系統(tǒng)工程客戶能夠設計和制造優(yōu)質(zhì)的最終產(chǎn)品。在市場部門的戰(zhàn)略位置上，該小組使瑞薩電子處于眾多嵌入式系統(tǒng)應用程序的產(chǎn)品和技術趨勢的最前沿。

與日新月異的變化保持同步

該部門面臨的最大挑戰(zhàn)是電子技術的驚人發(fā)展速度—比其他經(jīng)濟領域要快得多。引入新的電子產(chǎn)品，似乎每天都有相關的市場誕生。他們從創(chuàng)業(yè)到成長階段的運動非常壯觀。

新的電子設備，系統(tǒng)和應用程序通常會對社會產(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。電子競賽是不間斷的沖刺，我們的客戶一直在尋找方法來獲得領先優(yōu)勢和銷售優(yōu)勢。

圖1顯示了當今各個市場領域的增長曲線和典型解決方案。由于高級營銷部的任務是為處于啟動階段的應用程序創(chuàng)建和建立新的市場（圖1中的區(qū)域“ A”），因此，這組技術人員目前正在促進生物經(jīng)濟（BE），能量收集（ EH），可見光通信（VLC）和人體局域網(wǎng)（BAN）。重要的是，這些技術中的每一種都可能導致無線傳感器網(wǎng)絡的重大進步。

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

為智能社會奠定基礎，逐個芯片

實現(xiàn)基于電子的物理和社會環(huán)境“智能社會”是兩個因素的產(chǎn)物：（1）半導體技術的進步，不斷以較低的成本提供更多的計算能力，（2）價值激增隨著微機功能的發(fā)展，從計算，控制，數(shù)據(jù)庫，在線活動，隨時隨地的連接性，到人工智能的跳躍性發(fā)展。

作為微型計算機和其他芯片的全球領先供應商，瑞薩長期以來一直是增值趨勢的主要力量。我們提供并繼續(xù)開發(fā)針對電子產(chǎn)品和系統(tǒng)的領先解決方案，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。

消除對電線的需求及其施加的限制

如今，數(shù)字網(wǎng)絡無處不在。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，有線實現(xiàn)在涉及移動性的應用程序中是不切實際的。在過去的十年左右的時間里，半導體技術徹底改變了無線網(wǎng)絡，使其變得異常實用且具有成本效益。實際上，無線系統(tǒng)已迅速成為新的規(guī)范，并正在對我們的日常生活產(chǎn)生巨大影響。

無線傳感器網(wǎng)絡已經(jīng)在眾多應用中發(fā)揮了主要作用-氣象觀測就是一個很好的例子?，F(xiàn)在，從遙遠的觀測點（例如儀表艙，氣象船，自主海浮標，衛(wèi)星，雷達和日本的AMeDAS（自動氣象數(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">中心進行快速分析。這種無線連接改善了天氣預報并刺激了環(huán)境數(shù)據(jù)的新應用。

擴大無線傳感器網(wǎng)絡應用范圍的主要工程挑戰(zhàn)是尋找減少節(jié)點尺寸和成本的方法。尤其是對于經(jīng)濟，低功耗的無線傳感器模塊而言，這是一個巨大的機遇，該模塊足夠小，可以輕松放置在適當?shù)奈恢?。緊湊的模塊包含傳感器，控制電子設備和數(shù)據(jù)收發(fā)器，是遠程監(jiān)控環(huán)境和物理條件的理想選擇，以實現(xiàn)便利性，安全性以及生態(tài)和其他目的。用它們構建的系統(tǒng)將改善“智能社會”中的生活和生活（請參見圖2）。

無線傳感器網(wǎng)絡將影響智能社會的方式。具有自動監(jiān)視和控制功能的創(chuàng)新無線網(wǎng)絡可以提高效率，減少不確定性，降低風險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)服務不中斷

使用標準化使無線傳感器網(wǎng)絡更加靈活

先前描述的包含一個或多個傳感器和小型收發(fā)器的電子模塊是無線傳感器網(wǎng)絡的主要組件。為特定應用優(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程系統(tǒng)管理機構進行通信。

這些核心技術可以是專有的（封閉的）或基于標準的（開放的）功能環(huán)境。但是，為了獲得最大的多功能性，應該對網(wǎng)絡連接，通信鏈路以及傳感器和設備接口進行標準化。這是因為開放環(huán)境的標準化可實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)的互換性，從而有助于進行配置修改。

存在用于實現(xiàn)無線和有線鏈接的各種標準（請參見圖3）。但是，要充分利用最新半導體技術所帶來的監(jiān)視和控制機會，就需要新的標準。具體而言，要實現(xiàn)全球一致的無線傳感器網(wǎng)絡，需要三套標準：網(wǎng)絡標準，無線標準和傳感器標準。

關鍵技術領域的標準化。現(xiàn)有的網(wǎng)絡連接，無線通信以及傳感器和設備接口標準無法充分利用當前和未來半導體技術的應用潛力。因此，國際標準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)境促進創(chuàng)新，應用程序采用和市場擴展。因此，我們的高級營銷部門為許多標準化工作做出了貢獻。盡管該小組涵蓋網(wǎng)絡標準，但它現(xiàn)在專注于支持和促進開發(fā)無線通信格式標準和傳感器及相關設備接口標準的國際計劃。

尋求適應頻譜分配的多樣性

具有批準的規(guī)范和一致性要求的已接受標準定義了開放環(huán)境。關于無線傳感器網(wǎng)絡，瑞薩極力主張采用優(yōu)化的通信技術，以簡化和加速傳感器節(jié)點和基站的開發(fā)與部署。帶有專有電子設計的傳感器模塊使連接不同供應商的模塊的工作復雜化，從而導致開發(fā)項目中的延誤成本很高。

無線通信標準化工作的一個非常重要的障礙是，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頻帶上進行無線通信。這就解釋了為什么大多數(shù)無線通信標準（包括Wi-Fi?，ZigBee?和Bluetooth?）都在使用它。然而，實際上，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頻帶的使用為基礎的全球無線通信標準。瑞薩正在為該標準的發(fā)展做出貢獻。

提出新的通信技術

瑞薩電子除了提供支持在擁擠的2.4 GHz頻帶上進行通信的芯片外，還推動了兩項新的通信技術，這些技術將擴大無線網(wǎng)絡的市場：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)的電子設備之間的通信，特別是圍繞人體的空間。這些無線網(wǎng)絡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，因此信號傳輸是高度安全的。

我們預計BAN將會有許多應用，特別是在醫(yī)療保健，汽車，商業(yè)和安全市場（見圖4）。引入適當?shù)膶崿F(xiàn)組件后，肯定會出現(xiàn)其他應用程序。

人體局域網(wǎng)的預期應用。BAN中的無線傳感器在很小的區(qū)域內(nèi)進行通信，消耗的功率很少，并提供出色的安全性。這些網(wǎng)絡允許自動和精確地調(diào)整與電子設備和系統(tǒng)的交互，以適應個人的身體特征，個人喜好和應用需求。

擴展傳感器模塊的操作能力

數(shù)十年的經(jīng)驗表明，無線網(wǎng)絡的多路徑連接非?？煽?。這些系統(tǒng)自動繪制出自己的通信路徑。如果發(fā)生路由故障，他們會迅速重新映射網(wǎng)絡操作并繼續(xù)發(fā)送和接收。因此，重要的是要認識到無線傳感器模塊不僅可以用于生成感應數(shù)據(jù)，還可以用于更多用途。它們還可以充當可靠的網(wǎng)絡節(jié)點。但是，為此，必須將與網(wǎng)絡有關的信息插入每個數(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。也許可以將模塊設計為捕獲通常被忽略的可用能量，然后存儲并使用它來執(zhí)行其感應和聯(lián)網(wǎng)功能。

由于半導體傳感器模塊通常是低功率設備，因此許多潛在的能源都是合適的。例如，除了太陽能和風能之外，傳感器的電子設備還可以利用人打開或關閉門或操作機械開關時所消耗的能量。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)機械的振動產(chǎn)生能量。

如果可以使用能量收集技術為無線傳感器模塊供電，那么這將大大簡化無線網(wǎng)絡的部署過程。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