Новые тенденции в технологии многопротокольных модулей для более интеллектуального Интернета вещей.

Рынок многопротокольных модулей значительно вырастет в 2025 году. Этот рост обусловлен новыми технологическими партнерствами и новыми продуктами. Некоторые важные изменения обещают быть лучше. многопротокольный модуль Системы на кристалле (SoC), небольшие модули с поддержкой Zigbee и BLE, а также партнерства, использующие постквантовую криптографию. Многопротокольная интеграция помогает устройствам работать вместе, экономить энергию и обеспечивать безопасность данных. Это поддерживает растущий рынок и привносит новые идеи в Интернет вещей.

• Компания KORE Wireless улучшила управление подключением, приобретя у Ericsson IoT Accelerator.

• Компании SEALSQ и Wecan Group повысили уровень безопасности благодаря постквантовой криптографии.

• Компании InnoPhase IoT и Quectel продемонстрировали новые многопротокольные модули.

Основные выводы

• Рынок многопротокольных модулей быстро растет. Новые технологии и командная работа помогают устройствам IoT эффективно взаимодействовать друг с другом. Эти изменения также способствуют экономии энергии и защите данных.

• Усовершенствованные многопротокольные модули используют множество беспроводных стандартов в компактных микросхемах. Эти микросхемы потребляют меньше энергии. Устройства могут взаимодействовать друг с другом в разных сетях. Это помогает интеллектуальным приложениям работать эффективнее.

• Хорошая совместимость, низкое энергопотребление и улучшенная безопасность помогают многопротокольным модулям. Они делают умные дома, промышленные предприятия, здравоохранение и транспорт более эффективными. Эти объекты также становятся более надежными.

Тенденции рынка

Рост рынка многопротокольных модулей

Рынок многопротокольных модулей растет очень быстро. В 2023 году его стоимость составляла около 7 миллиардов долларов. Эксперты считают, что к 2033 году он превысит 15 миллиардов долларов. Ожидается, что рынок будет расти на 15% ежегодно с 2025 по 2033 год. Это связано с тем, что все больше людей используют устройства Интернета вещей (IoT), в умных домах и на заводах все больше автоматизации. Крупные компании, такие как NXP, Texas Instruments и STMicroelectronics, вкладывают значительные средства в исследования. Они стремятся создавать новые и более совершенные многопротокольные модули. Азиатско-Тихоокеанский регион является ведущим регионом для этого рынка. На Китай приходится более половины рынка. Северная Америка и Европа также быстро растут. Проекты «умных городов» и правила для безопасных, энергосберегающих модулей способствуют развитию этих регионов.

Факторы, влияющие на отрасль

Много факторов способствует росту рынка многопротокольных модулей. Устройствам необходимо легко взаимодействовать друг с другом, даже если они используют разные протоколы. Многопротокольные модули работают с Bluetooth, Wi-Fi, Zigbee и Thread. Это помогает устройствам взаимодействовать друг с другом. Новые чипсеты и модули делают использование таких устройств дешевле. Они также потребляют меньше энергии. Некоторые сети используют как проводные, так и беспроводные каналы связи, что предоставляет предприятиям больше возможностей выбора. Индустрия 4.0, облачные технологии и обновления в реальном времени также способствуют развитию рынка. Многопротокольные шлюзы упрощают подключение заводов, больниц и умных домов. Рынок также растет благодаря тому, что модули стали меньше по размеру, могут использовать больше радиомодулей и работают со многими платформами.

Технологический прогресс

Интеграция многопротокольных модулей

Интеграция нескольких протоколов изменила принципы работы сетей IoT. Инженеры создают модули, использующие множество беспроводных стандартов на одном чипе. Модули Type 2FR/2FP от Murata — хороший тому пример. Эти модули подключаются к Wi-Fi 6, Bluetooth 5.4 и OpenThread. Благодаря своим небольшим размерам они подходят для множества устройств. Они работают с экосистемой Matter, обеспечивая удобную связь. В модулях используется микроконтроллер Arm Cortex-M33 с частотой 260 МГц. Это позволяет им потреблять меньше энергии и обеспечивать высокую безопасность.

Компания STMicroelectronics также производит более совершенные многопротокольные модули. Модуль ST67W611M1 использует SoC Qualcomm QCC743. Он работает с Wi-Fi 6, Bluetooth 5.3, Thread и Matter через Wi-Fi. Это упрощает проектирование модулей и интегрируется с экосистемой STM32. Модульные аппаратные конструкции теперь объединяют Wi-Fi, LoRa и BLE в простых компонентах. Такие конструкции позволяют инженерам легко переключаться между протоколами. Кроме того, они упрощают создание устройств на 70% благодаря унифицированным SDK.

Модульные обновления помогают инженерам быстро добавлять или изменять функции. Это упрощает масштабирование и обновление устройств. Интеграция на основе чиплетов обеспечивает гибкость проектирования и экономию энергии. Чиплеты позволяют производить больше микросхем и предоставляют больше возможностей для проектирования. Это способствует разработке более совершенных многопротокольных модулей.

Многоядерные архитектуры важны для этих новых модулей. Гетерогенные вычисления, такие как CrowPanel с двухъядерным ESP32-S3, разделяют графические и протокольные задачи. Это обеспечивает стабильность и скорость работы устройств при использовании множества протоколов. Искусственный интеллект на устройстве помогает в решении задач в реальном времени, например, в поиске вредителей, и потребляет мало энергии. Модули расширения можно заменять без изменения аппаратного обеспечения. Уровни аппаратной абстракции позволяют одновременно запускать множество протоколов, что повышает надежность устройств.

Многопротокольные шлюзы используют четыре уровня. Аппаратная абстракция обеспечивает подключение ко многим типам оборудования. Механизмы анализа протоколов обрабатывают множество стеков протоколов. Стандартизация данных использует ISO/IEC 19464. Уровни адаптации приложений предоставляют RESTful API и MQTT. Адаптивное обучение протоколов использует глубокий анализ пакетов для поиска новых протоколов. Графические инструменты помогают быстро добавлять новые протоколы. Периферийные вычисления помогают быстро обрабатывать данные и изменять протоколы с низкой задержкой и высокой скоростью.

Благодаря этим новым модулям промышленный Интернет вещей становится лучше. Шлюзы для интеллектуальных энергосетей объединяют данные со множества устройств в единый формат. Это ускоряет обмен данными. Многопротокольные периферийные шлюзы сокращают объем работы с облачными сервисами и позволяют устройствам использовать разные протоколы.

Эволюция беспроводных протоколов

Беспроводные соединения постоянно совершенствуются и способствуют развитию многопротокольных технологий. Компания Silicon Labs разработала программное обеспечение, позволяющее использовать Zigbee и Bluetooth LE на одном чипе. Это упрощает аппаратную часть и снижает стоимость до 40%. Многопротокольные SoC, такие как Wireless Gecko, поддерживают Bluetooth, Zigbee, Z-Wave и LoRa. Эти чипы позволяют устройствам обмениваться данными в разных радиочастотных диапазонах.

В многорадиосистемных решениях используются два радиомодуля для разных протоколов. Это предотвращает проблемы с производительностью, что важно для интеллектуального учета электроэнергии. В однорадиосистемных решениях используется разделение по времени, что может замедлять работу. Многорадиосистемные решения работают лучше, но стоят дороже и занимают больше места.

Новые партнерства позволяют использовать многопротокольные SoC в шлюзах для Bluetooth, Zigbee, Z-Wave и LoRa. Эти чипы экономят место и снижают затраты. Многопротокольные SoC помогают устройствам взаимодействовать в различных радиочастотных диапазонах, упрощая создание крупных сетей IoT. Wi-Fi мало используется в периферийных устройствах, поскольку потребляет больше энергии. Поэтому многопротокольные SoC ориентированы на протоколы с низким энергопотреблением.

Пока ни один чип не может поддерживать все беспроводные протоколы IoT, но многопротокольные SoC охватывают наиболее важные из них.

Улучшенные беспроводные протоколы помогают устройствам взаимодействовать друг с другом и быстрее передавать данные. Искусственный интеллект в шлюзах IoT преобразует данные между Zigbee, LoRaWAN и Bluetooth в режиме реального времени. Модемы 5G в шлюзах обеспечивают очень быстрые соединения с низкой задержкой. Периферийные вычисления с использованием ИИ в шлюзах 5G помогают устройствам принимать решения и быстро передавать данные.

1. Встроенные процессоры и искусственный интеллект помогают управлять ресурсами и протоколами в режиме реального времени. Это экономит энергию и обеспечивает высокую скорость работы устройств во многих беспроводных сетях.

2. Интеллектуальное планирование в беспроводных SoC снижает помехи и задержки. Это достигается за счет выбора того, какой трафик будет передаваться первым, и управления радиосигналами.

3. Использование таких стандартов, как Matter, помогает устройствам взаимодействовать друг с другом, объединяя Wi-Fi, Thread и Bluetooth. Это упрощает подключение устройств.

4. Поддержка нескольких протоколов позволяет устройствам обмениваться данными между собой, используя различные протоколы. Это помогает передавать данные быстрее и сокращает время ожидания.

5. Масштабируемые конструкции помогают обновлять прошивку и поддерживать бесперебойную работу устройств по мере их добавления.

6. Функции сосуществования в аппаратном и программном обеспечении предотвращают помехи в загруженных частотных диапазонах. Это обеспечивает стабильное соединение.

7. Кроссплатформенные соединения позволяют устройствам, шлюзам и облачным сервисам легко обмениваться данными. Это повышает эффективность работы систем и помогает пользователям.

Многокристальная конструкция чипа способствует улучшению беспроводных соединений. Модульная модернизация позволяет инженерам легко добавлять или изменять функции. Это способствует развитию устройств. Энергоэффективность повышается за счет снижения энергопотребления и тепловыделения чиплетов. Использование различных чиплетов в одном корпусе позволяет инженерам создавать высокопроизводительные индивидуальные решения. Новые стандарты упаковки и подключения устраняют такие проблемы, как медленная связь между чиплетами и повышенное энергопотребление. Это способствует повышению производительности устройств.

Технология 5G имеет огромное значение для беспроводных соединений в многопротокольных сетях. Модемы 5G обеспечивают высокую скорость и низкую задержку, что необходимо для выполнения важных задач и работы большого количества устройств. Граничные вычисления и искусственный интеллект в шлюзах 5G помогают устройствам принимать решения и работать эффективнее. Эти новые идеи позволяют устройствам легко взаимодействовать и развиваться в больших сетях Интернета вещей.

Взаимодействие и производительность

Многопротокольное соединение

Многопротокольная связь сегодня очень важна для сетей IoT. Инженеры сталкиваются со множеством проблем при создании систем с различными беспроводными стандартами. Среди них – сложная аппаратная архитектура, замысловатое программное обеспечение и недостаток ресурсов. Команды должны создавать SoC, работающие со многими частотными диапазонами и протоколами. При этом необходимо избегать увеличения стоимости или усложнения использования. Программное обеспечение должно работать стабильно и быстро переключаться между протоколами, не расходуя ресурсы процессора и памяти.

• Оборудование должно быть совместимо со многими радиостанциями и диапазонами.

• Программное обеспечение должно быть хорошо согласовано между собой, чтобы избежать конфликтов.

• В распоряжении команд ограниченные ресурсы процессора, памяти и вычислительной мощности, поэтому им необходимо разумно распоряжаться своими ресурсами.

• Команды используют стеки протоколов из разных источников, что усложняет задачу.

• Некоторые частотные диапазоны перекрываются, поэтому могут возникать радиочастотные помехи, и для их устранения требуются специальные фильтры.

• Переключение протоколов может замедлить работу и привести к потере пакетов.

Сосуществование нескольких протоколов еще больше усложняет ситуацию. Устройствам приходится обрабатывать множество протоколов одновременно. Это требует грамотного взаимодействия между аппаратным и программным обеспечением. Технология ConcurrentConnect от Qorvo помогает решить эти проблемы. Она позволяет устройствам обмениваться данными по разным протоколам одновременно. Это означает меньшее время ожидания и меньшее количество потерянных пакетов. Специальные BAW-фильтры помогают предотвратить радиочастотные помехи. Это делает сети более масштабными и надежными.

Многопротокольная связь позволяет устройствам IoT обмениваться данными между различными сетями. Это упрощает масштабирование и модификацию систем.

Бесперебойная связь между устройствами

Для эффективной связи между устройствами требуется нечто большее, чем просто аппаратное обеспечение. Многопротокольные модули работают как вспомогательные средства. Они поддерживают множество протоколов прикладного уровня, таких как MQTT, CoAP, REST/HTTP, AMQP и Websockets. Эти модули обмениваются сообщениями между протоколами. Это позволяет устройствам и сервисам работать вместе, даже если они используют разные правила. Брокеры сообщений с открытым исходным кодом, такие как RabbitMQ и Ponte, помогают соединять эти протоколы. Фреймворки, такие как OM2M, предоставляют общий сервисный уровень. Использование Docker позволяет настраивать эти компоненты различными способами.

Для решения проблем совместимости в отрасли используются следующие решения:

1. Протокольно-независимые платформы IoT позволяют устройствам взаимодействовать, используя множество протоколов.

2. Пользовательские API позволяют перемещать данные и устанавливать связи между различными платформами.

3. В надежных системах для обеспечения безопасности используются шифрование и аутентификация.

4. Периферийные вычисления сокращают время ожидания, экономят пропускную способность и помогают обрабатывать данные в режиме реального времени.

5. IoT-шлюзы объединяют различные протоколы, обеспечивая бесперебойную передачу данных.

Производители также используют стандартные протоколы и фреймворки, такие как MQTT и CoAP. Они были разработаны такими организациями, как IETF и IEEE. Сотрудничество с другими компаниями и группами способствует созданию открытых стандартов. Тестирование и сертификация от таких организаций, как UL и NIST, подтверждают совместимость и безопасность устройств. Платформы и шлюзы взаимодействия, такие как AWS IoT Greengrass и Azure IoT Hub, позволяют устройствам обмениваться данными, изменяя протоколы. Периферийные вычисления обрабатывают данные вблизи места их производства. Это сокращает время ожидания и упрощает работу.

Показатели производительности помогают проверить, насколько хорошо устройства взаимодействуют в многопротокольных системах IoT. Инженеры отслеживают загрузку ЦП и памяти, чтобы выявить проблемы со шлюзами. Они проверяют пропускную способность сети, чтобы увидеть, какой объем данных передается. Управление трафиком обеспечивает стабильность и скорость работы. Балансировка нагрузки распределяет работу, чтобы ничто не перегружалось. Сжатие данных экономит пропускную способность, но обеспечивает безопасность данных. Восстановление после сбоев, например, перезапуск и повторная отправка данных, помогает после отказов. Уровни адаптации протоколов обеспечивают безопасность данных при изменении протоколов.

Многопротокольная связь и надежная коммуникация между устройствами помогают им работать вместе в Интернете вещей. Эти новые идеи позволяют устройствам от разных компаний и платформ работать как единое целое. Многопротокольный модуль играет очень важную роль в достижении этой цели.

Эффективность и безопасность

Многопротокольный протокол с низким энергопотреблением

В Интернете вещей очень важны многопротокольные модули с низким энергопотреблением. Производители используют сверхэкономичные процессоры, такие как 64-мегагерцовый Arm Cortex M33F. Эти чипы помогают экономить энергию. Многие модули работают с Bluetooth LE, Thread и Matter. Это позволяет устройствам легко взаимодействовать друг с другом. Некоторые модули используют сбор энергии. Это означает, что они могут работать без батарей или длительное время. Это помогает избежать частой замены батарей, даже в отдаленных местах или при реализации крупных проектов.

• Усовершенствованные системы управления энергопотреблением изменяют потребление энергии по мере необходимости.

• В режиме глубокого сна потребление энергии составляет всего 1 мкА, что позволяет продлить срок службы батарей.

• Масштабируемая память адаптируется к потребностям каждого протокола и приложения.

• Совместимость контактов позволяет легко модернизировать старые SoC.

Многокристальные архитектуры делают системы еще более эффективными. В них используются разные чиплеты для выполнения специальных задач. Это сокращает потери энергии и тепла. Эти новые идеи помогают экономить деньги и способствуют развитию экологически чистого Интернета вещей.

Инновации в сфере безопасности

Безопасность становится всё более важной по мере увеличения количества подключаемых устройств. Новые технологии, такие как Secure Vault, обеспечивают сохранность данных и ключей. В современных модулях используется аппаратная защита, например, Arm TrustZone. Это позволяет разделять безопасные и обычные задачи. Аппаратные ускорители выполняют шифрование и хеширование, защищая данные от хакеров.

• Проверка доверия к аппаратному обеспечению (Hardware Root of Trust) подтверждает, что устройства являются реальными.

• Режим безопасной загрузки предотвращает несанкционированный доступ.

• Устройства борются с атаками по побочным каналам и обеспечивают безопасность данных с помощью шифрования.

Многокристальные конструкции позволяют производителям добавлять специальные чиплеты безопасности. Это обеспечивает дополнительную защиту и повышает скорость работы. Эти функции помогают соблюдать такие правила, как Закон ЕС о киберустойчивости. По мере развития Интернета вещей эти новые идеи обеспечивают безопасность и бесперебойную работу устройств.

Применение в реальном мире

«Умный дом и здание»

Многопротокольные модули помогают улучшить работу умных домов и зданий. Модуль RF-BM-2651B1 работает с Thread, Zigbee 3.0, Bluetooth 5.2 Low Energy и другими протоколами. Эти модули используются в умных замках, бытовой технике, сигнализациях и датчиках. В таблице ниже показано, как эти модули помогают в различных аспектах:

Модуль Open M.2 Smart IoT использует SoC Nordic nRF52840 и ускоритель искусственного интеллекта Edge TPU. Этот модуль собирает данные с датчиков, запускает ИИ и взаимодействует по множеству протоколов. Он используется в умных дверных звонках, роботах-пылесосах и системах видеонаблюдения для офисов. Многопротокольные модули помогают управлять энергопотреблением и позволяют устройствам работать вместе. Контроллеры LOYTEC и EMS от Delta помогают экономить до 20% энергии. Bluetooth Mesh помогает управлять освещением и системами отопления, вентиляции и кондиционирования, экономя деньги и продлевая срок службы устройств.

Промышленный интернет вещей

Многопротокольные модули помогают заводам работать эффективнее и безопаснее. Они используются для проверки технологических процессов, контроля состояния оборудования и отслеживания товаров. Технология Bluetooth Low Energy позволяет отслеживать объекты на большом расстоянии и передавать большие объемы данных. SoC-чипы EFR32MG24 поддерживают ячеистые сети для автоматизации производства. Технологии Edge AI и машинного обучения, работающие на платформе ABB Genix, помогают выявлять проблемы на ранних стадиях. Эти инструменты делают заводы безопаснее и эффективнее в мире Интернета вещей.

Медицинские устройства

Многопротокольные модули меняют способ подключения медицинских устройств. Они работают с BLE, Zigbee и Thread, помогая устройствам взаимодействовать друг с другом. В таблице ниже показаны основные преимущества:

С помощью этих модулей врачи могут наблюдать за пациентами на расстоянии. Домашние шлюзы преобразуют данные с устройств в медицинские форматы для телемедицины. Защищенные системы передают видео и данные в режиме реального времени для быстрых визитов к врачу и проведения анализов.

Транспорт

Многопротокольные модули помогают сделать транспорт более интеллектуальным. Шлюзовые концентраторы GAO Tek используют Wi-Fi, BLE и Zigbee для отслеживания, проверки оборудования и контроля уровня топлива. Маршрутизаторы Digi соединяют грузовики, автобусы и поезда для проведения проверок и оказания помощи пассажирам. Гибридные шлюзы используют CAN, LIN, FlexRay, Ethernet и другие технологии для управления данными. Эти шлюзы передают данные между транспортными средствами и внешними сетями. Искусственный интеллект и машинное обучение в шлюзах помогают выявлять проблемы и обеспечивать безопасность. Поддержка нескольких протоколов позволяет транспортным средствам легко обмениваться данными, способствуя развитию интеллектуальных перевозок и подключенных автомобилей.

Перспективы на будущее

Многокристальные системы и высокопроизводительные вычисления

Многокристальные конструкции меняют принцип работы многопротокольных модулей. Инженеры используют 2,5D и 3D многокристальные конструкции для улучшения микросхем. Эти конструкции помогают микросхемам работать вместе для высокопроизводительных вычислений. Они могут обрабатывать большие объемы данных для высокопроизводительных вычислений. Новые стандарты межсоединений, такие как PCIe 7.0, 224G Ethernet, Ultra Ethernet и IP-ядра UCIe, помогают микросхемам быстро обмениваться данными. Многокристальные конструкции сейчас используются в больших микросхемах для обучения ИИ. Эти микросхемы используют 40G UCIe и 224G Ethernet для быстрой передачи данных. 100T коммутаторы SoC используют как электрические, так и оптические компоненты для больших сетей высокопроизводительных вычислений. Ретаймеры и специальные инструменты обеспечивают высокую мощность сигналов и поддерживают PCIe и CXL. PCIe помогает серверам обмениваться данными внутри системы с низкой задержкой. IP-ядра Ethernet и UCIe помогают серверам быстро взаимодействовать друг с другом. Многопротокольные PHY и IP-ядра необходимы для новых центров обработки данных высокопроизводительных вычислений и ИИ.

По мнению экспертов, к 2025 году половина новых высокопроизводительных чипов будет использовать многокристальные конструкции 2.5D и 3D. Литейные предприятия готовятся к внедрению более совершенных способов производства чипов.

Стандартизация

Стандартизация важна для многопротокольных модульных экосистем. Стандарт UCIe упрощает соединение компонентов микросхем. Это помогает инженерам создавать и управлять многокристальными системами. В таблице ниже показано, как изменились версии UCIe:

Matter — это протокол для умного дома, способствующий стандартизации. Он позволяет устройствам разных производителей работать вместе. Это упрощает и удешевляет производство. Сертифицированные устройства Matter повышают доверие к ним и способствуют их более активному использованию.

Рост экосистемы

Он многопротокольный модуль Отрасль быстро растет. Рынок многопротокольных шлюзов в США может удвоиться к 2033 году. Это связано с развитием Индустрии 4.0 и «умных» заводов. Компании инвестируют в безопасные, масштабируемые многокристальные решения для повышения безопасности и улучшения взаимодействия. Партнерства, приобретение других компаний и новые идеи в области облачных и периферийных вычислений способствуют росту экосистемы. Сильная конкуренция приводит к более эффективной командной работе и внедрению передовых технологий. Новые области применения, такие как обработка данных в реальном времени, прогнозируемое техническое обслуживание и удаленные проверки, используют ИИ и машинное обучение для повышения эффективности работы. Рост наблюдается в Техасе, Огайо и новых регионах на юго-востоке и западном побережье. Цифровые преобразования, соблюдение правил и новые идеи будут и дальше формировать технологию многопротокольных модулей.

Рынок многопротокольных модулей меняет принципы работы Интернета вещей. Компании быстро растут благодаря новым беспроводным протоколам и улучшенной безопасности. В таблице ниже приведены простые советы для бизнеса и разработчиков:

• Смартфоны выступают в роли шлюзов и центров, обеспечивая более эффективное взаимодействие устройств.

• Использование одних и тех же протоколов и промежуточного программного обеспечения упрощает подключение всего оборудования.

• Приложения, работающие в режиме реального времени, показывают хорошие результаты, когда устройства взаимодействуют друг с другом напрямую.

• Команды остаются впереди, постоянно изучая что-то новое на рынке.