为物联网设计基于标准的无线访问控制
物联网是一个令人兴奋的机会。能够将设备连接到更广泛的网络，以便能够定期访问数据，并为嵌入式系统设计人员提供更多的选项。
连接这些设备的关键技术之一——无论是传感器、控制器还是终端——当然是无线的。虽然像ZigBee这样的组织从一开始就把这个应用放在了他们活动的核心位置，但蓝牙特别兴趣小组已经开始增加支持物联网的能力，同时支持现有的可穿戴计算、智能手机终端和外围设备的设计。蓝牙智能协议的最新版本通过软件将这些功能添加到现有硬件中，为工业领域带来了巨大的规模经济。
在物联网上实现一系列节点的选项图像。
图1:在物联网上实现一系列节点的选项。
一个关键的例子是来自凯利讯半导体的nRF51822。这是一个多协议单芯片的超低功耗(ULP)应用。它结合了Nordic的收发器、ARM Cortex-M0 32位内核、协议栈的16 kB RAM和其他应用程序，以及最多256 kB的闪存存储，其中40 kB可用于用户。
它还包括一个AES引擎来处理数据的加密。当这些数据在互联网上运行时，对无线节点进行加密更为重要。
对于工业物联网应用来说，外围的混合变得更加重要。虽然更多标准的蓝牙应用程序有一个合理定义和稳定的外围设备，但是对于无线传感器节点和不同的控制器，通常需要不同的外围设备。nRF51822中的可编程外围互连(PPI)系统是一种16通道总线，它支持与系统外围设备的直接和自治连接，而不需要CPU。这减少了通信的延迟，并使其更加可预测，帮助开发人员编写更多响应性的软件。这也有助于降低功耗，因为CPU不需要启动。虽然该芯片有两种全球电源模式，但每一种外设都可以独立关闭，从而再次降低总功耗。
对于nRF51系列的设备，输出功率现在可以从+4 dBm扩展到-20 dBm，在4 dB的步骤中，对蓝牙智能应用程序的敏感度高达-93 dBm。
凯利讯半导体nRF51822单片机的示意图。
图2:nRF51822单片机从凯利讯半导体中获得蓝牙智能。
nRF51822的一个关键优势是，它为开发人员提供了应用程序代码开发和嵌入式协议栈之间的清晰分离。这意味着要避免编译、链接和运行时依赖于嵌入式堆栈，并避免调试相关的挑战。这是通过将蓝牙智能栈提供为预编译的二进制文件实现的，将应用程序代码独立地独立编译，并通过异步的事件驱动接口与堆栈进行通信。
虽然这可能为设计人员调整特定应用程序的堆栈提供了更少的机会，但它为应用程序的开发和测试提供了大量的时间节省。这也消除了对更复杂的实时操作系统框架的需求，这会增加代码的复杂性。
这种分离使得北欧人可以通过其软件开发工具包在现有的蓝牙智能4.0硬件之上添加IPv6特性。它为nRF51系列设备提供了驱动程序、库、示例和api，并通过蓝牙智能适应层(6LoWPAN)和完整的Internet协议套件提供了IPv6协议。它还为蓝牙智能应用提供了本地IPv6支持，让他们可以直接与云服务和基于ip的网络上的其他连接的“东西”进行通信。
开发工具包支持与智能家居、工业和企业自动化应用、物流、访问控制和云服务相关的大规模的、分布式的、云连接的、异构的网络部署，这些部署可以完全不受技术的影响。这使得“无头”蓝牙智能系统没有用户界面，可以轻松地与对方进行通信，还可以使用其他支持ipv6的有线或无线技术，如Wi-Fi、以太网、ZigBee IP和线程，从而形成一个异构网络。
nRF51 IoT SDK没有使用网关，而是将IP地址扩展到“thing”，从而实现了“无头路由器”。协议栈的第一个版本包括:Internet协议支持概要文件(IPSP)、6LoWPAN adaption层、IPv6 Internet路由层、用户数据报协议(UDP)和传输控制协议(TCP)传输层、约束应用协议(CoAP)、消息队列遥测传输(MQTT)应用程序层，以及一系列应用程序示例。这些都是小内存占用优化nRF51822,和SDK包括示例配置设备蓝牙智能6 lowpan节点,与IP层传输层如UDP和TCP、以及在应用程序级别CoAP和MQTT。
一个系统芯片(SoC)并不是强制性的——一个*处理器运行简单的ZigBee或6LoPAN栈一个独立的收发器，如Atmel的AT86RF231，允许设计者实现专有的算法并开发他们自己的协议实现。
这是一个低功率2.4 GHz无线电收发器，为工业和消费者的ZigBee/IEEE 802.15.4, 6LoWPAN, RF4CE和高数据率2.4 GHz ISM波段应用。无线电收发器是一种真正的天线-天线的解决方案，除了天线、晶体和去耦合电容外，所有的rf -关键元件都是集成在芯片上的模拟无线电、数字调制和解调，包括时间和频率同步和数据缓冲。
Atmel AT86RF231独立收发器的2.4 GHz波段。
图3:AT86RF231是2.4 GHz波段的独立收发器，可以很容易地在IoT节点中与*控制器交互。
无线物联网不仅仅是32位处理器;诸如集成到设计的方便性等因素可能是一个问题。在这种情况下，一个集成了无线收发器、控制器和天线的模块可以节省大量的开发和成本。
deRFmega128-22M00无线电模块的主要部件来自德累斯登Elektronik，是8位ATmega128RFA1单片机。这是与2.4 GHz的收发器在一个紧凑的模块中，用于无线应用，如ZigBee或6LoWPAN，并符合IEEE 802.15.4标准。
无线电模块设计为无线传感器网络的节能终端设备。用户可以通过51个或55个可焊的LGA焊盘，在模块底部的0.80 mm的音高*问所有重要的信号。22M00型有一个集成天线，消除了额外射频设计的需要，减少了定制设计的集成时间和BOM成本。类型22M10模块有射频垫，可以使外部天线设计或同轴的插座用于更长的范围或更高的性能应用。
集成收发器的接收器灵敏度为-100 dBm，以及一个128位的AES数据加密单元，以帮助确保链接的安全。8 MHz MCU时钟意味着无线电模块在传输和接收模式下的电流消耗非常低，大约为18 mA。当前消费小于1µA睡眠模式。
对于一个认证的标准，如蓝牙智能，模块可以提供一个简单的，投递的选项，已经被认证工作。
来自硅实验室的BLE113是一个蓝牙智能模块，它的目标是物联网中的小型低功率传感器。它集成了蓝牙智能应用程序所需的所有特性，包括收发器、软件栈和基于gattl的概要文件，并且可以支持最多8个连接的主模式和从属模式。
这有一个额外的优点，因为它还可以承载最终用户应用程序，这意味着对于简单的应用程序来说，不需要外部的微控制器。这对于设计中特别重要的是，pin数(即足迹)是有限的。
这也需要一个8位的方法，一个可编程8051级的控制器核心加上灵活的硬件接口连接到不同的外围设备和传感器。
硅实验室BLE113蓝牙模块图像。
图4:来自硅实验室的BLE113蓝牙模块使用8位控制器。
在最低能量睡眠模式下，它只消耗了500个nA，并将在几百微秒内醒来，并传输18 mA的电流并接收14 mA的电流。这意味着它可以直接从标准的3 V硬币电池或对小的形状因子设计的AAA电池供电。
9.15 x 15.75 x 2.1 mm模块包括一个单极芯片天线，其中阻抗匹配优化为1毫米- 2毫米主板PCB厚度，因为辐射模式受到主板布局的影响。
物联网是市场中越来越重要的一部分，它有自己的具体要求。离散控制器和收发器可以用于低成本、紧密集成的设计，而32位的控制器核心在系统芯片上处理协议和应用程序代码。这两种方法都与提供预先认证的功能的模块一起使用，大大缩短了开发和测试IoT的无线解决方案的时间，而不影响空间或性能。