可靠的通訊是物聯網發展關鍵

根據科技產業研究機構Gartner表示，物聯網中每天增加的"聯網物件"」多達550萬件。截止2020年，預計總數將達208億。有鑑於此種爆炸式成長，檢查連接所有物件並在它們之間實現通訊的互聯網勢在必行。事實證明，在這些裝置之間建立可靠的無線連接是物聯網的挑戰之一。通訊系統的可靠性可以用兩個關鍵元件的性能來定義：射頻收發器和通訊微控制器。本文討論ADI的元件和解決方案如何能夠大幅提升系統級可靠性，以支援對數據品質的完整性以及洞察力有極高要求的應用。

用於消費性電子裝置的現有無線連接技術並不總是能滿足工業和醫療保健系統的性能要求。這些系統中在安全性、準確性和時間靈敏度等方面的不同側重點提高了可靠性需求。行動通訊系統接近此一要求，但通常在電池、成本和數據輸送量要求層面不太合適。目前存在極度可靠的系統則用於利基工業和軍事應用，但這些系統在設計上以可靠性為較高優先順序，成本則作為次要考慮。而工業物聯網中，我們面臨的挑戰是以更低的系統成本提供相同高水準的可靠性。

以下是幾種透過增加無線功能來增強系統有效性和對連接可靠性有極高要求的情況。

互聯裝置在製造業中的關鍵吸引力包括提高增產潛力。要實現這個目標，通常需要遠端控制生產鏈中的多種裝置以進行調整。在化工生產過程中操作鍋爐的控制閥就是一個例子。對這個閥門實現即時自動化控制後，便可以根據生產過程中其他階段的回饋進行即時調整，進而進一步優化整體效率。

醫院和護理中心正在力求透過無線連接來監測患者的生命體徵。笨重的有線解決方案可以由通過本地閘道器連接的無線感測器貼片所取代。此類系統既可減輕醫護人員的負擔，同時又能更有效地監測患者情況。

利用先進的圖像和聲音感測與處理方法，安裝在公共場所（如燈柱上）的系統可感測車輛事故和犯罪活動等事件並具有極高的可信度。然而，此類資訊可隨同位置資訊一起透過無線通訊轉發到相關機構或單位，進而實現更快速的緊急應變。

射頻障礙導致資料封包丟失

前面提到的各個示例都會受到可能對無線通訊具有不利影響的不同環境挑戰。工廠的鋼結構和厚壁會形成很大的障礙，可能導致射頻訊號的功率降低到目標裝置無法接收的程度。目標裝置中所用無線電元件的接收器靈敏度將決定可以接受的訊號衰減程度。靈敏度上低至2 dB的變化都可能決定訊號接收的成敗。通訊系統設計人員在選擇無線電元件時必須密切關注接收器靈敏度。

頻段擁擠導致資料封包丟失

一般而言，互聯裝置會在所在地區的相關ISM頻段內工作。ISM頻段為免執照頻段，可用於各種需要無線連接的應用。2.4 GHz為全球標準化頻率，廣泛用於Wi-Fi和Bluetooth® 裝置。1 GHz以下的頻段中也包含ISM頻譜。這些頻段通常用於物聯網應用。在歐洲和美國，該頻段分別以868 MHz和915 MHz為中心。當位置接近的多台裝置共用相同的ISM頻段時，便會出現挑戰。發送裝置可能干擾附近的接收裝置，例如在公立醫院中，多種機器會共用相同的ISM頻段。無線電元件在此類干擾環境中的工作能力由阻塞規格來衡量。而且此種挑戰並非僅來自於在ISM頻段內工作的裝置。如果阻塞能力不足，則在附近工作的手機或平板電腦也可能導致系統中出現通訊丟失。在軍事和航空航太應用中，會使用非常昂貴的元件來減輕干擾的影響。在對數據有極高要求的應用（如前面提到的應用）中，無線電元件必須能夠實現與軍事和航空航太應用中相似的性能，此外還不能因附加外部元件而提高成本。在附近具有多個工作的干擾源時，此類無線電元件仍能持續接收消息。

環境影響導致性能下降

受所採用的製程限制，無線電收發器的性能會根據所在的工作環境而發生變化。其中一些影響因素包括溫度變化、電池放電導致的電壓降低和裝置之間的晶片製造差異。這些生活中的真實事件可能導致裝置的工作穩定性發生變化。讓我們來看一下在路燈上採用的事件感測緊急應變系統。寒冷冬季的氣溫可能導致裝置的輸出功率發生變化或接收器靈敏度下降，這可能在某些條件下導致通訊中斷。消費性裝置很少在此類極端條件下使用，因此不必太過擔憂此一問題，但這對於緊急應變系統而言無法接受。最好的情況下，代價是最終產品聲譽受損，以及收到更換故障裝置的維修請求。系統設計人員必須確保選擇用於感測和通訊系統的元件在不斷變化的環境條件下保持穩定。

記憶體損壞可能導致意外的結果

可靠性也是通訊微控制器上需要考慮的問題。雖然快閃記憶體和非揮發性記憶體非常可靠，但偶爾也可能損壞。這可能是工作環境的意外影響導致，或由惡意的硬體攻擊而故意導致。無論屬於哪種機制，微控制器都必須配備必要的完整性功能以識別裝置的損壞情況。識別後，微控制器可糾正錯誤或關閉裝置，恰當地確保不會破壞更廣泛系統的安全性。