我从AE-CLOUD2学到的物联网和蜂窝技术的内容

物联网（IoT）迫使嵌入式开发人员改变了他们开发和创建嵌入式产品的方式。 以前，开发人员只需要专注于将传感器和电子外围设备与微控制器集成在一起。 有了物联网，开发人员现在需要处理建立互联网连接，这需要在各种连接选项（如以太网，Wi-Fi和蜂窝）之间进行选择，同时还要管理支持这些选项所需的各种协议栈。

虽然Wi-Fi和以太网是相对成熟的连接技术，但蜂窝网络代表了嵌入式开发人员和物联网的新前沿。 在几年前，蜂窝技术对于许多物联网应用来说是不易启动的，因为除了有限的应用之外，功耗和实施成本使得蜂窝电池无法使用。 蜂窝网络的部分限制是由于最初的蜂窝网络被设计成能够从电话无缝传输语音呼叫，其中呼叫需要从基站传递到基站。 该架构需要基站和电话之间的持续通信，以确保这种水平的通话质量。 持续通信意味着蜂窝应用程序的高功耗。 此外，对语音进行高质量通信的要求意味着蜂窝网络和数据计划的定价是为了确保这些语音呼叫能够无缝通过。

随着物联网，蜂窝的使用方案发生了变化。现在设备正在传输少量的传感器数据，而不是人类通过无线电波进行语音呼叫。物联网设备不需要与语音呼叫相同的连接质量，并且许多物联网应用程序静止而不是移动，就像来自电话的语音呼叫一样。为了应对这种不断变化的蜂窝用例，许多蜂窝标准组织和移动运营商推出了针对物联网应用的新型蜂窝技术。两个新的网络是CAT-M和NB-IoT，它们是两种不同类型的4G LTE技术。 CAT-M和NB-IoT通过允许IoT设备长时间保持睡眠模式并在几秒钟内重新连接到蜂窝网络而减少了蜂窝的功耗。这些新网络通过在许可蜂窝频谱的信道之间使用未许可和未使用的保护频带频率来实现这种优化，这允许高价语音呼叫与IoT设备发送的数据共存。

CAT-M1和LTE CAT-NB1（NB-IoT）非常适合远程或移动应用，例如那些不靠近固定互联网连接的应用，如以太网或Wi-Fi，如资产跟踪，可穿戴设备，停车计时器，农业监控器， 和城市基础设施。 CAT-M1最适合需要高可靠性和低延迟的物联网应用。 CAT-M1支持身份验证，凭证和加密，大多数北美运营商都致力于首先部署CAT-M1。 当设备处于连接状态时，NB-IoT不支持蜂窝塔之间的切换，而设备只能在设备连接空闲时选择并连接到蜂窝塔。 由于这种移动性限制，NB IoT更适合于不经常传输数据的设备和传感器，例如那些保持睡眠或空闲模式并且仅定期连接到蜂窝塔的设备和传感器。 与CAT-M1不同，NB-IoT不支持语音呼叫。 欧洲的移动运营商首先主要部署了NB-IoT网络。

为了帮助嵌入式开发人员快速，轻松地评估CAT-M1和NB-IoT等蜂窝技术，Renesas创建了AE-CLOUD2套件。嵌入式开发人员可以使用AE-CLOUD2快速构建物联网应用程序，使用内置的温度，麦克风，湿度，GPS，磁力计传感器，以及使用蜂窝，以太网或Wi-Fi进行连接的能力。 AE-CLOUD2配备BG96蜂窝屏蔽，支持CAT-M1和NB-IoT频率以及2G和GPS。 AE-CLOUD2的蜂窝集成允许嵌入式开发人员快速评估蜂窝连接选项。此外，AE-CLOUD2还具有全球认证，因此蜂窝连接可以作为嵌入式评估的一部分在世界任何地方使用，甚至可以作为初始原型板使用。根据加载的固件映像，AE-Cloud2可以连接到Synergy Enterprise Cloud Toolbox或您选择的IoT云。 Synergy Enterprise Cloud Toolbox是一种参考设计，可在短短十分钟内连接到Amazon Web Services，Microsoft Azure或Google Cloud Platform。瑞萨的Synergy Enterprise Cloud Toolbox连接到Web仪表板，以可视化传感器数据。

优点：

1. 快速评估，原型设计和云连接应用程序的开发
2. 快速无缝地评估CAT-M和NB-IoT的新兴蜂窝技术
3. 用于连接Amazon，Microsoft和Google的云服务的软件支持
4. 经过认证和配置的蜂窝开发工具，具有蜂窝频率支持和认证，可在世界任何地方使用
5. 包括蜂窝，Wi-Fi和以太网连接
6. 配备了许多传感器，包括GPS

对于AE-CLOUD2，当我们寻求集成蜂窝时，我们面临着许多与嵌入式开发人员在创建蜂窝IoT设备时遇到的相同挑战。 第一个决定是要使用的蜂窝嵌入式解决方案的类型。 为了将蜂窝电话添加到AE-CLOUD2，我们在使用嵌入式蜂窝芯片组，嵌入式模块或嵌入式设备板之前有了典型的选择。

作为背景，所有包含蜂窝的嵌入式应用都以提供RF无线电的芯片开始，以便能够连接到蜂窝网络。 虽然嵌入式设计人员当然有可能将蜂窝芯片集成到嵌入式设计中，但从芯片开始需要更多的工程时间和精力投入以及设备认证的成本。 嵌入式工程师可以使用非常适合较低容量的模块，而不是使用嵌入式芯片组，因为嵌入式解决方案的复杂性和总体成本较低。 模块通常是商业上可用的，并且模块制造商通常已经进行了网络认证。 当我们创建AE-CLOUD2套件时，我们可以将调制解调器芯片集成到设计中，但我们选择使用预配置的蜂窝模块来加速我们的开发时间。

即使我们选择了一个蜂窝模块来加速嵌入式开发，我们仍然遇到嵌入式蜂窝应用程序经常遇到的集成问题。集成蜂窝模块需要我们协商模块制造商，蜂窝芯片公司，提供数据计划的移动运营商和嵌入式设备所连接的物联网云之间的技术故障排除。例如，我们遇到的一个问题是嵌入式设备无法连接到物联网云。作为第一个故障排除步骤，我们必须确保将正确的AT命令序列发送到蜂窝芯片组。 AT命令集的问题可能与需要支持将要使用的蜂窝频率的蜂窝芯片组的固件版本有关。在开发蜂窝套件的过程中，我们遇到了以下问题：蜂窝芯片组必须更新固件以纠正所支持的AT命令集的问题，或者增加对其他蜂窝载波的支持。假设正在发送正确的AT命令集，则下一步是与蜂窝载波一起工作，以确保蜂窝调制解调器以及来自载波的数据规划正常工作。对于连接到蜂窝网络的问题，可能出现的问题包括确保适当的网络覆盖范围和当地的信号强度。在我们开发AE-CLOUD2时，我们遇到了实验室缺乏细胞接收的问题。为了解决接收不足的问题，我们需要IT部门增加建筑物中的蜂窝接收，以便能够测试蜂窝连接。最后，像大多数蜂窝嵌入式开发人员一样，我们必须成为管理方，以便协调各种技术利益相关者，以便排除故障并根本导致我们看到的问题。

我们遇到的另一个问题是让AE-CLOUD2套件获得全球使用认证。为了在全球范围内获得RF认证，我们必须经历多轮RF测试和设计。对于RF认证，预扫描在提交认证设备之前完成。对于AE-CLOUD2，我们必须进行多轮测试和调试，以确定特定的电路板问题，这些问题阻碍了套件通过RF认证测试。套件发出的RF噪声超过了允许的阈值，以通过认证测试。虽然这种额外的测试确实增加了AE-CLOUD2的延迟和成本，但是由于我们拥有全球客户群，因此拥有可在全球使用的套件的好处值得我们付出努力。对于蜂窝嵌入式软件开发，AE-CLOUD2使用Renesas Synergy™平台，该平台为构建物联网产品提供专业级工具。 AE-CLOUD2的嵌入式软件代码使用Synergy软件包（SSP）构建，该软件包包括TLS，MQTT和无线应用程序框架。无线应用框架可轻松实现Wi-Fi，蜂窝和蓝牙低功耗等技术。 NetX Secure TLS可以保护和验证设备与云之间的通信，而MQTT for NetX Duo可以为仅发送少量数据的设备进行通信。这些组件为SSP提供了连接到任何主要云服务提供商的方法，几乎​​没有入门障碍。AE-CLOUD2还使用SSP蜂窝框架模块作为SSP应用框架上蜂窝调制解调器集成的高级应用层接口，并提供API集以供应，配置和与蜂窝网络通信以进行数据通信。 Cellular Framework使用SSP应用程序框架（控制台框架）通过内部使用AT命令与Cellular调制解调器通过串行接口进行通信。 SSP应用程序框架还通过串行接口创建用于数据通信的串行数据管道，利用NetX™提供的PPP WAN协议。可以使用套接字，NetX应用协议和IoT协议（如MQTT或COAP）在此广域网（WAN）链路上建立任何TCP / IP通信。蜂窝框架还提供框架级Socket API，以与某些蜂窝硬件模块中的片上（在蜂窝硬件模块内）中存在的TCP / IP栈通信，从而使用套接字API与因特网网络通信。

随着物联网的蜂窝技术的进步，嵌入式开发人员将始终需要更好的工具来帮助他们快速适应和整合新技术。 AE-CLOUD2套件可以做到这一点，并帮助开发人员保持在不断变化的物联网和蜂窝电话领域。

要了解有关瑞萨AE-CLOUD2套件的更多信息，请访问：

www.renesassynergy.com/ae-cloud2