物联网无线战斗之前

“标准的好处是有很多可供选择。”——Andrew s . Tanebaum

的扩展版本,引用补充道“而且,如果你不喜欢它们,你可以等待明年的模式。”

不能真实时,物联网,无线连接。每个标准组织争相创建新版本的现有标准,使用更少的能量,可能有更多的连接,提供平衡范围和带宽,或使它更容易融入一个SoC。到目前为止,没有明显的赢家,使边缘设备制造商很难优化他们的产品。

大多数物联网优势产品想要控制自己的唤醒时间减少权力。“考虑轮胎压力监测系统(及),“杰夫•米勒说,坦纳产品产品营销经理在导师,西门子业务。“在某个适当的间隔和压力测量可能规模的时间间隔基于轮胎是否移动或不节约电能。没有点发送数据时汽车关闭或不听。你只需要使用收音机时,是一个真正的需要。”

假定你在控制自己的测量计划和你没有一个外部驱动所吩咐的。“当有外部驱动你必须考虑到可容忍的延迟,而且成本能力听,”米勒说。“它需要收音机动力,也许会有一些前端处理侦听传入的命令。”

选择一个协议
对于许多应用程序,如系统及,你没有选择你使用的协议。你必须说话标准汽车协议在世界各地使用的频率。但许多边缘设备的选择是不太清楚。

“无线协议是由基础设施,但这个问题有很多层,”理查德·埃德加指出,想象技术通信技术主任Ensigma集团。“如果无线基础设施已经到位,那么很可能使用的系统将利用现有的基础设施。重要的是要记住,无线基础设施可能包括WPAN(无线个人区域网络)技术,如细胞(3 g或4 g),或LoWPAN(低功率WPAN),尽管他们不可以利用基础设施的一部分。今天,越来越多的基础设施设备,可支持多种无线协议,内部如wi - fi,蓝牙和802.15.4解决方案提供服务。”

正确的协议是由许多功能,包括范围、带宽、延迟、开销,数量的传感器连接到一个接入点(AP)当然,支持的协议。

“无线网络是一个有吸引力的协议很多设备,但它消耗相当多的权力网络的一部分,”米勒说。“为长时间运行的电动设备,无线网络不是一个非常不错的选择,尽管它可能很自然考虑到现有的基础设施的存在。这也是真正的较高层级的蓝牙协议,尽管它们被设计用于电池驱动的设备。最近有蓝牙低能量,在那里你可以得到多年的电池寿命和真正优化多久他们说话,听时,可以安排新命令。”

罗恩·洛曼Synopsys对此物联网战略营销经理,也认为采用无线的问题。“无线使用10 x 100 x的力量相比,蓝牙低能量。有公司试图降低无线网络的力量,因为它无处不在。但它永远不会到达其他协议的水平。我相信它永远是3 x 10倍。”

但这就是等待回报。”一个新兴的WiFi版本,802.11啊,有很多技术特点,针对低功率,可以支持许多设备,“Straff温特沃斯说,负责工程的副总裁Adapt-IP。“在802.11 ac灯塔和设备保持清醒,听那灯塔。但是啊,一个设备可以告诉美联社,预计在两天内进行通信。美联社将寄存器,当设备醒来,通信就可以开始。设备本身可以控制其电池使用基于需要报告数据。此外,802.11啊在sub-GHz范围运行。(902至928 mhz)。当你试图移动非常快,使用大量的电力。所以他们把频率。”

这取决于有多少数据需要发送。“如果你只发送少量的数据,那么可以低功率无线个域网和线程,因为这些都是非常简单的消息,”洛曼说。”,但如果你有更多的数据,你可以提前发送更高的数据通过蓝牙和关闭。有权衡,和不同的协议有不同的原因。每个人都有特定的细分市场的目的。因为所有的协议都幸存下来。”

温特沃斯指出的另一个因素需要考虑。“802.11啊将支持8000多个物联网设备的距离1公里,0.62英里,包括一个面积为490英亩,可以调整吞吐量基于范围。”

相比之下,蓝牙的范围约为100米,添加额外的延迟会导致更多连接。

“线程和无线个域网支持更多的点对点配置,“洛曼说。“一切都可以,之后每隔一段时间,看看是否有一个信号。蓝牙会洪水的信息,因此,更多的时间,去每一个人。蓝牙最近采用了网格技术,而另外两个从一开始就有这种能力。”

线和无线个域网是基于相同的无线电标准,802.15.4,有类似的有效载荷。(参见图1)。

图1:无线标准的比较。来源:半导体工程

权衡的问题
有决定了即使在一个协议被选中。“发射机功率不是独立的协议,”米勒指出。“这通常是一个非常关键的一部分设计。蓝牙低能量可以配置时间范围比典型的类似的耳机。但是范围和力量相互抵消,而且经常是动态优化。广播可以在你认为是一个适当的水平,如果你没有得到承认,你知道你要去一个更高的功率和你谈判的权力过渡,直到你得到一个好的回应。”

蓝牙5可以去20分贝。“我们的IP上升到6 db没有一个放大器,但您可以添加一个需要20 db合法,”洛曼说。”,规定他们可以覆盖的距离。大量的预先设计的距离,所以他们需要理解的能力。芯片上有选项改变权力和蓝牙低能源将增加方向——的角度出发将帮助这些特性,特别是在室内导航。将在今年晚些时候推出。这让他们找出他们之间的差距有多远。”

频率可以有相当大的影响。“低数据率会有一个时间范围(同样的频率和发射功率)比更高的数据速率,”解释了埃德加。“此外,光谱越低,距离越长(相同的发射功率)。例如,wi - fi 11 n系统将有大约两倍比它将在2.4 GHz范围5 GHz(相同的发射功率)”。

另一个正在研究的权衡是在本地处理的数量。“一开始,每个人都在谈论物联网,尤其是针对云开发高端芯片,并将所有数据被发送到云,“洛曼说。“但这是非常昂贵的。你要做聪明的事情在决定如何发送,发送的时候,如果是本地处理,可以完成,这将减少的数据量已经发送。”

另一组的权衡。“更多的边缘处理可以减少通信,但这可能成本权力,”米勒指出。“你是权衡稀缺资源,权力和带宽”。

集成
许多物联网设备是由从今天的标准组件,集成在一个董事会。这使它很容易换出广播子系统,但这是一个昂贵的解决方案的能力。”在一个案例研究中,设计到定制芯片,而不是现成的组件和实现功耗降低70%,”米勒解释道。“他们从12芯片1。”

在过去,这是常见的购买芯片包括一台收音机,并在董事会层面整合。“现在,我们看到越来越多的单芯片解决方案出现,”洛曼说。“收音机必须从权力的角度和安全角度片上。工艺节点也一致。我们看到40 nm和55纳米成为流行的这些节点低功耗无线解决方案。”

许多可用的收音机正在成为这些技术节点。“蓝牙低能量IP通常在40纳米,你仍然有一个很好的权衡与数字能力结合合理的模拟库和射频设备的合理选择,”米勒说。“对于一些协议,你可能要去180海里得到更高的电压或高功率射频。与7海里finFET你不会这样做。这取决于应用程序。如果你是做图像处理,音频或机器学习,那么你可能需要去一个更小的节点,可能有多个包死。”

另一个决定是IP购买的类型。而无线电部分本身可能是一个艰难的宏,数字电路提供了更大的灵活性。“有PHY部分有基带部分,从模拟到数字的转换。然后是MAC组件,它的工作包重试和碎片重新组装,”温特沃斯解释说。“使用高级合成允许我们用更少的钱更快。它还允许添加诸如加密。”

安全正在成为一个更大的担忧。“许多设备被砍,因为没有安全投入,”洛曼说。“这往往是因为软件的复杂性,或者他们只是不想花时间去做。今天所有的无线技术安全选项。这是一个问题如果他们开启和使用。我们可以添加可选硬件加速,我们的无线解决方案。通常情况下,我们看到他们不采纳,但他们开始问更多的问题,比如有加速器对芯片的能力。新芯片更容易添加这些。在很多方面这是可以做到的。你不需要添加加速器。 You can do it in software. You could use simple encryption or fully trusted execution environments that are built into the SoC.”

然而,这是要付出代价的。“高安全的通信需求长键和更好的加密方案,”罗兰Jancke指出,部门负责人为弗劳恩霍夫设计方法的自适应系统分部工程。“这与移动设备低功耗的需要。其他参数影响的选择一个合适的协议延迟直到建立通信链路,传输故障的检测和校正以及其他电台交通免疫力。”

“最终,你必须分析水平和威胁评估的需求,看看他们能负担得起的死大小或权力,”洛曼的结论。

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