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如何解决WiFi在物联网应用中功耗大的痛点?

2020-05-12 廖均 阅读:
如何解决WiFi在物联网应用中功耗大的痛点?
对一些物联网应用和设备而言,Wi-Fi并不一定是很好的选择,尤其是对电池供电的设备,功耗较大是Wi-Fi通信技术的致命短板。

随着物联网(IoT)应用与市场的持续发展,物联网逐渐融入到我们的日常生活中,包括交通、零售、医疗、家居等。物联网设备能够感知和测量物理世界,收集人类的各种活动数据,促进了智能、自动化、自主命令和控制技术的广泛部署,从而改善未来人类社会和经济生活的方方面面。TG9ednc

根据GSMA统计数据显示,2010-2018年全球物联网设备数量高速增长,复合增长率达20.9%;2018年,全球物联网设备连接数量高达91亿个。“万物物联”成为全球网络未来发展的重要方向,据GSMA预测,2025年全球物联网设备联网数量将达到252亿个。TG9ednc

5G时代WiFi还有活路吗?

在实现物联网的短距无线通讯技术里面, Wi-Fi是目前应用较广的一种技术,内置WiFi的电子设备和终端包括:智能手机、笔记本电脑、平板电脑、AP/无线路由器、智能手表/手环、无线打印机、智能音箱、智能门锁、Wi-Fi摄像头,以及各类传感器(泄漏传感器、烟雾传感器、温度传感器)等。TG9ednc

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图1:WiFi的应用场景。(图片来源:Dialog)TG9ednc

然而,随着5G技术的日趋成熟,人们都在问,Wi-Fi还有没有存在的必要?是否未来数据流量都将通过移动网络传输呢?根据思科的一项调查,在目前的4G网络时代,已经有59%的数据流量是通过Wi-Fi网络传输的,而到5G时代将有71%的数据流量经过WiFi,经5G网络处理的流量反而下降到低于30%。TG9ednc

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图2:数据流量通过移动通信网络和Wi-Fi网络传输的比例。(图片来源:紫光展锐)TG9ednc

在Gartner发布的2019年无线通信技术的十大趋势中,Wi-Fi位居榜首。虽然Wi-Fi已存在很长一段时间,但从现在到2024年,它仍将是家庭和办公场所的主要高性能网络技术。TG9ednc

据IDC数据统计预测,到2023年全球WiFi设备存量将达到200亿部,而每一代WiFi标准的设备出货量都很大,预计Wi-Fi 6设备到2023年出货量将达到50亿部。TG9ednc

解决WiFi功耗高的历史性难题

实际上,对一些物联网应用和设备而言,Wi-Fi并不一定是很好的选择,尤其是对电池供电的设备,功耗较大是Wi-Fi通信技术的致命短板。TG9ednc

为解决这一历史性的难题,5月11日,Dialog半导体正式宣布推出高度集成、超低功耗的Wi-Fi网络SoC芯片DA16200,以及两款利用Dialog VirtualZero技术的模块,为Wi-Fi联网、电池供电的IoT设备提供突破性电池续航能力。TG9ednc

DA16200芯片

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图3:DA16200的VirtualZer技术有助于始终保持Wi-Fi联网的IoT设备实现数年电池续航能力。(图片来源:Dialog半导体)TG9ednc

随着智能门锁、温控器和安防监控摄像头等要求始终保持Wi-Fi联网的IoT设备的兴起,设计工程师们也不断被挑战开发具有更强电池续航能力的解决方案。与竞争对手的Wi-Fi SoC不同,DA16200是特别优化以支持这些电池供电的IoT设备。DA16200的VirtualZero技术实现的超低功耗,可使设备始终保持联网,并使电池续航能力达到一年乃至三到五年。TG9ednc

该SoC采用算法驱动的设计,提供最低功耗的解决方案,实现更长的电池续航能力,同时保持Wi-Fi联网,确保终端用户保持对其设备的控制。TG9ednc

DA16200 超低功耗Wi-Fi SoC具有如下特点:TG9ednc

  • 针对IoT 以及其它电池供电应用的Wi-Fi SoC
  • 超低功耗– VirtualZero™ 技术
  • 在多数应用中可提供1年以上电池续航能力
  • 更宽的覆盖范围
  • 完全集成的SoC Wi-Fi 系统

Wi-Fi BB/MAC/RF PA、LNA、RF 开关– 包含了完整的射频前端TG9ednc

802.11 b/g/n 1x1 2.4 GHzTG9ednc

CPU、SRAM、ROM、OTPTG9ednc

专用硬件加密安全模块TG9ednc

丰富的I/O 接口TG9ednc

  • 全加载系统(Full offload)

自运行,或由外部CPU来控制运行TG9ednc

所有软件都在芯片上运行TG9ednc

加载了完整的网络协议栈TG9ednc

完全托管系统– 包括所有软件和网络协议栈(TCP/IP、UDP、HTTP/s、MQTT、CoAP等)TG9ednc

  • 强大的安全性

Wi-Fi 链路层– AES、TKIPTG9ednc

WPA/2/3-EAP-个人以及企业级加密TG9ednc

上层安全– TLS, HTTPs等TG9ednc

Next wave加密和认证(Elliptic Curve、256-bit AES 密钥、数字证书)TG9ednc

安全启动、安全调试、安全存储TG9ednc

高度集成的DA16200自主运行整个Wi-Fi系统、安全和网络协议栈,无需外部的网络处理器、CPU或微控制器。它包含一个802.11b/g/n无线电(PHY)、基带处理器、MAC、片上内存、专用加密引擎、和ARM® Cortex®-M4F主机网络应用处理器,这些全部集成在单片硅芯片上。TG9ednc

为了实现更宽的覆盖范围,并且不牺牲电池续航能力,DA16200还集成了一个功率放大器(PA)和低噪声放大器(LNA),为用户提供了行业领先的输出功率和接收器灵敏度。TG9ednc

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图4:DA16200芯片框图。(图片来源:Dialog半导体)TG9ednc

Dialog半导体公司连接和音频市场部的市场营销总监崔南岫先生表示,与其他芯片相比,DA16200能够在睡眠状态状态下保持网络连接,同时加载网络证书,使应用、AP和云平台三方一直保持连接,同时还具有超低功耗。TG9ednc

两款基于DA16200芯片的模块

值得一提的是,为了满足客户的应用需求,Dialog还推出了两款基于DA16200的模块,提供了轻松简单地实现Wi-Fi的灵活性和设计选项,确保所有客户都能从该SoC的高集成度和可配置的易用性获益。这两款模块都包含了4MB闪存和所有需要的RF元件,包括一个晶振、RF集总滤波器、一个板载陶瓷天线或用于连接外部天线的u.FL连接器。TG9ednc

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图5:DA16200模块。(图片来源:Dialog半导体)TG9ednc

Dialog此次发布的另外一个模块是DA16600 Wi-Fi+BLE的组合模块。崔 “刚好我们公司DA14531 BLE芯片也是超低功耗,也是非常低成本的芯片,再加上我们的DA16200这个芯片,所以就把这两颗芯片组合在了一起。”南岫先生表示,“我们的下一代产品会将Wi-Fi和蓝牙功能做在一颗SoC芯片上,为客户提供更好的方案。”TG9ednc

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图6:DA16600 Wi-Fi + BLE 组合模块。(图片来源:Dialog半导体TG9ednc

这两款模块均经过全面认证,可全球范围使用,认证包括FCC、IC、CE、Telec、Korea和SRRC。此外,该SoC芯片和两款模块都经过Wi-Fi CERTIFIED 认证,可实现互联互通。TG9ednc

DA16200 SoC芯片和两款模块具有行业领先的安全协议,包括最新一代硬件加密引擎和认证标准,防范潜在威胁。这些产品都符合WPA/2/3个人和企业级加密标准,并具有TLS和HTTPs上层安全。此外,该SoC和模块可安全启动和调试,并提供安全的存储。TG9ednc

针对DA16200 SoC芯片和模块的评估板以及完整软件开发套件(SDK)现已开始提供。SDK包括示例应用程序、配置应用程序、AT命令库、电源管理工具等。TG9ednc

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廖均
电子技术设计(EDN China)产业分析师
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