“在Wi-Fi的早期,很多应用都是由电源供电的,所以不需要考虑功耗。随着无线时代的到来,以前的Wi-Fi用电源线是无法做到真正的无线的,于是ZigBee和蓝牙作为替代品应运而生。在网关是AP(无线接入点)的情况下,其他技术方案必须使用网关等其他设备来组网,增加了成本。”Dialog半导体公司连接和音频业务部产品营销总监崔南秀解释道,“目前几乎每个家庭都会采用Wi-Fi,但是Wi-Fi的功耗太高。如果克服了这个致命弱点,Wi-Fi在物联网领域的应用前景是非常光明的,所以我们开发了超低功耗Wi-Fi,克服了Wi-Fi的根本弱点。”
崔南秀向合肥网介绍,“之前Dialog推出了超低功耗芯片FC9000,DA16200是第二代Wi-Fi网络SoC芯片。两代芯片均符合Wi-Fi规范标准,新品功耗是上一代的1/3;另外上一代芯片的处理器是ARM Cortext-M0,二代芯片采用ARM Cortext-M4F。芯片尺寸也缩小了,以前是7×7。现在芯片QFN封装是6×6,fcCSP封装的芯片是38×38 DA16200采用8英寸40nm工艺,在空地上传输距离可以达到300米。DA16200使用Dialog VirtualZero技术的模块,为具有Wi-Fi联网和电池电源的物联网设备提供突破性的电池续航时间,可以使设备始终保持连接,使电池续航时间达到一年甚至三到五年。与竞争对手的Wi-Fi SoC不同,DA16200是一款专为支持这些电池供电设备而优化的物联网设备。”
不牺牲功能且功耗极低
一般在讨论无线组网的时候,我们经常会比较各种方式的功耗。对于DA16200的功耗,Dialog并没有给出具体的数字,而是通过几个具体的例子来说明功耗有多低。以Wi-Fi安防监控摄像头为例,10 MB高清视频,如果每天使用5次,可以实现1年以上的续航;每天使用智能门锁20次,使用4节5号AA干电池,实现一年以上续航;如果恒温器一天使用30次,电池寿命可达3年以上。如果温度/湿度传感器每天使用1440次(每分钟一次),使用2节AAA干电池,电池寿命可达4年以上。与之前的Wi-Fi芯片相比,新产品的功耗显著降低。
物联网的关键技术有低功耗广域网(LPWAN)、蜂窝移动(3G/4G/5G)、Zigbee和其他网状协议等。
一、低功耗广域网(LPWAN)
低功耗广域网是物联网中的新现象。该系列技术通过使用小型的、廉价的电池提供长达数年的远程通信服务,旨在支持遍布工业、商业和校园的大规模物联网应用。
低功耗广域网几乎可以连接所有类型的物联网传感器,促进了从远程监控、智能计量和工人安全到建筑物控制和设施管理的众多应用。尽管如此,低功耗广域网只能以低速率发送小块数据,因此更适合于不需要高带宽且不具有时间敏感性的用例。
此外,同样,并非所有低功耗广域网都是一样的。如今,存在许可低功耗广域网技术(NB-IoT、LTE-M)和未经许可低功耗广域网技术(例如MIOTY、LoRa、Sigfox等)。这些技术在关键网络因素中的表现程度各不相同。
二、蜂窝移动(3G/4G/5G)
蜂窝移动网络在消费者市场中根深蒂固,提供了可靠的宽带通信,并支持各种语音呼叫和流视频应用。不利的一面是,它们会带来非常高的运营成本和电力需求。
虽然蜂窝移动网络不适用于大多数由电池供电的传感器物联网应用,但它们却非常适合特定的使用情形,例如交通和物流中的联网汽车或车队管理。此外,像车载信息娱乐系统、交通路线、高级驾驶辅助系统(ADAS)以及车队远程信息处理和跟踪服务都可以依靠无处不在的高带宽蜂窝移动网络。
具有高速和超低延迟的下一代移动网络5G将成为自动驾驶汽车和增强现实(VR)的未来。预计5G还将实现用于公共安全的实时视频监控、用于互联健康的医疗数据集的实时移动传输,以及一些对时间敏感的工业自动化应用。
三、Zigbee和其他网状协议
Zigbee是一种短距离、低功耗无线技术(IEEE 802154),通常部署在网状拓扑中,以通过在多个传感器节点上中继传感器数据来扩展覆盖范围。与低功耗广域网相比,zigbee提供了更高的数据速率,但同时由于网格配置而降低了能耗效率。
由于它们的物理距离短(《100m),Zigbee和类似的网状协议(例如Z-Wave、Thread等)最适合节点分布均匀且非常接近的中程物联网应用。通常,Zigbee是WI-FI的完美补充,适用于智能照明、暖通空调控制、安全和能源管理等各种家庭自动化应用。
另一家基于蓝牙技术推出的无源物联网方案的公司为Atmosic,是一家创新型无晶圆厂半导体公司,该公司宣称在超低功耗射频、射频唤醒和受控能量收集三大技术方面发力。 其中,超低功耗射频技术是在蓝牙5平台上实现了超低功耗射频功能;射频唤醒技术是为射频提供了轻度休眠模式和深度休眠模式两套感知系统;受控能量收集技术目的是保证功能稳定可用,同时最大限度减少设备和系统对电池电源的依赖。在三大技术支持下,Atmosic目前有两款蓝牙芯片产品,其中其M3系列产品综合应用这三大技术,支持无电池状态下的运行。目前,该公司产品已用于医疗、穿戴设备等领域。
基于WiFi和LoRa的无源物联网创新,笔者在《彻底抛弃电池,5G支持无源物联网,比NB-IoT影响更广泛的技术要来了?》一文中也进行了介绍,主要源于 美国华盛顿大学电子工程学院的研究人员提出了通过对射频信号的反射调制技术来实现无源设备供电和传输数据。 在这一技术指引下,该研究团队研发除了Passive WiFi的无源技术,并进一步将该技术用于LoRa中,实现数百米长距离无源节点传输。
上月, 华为常务董事、ICT产品与解决方案总裁汪涛在一次公开演讲中,提出了面向55G的无源物联网设想,希望5G网络能将无源物联网纳入其中,5G无源物联网的 探索 开始。
虽然无源物联网会带来海量的连接规模,但目前相关技术还并不成熟,接下来可能会经过百家争鸣阶段,随着商用落地,部分技术会形成事实标准,在此之后推动无源物联网规模快速扩展。从目前看,无源物联网发展还是非常分散,正如LPWAN发展历程一样,这一过程也需要很长时间,建立产业生态更为关键。
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