Широкополосная беспроводная платформа обеспечивает новую волну систем IoT
Благодаря смартфонам и планшетам мобильная беспроводная связь революционизировала работу людей. Широкополосное беспроводное соединение позволяет получать доступ к интернет-сервисам практически из любого места. Следующим шагом будет передача мощности беспроводной связи на машинный тип (MTC). Это приведет к революции в сфере услуг, которая будет охватывать такие сектора, как производство, управление городами, транспорт и энергетика.
Датчики вдоль дорог будут сообщать информацию о потоке движения к проходящим автомобилям, чтобы они свободно перемещались. Те же данные будут информировать клиентов о том, когда они могут ожидать доставки. Другие датчики в близлежащих полях будут следить за уровнем влажности и уровня загрязнения, чтобы воздух оставался здоровым, а растения получали достаточное количество воды и питательных веществ. Все эти датчики будут использовать беспроводную связь, чтобы поддерживать связь с серверами в облаке. И они будут использовать другие беспроводные услуги, такие как сети глобальной навигационной спутниковой системы (GNSS), чтобы отслеживать их местоположение.
Знание местоположения жизненно важно не только для мобильных датчиков, например, для грузовых автомобилей, но и для датчиков окружающей среды, которые остаются фиксированными на протяжении большей части срока их службы. Знание местоположения снижает затраты на развертывание, позволяя им сообщать точно, где они установлены без вмешательства оператора. И они могут сигнализировать, когда кто-то был перемещен непреднамеренно или намеренно.
Необходимость LPWAN
Для обеспечения широкого распространения датчиков и узлов IoT необходима поддержка использования широкополосной сети (LPWAN) малой мощности. Многие существующие приложения IoT были созданы вокруг протоколов короткого диапазона, таких как 6LowPAN, Bluetooth и Zigbee. Но все они ограничены диапазоном в несколько сотен метров. Этого недостаточно для нового поколения массивных систем MTC.
Протоколы, разработанные для приложений LPWAN, обеспечивают возможность связи с узлами на километр или более от ближайших шлюзов или одноранговых узлов. Такой диапазон значительно снижает затраты на развертывание не только для таких устройств, как датчики окружающей среды, необходимые для сельского хозяйства или узлов IoT, используемых для мониторинга дорог, железных дорог и рек, но для интеллектуальных счетчиков в домах. Кроме того, частоты, обычно используемые для LPWAN, позволяют достичь устройств, которые захоронены под землей или сидят в подвалах, без необходимости развертывания дополнительных дорогостоящих шлюзов.
Для реализации MTC доступен ряд опций, имеющих нелицензионный и лицензированный доступ к спектру. LoRA работает в нелицензионном спектре с datarata до 12, 5 кбит / с. Похоже, что нелицензионный спектр обеспечивает более низкие эксплуатационные расходы. Но для практических целей пользователям по-прежнему необходимо либо развернуть свои собственные шлюзы, либо получить доступ к аренде от сторонних поставщиков. Опираясь на нелицензионный спектр также приводит к более высокому риску вмешательства со стороны других пользователей того же спектра. Кроме того, технология LoRA лицензируется таким образом, что ограничивает поддержку кремния нескольким поставщикам, предотвращая интеграцию в индивидуальные недорогие одночиповые контроллеры IoT.
Возможности сотовой связи увеличены
Сотовая связь, с другой стороны, с использованием лицензированного спектра имеет большую защиту от помех, обеспечивает более общую гибкость и большую свободу для интеграции с кремнием. Группа стандартов 3GPP определила ряд протоколов IoT-ready, самой последней из которых является узкополосная-IOT (NB-IoT). Это дает возможность передавать сигналы, которые проникают в подполье. Это похоже на форму расширенного покрытия GSM. NB-IoT улучшает скорость передачи данных с 10 кбит / с до 50 кбит / с. Это усовершенствование будет использоваться не только для повышения производительности системы, но и для экономии энергии.
На протяжении всего процесса стандартизации 3GPP основное внимание уделялось энергоэффективности. Продолжаются улучшения для повышения производительности. Например, для версии 14 стандарта NB-IoT эксперты комитета 3GPP обнаружили, что лучше поддерживать относительно высокую пропускную способность во время передачи, а не ограничивать скорость передачи. Это позволяет узлу IoT завершить передачу и перейти в энергосберегающий режим ожидания намного быстрее. Это приводит к уменьшению потребляемой мощности во время передачи, что в основном обусловлено усилителем мощности (PA). Операторы взяли на себя обязательство по развертыванию Release 14 как можно быстрее, чтобы устройства, которые начали разработку сегодня, будут поддерживаться в реальных сетях.
Архитектура NB-IoT
Для поддержки NB-IoT требуется эффективная вычислительная архитектура для обработки на уникальном процессоре обработки сигналов, требуемой более высокими пиковыми datarates, стек протокола модема и код приложения датчика. Если все три задачи могут вписываться в одну и ту же подсистему процессора, это экономит затраты и мощность на кремниевые процессоры по сравнению с двухпроцессорными реализациями. Анализ сотовых стандартов IoT с помощью CEVA показал, что специальные инструкции, применяемые для высокопроизводительного конвейера, обеспечивают лучшую общую производительность в рамках строгого бюджета мощности, чем использование аппаратных ускорителей, внешних по отношению к ядру.
Процессор CEVA-X1 сочетает в себе специализированные инструкции для операций NB-IoT с архитектурой с очень длинными командами ввода (VLIW) с одной инструкцией (SIMD) для обеспечения эффективной поддержки совместимых с LPWAN узлов IoT. Процессор использует до десяти этапов конвейера для поддержки секторов кода, интенсивно использующих DSP, и добавляет ряд усовершенствований дизайна для поддержки интенсивного для отрасли кода, необходимого не только для протоколов, таких как NB-IoT, но также для встроенного управления. Результатом является процессор, способный поддерживать требования NB-IoT без необходимости дополнительных сопроцессоров.
В реализации кремния, работающей на частоте 150 МГц, половина производительности процессора остается доступной для приложений, даже когда процессор активно передает или принимает данные по каналу NB-IoT.
Полная платформа для NB-IoT
Сделав еще один шаг, платформа Dragonfly NB CEVA использует процессор CEVA-X1 и обеспечивает, с поддержкой ASTRI, программное обеспечение и периферийные устройства партнера, настроенные для энергоэффективных узлов IoT. Признавая необходимость определения местоположения для многих приложений, поддерживающих LPWAN-приложение IoT, радиочастотный трансивер в платформе поддерживает как сотовые, так и GNSS-сигналы. Низкая промежуточная частотная архитектура, которая преобразует радиочастотный сигнал в базовую полосу, позволяет интегрировать и прямое подключение к цифровому интерфейсу (DFE). Приемопередатчик обеспечивает встроенный цифровой генератор, чтобы избежать необходимости использовать более дорогостоящее устройство с регулируемой температурой, контролируемое напряжением.
DFE предоставляет фильтры повышения и понижения частоты дискретизации, поддерживает синхронизацию с базовой станцией и автоматически перемещает данные в и из области памяти процессора, чтобы свести к минимуму вмешательство программного обеспечения и еще больше экономить электроэнергию.
Полный пакет программного обеспечения обеспечивает сквозную поддержку NB-IoT и GNSS в комплекте с RTOS для управления как задачами связи, так и пользовательскими приложениями. Результатом является платформа, которая обеспечивает поддержку, необходимую для быстрого развертывания приложений IoT, которые созданы для этого нового поколения массивных систем MTC.
Отраслевые статьи - это форма контента, которая позволяет отраслевым партнерам делиться полезными новостями, сообщениями и технологиями с читателями All About Circuits таким образом, что редакционный контент не очень подходит. Все отраслевые статьи подчиняются строгим редакционным правилам с целью предоставления читателям полезных новостей, технических знаний или историй. Точки зрения и мнения, выраженные в отраслевых статьях, являются точками партнера, а не обязательно для All About Circuits или его авторов.