IoT設備的共同要素是什么？

很多物聯(lián)網（IoT）產品需要安全地始終保持聯(lián)網（通常通過Wi-Fi），但這一般都需要以犧牲電池壽命作為代價。

Dialog半導體公司近期推出了超低功耗Wi-Fi網絡SoC DA16200，以及兩款利用了Dialog VirtualZero技術的模塊，為Wi-Fi聯(lián)網的電池供電IoT設備延長電池續(xù)航能力。該SoC集成了功率放大器（PA）和低噪聲放大器（LNA），無需外部PA。在需要時，PA的輸出功率為+20dBm。同時，LNA提供-99.5dBm的接收器靈敏度。

“Dialog的VirtualZero技術使設備能夠以非常低的平均電流加入并保持與Wi-Fi網絡的連接，實現(xiàn)更長的電池續(xù)航能力，通常一年以上，在許多情況下為三到五年?！盌ialog半導體公司音頻和連接業(yè)務部高級市場總監(jiān) David Cohen介紹道。

“我們的大多數(shù)客戶應用都使用AAA、AA和可充電鋰離子電池或紐扣電池等小型電池，” Cohen繼續(xù)說道?！安贿^，如果能量采集設備可以生成約85mA的輸出功率，則有可能利用能量采集技術。這種類型的輸出功率僅在活躍Tx模式下才需要。使用VirtualZero技術，設備可以僅用200nA（0.2uA）的電流就能保持Wi-Fi聯(lián)網。”

IoT設計

與采用分立元件的設計方案相比，模擬/數(shù)字混合集成電路尺寸更小、更節(jié)能，但是設計更為復雜。制造和測試集成了數(shù)字、模擬和射頻電路的器件并非易事。

如果要創(chuàng)建一個龐大的傳感器網絡，那么電池必須能續(xù)航很長時間，以使維護成本保持在合理范圍內。為了降低能耗，許多IoT設備設計人員采用了各種策略，例如低占空比或使用不同的靜態(tài)和睡眠模式。

“從設計工程的角度來看，我們需要考量一些關鍵因素。其中一個主要因素是設備維持Wi-Fi聯(lián)網所需消耗的總平均電流。對于大多數(shù)IoT應用而言，沒有多少真正的活動流量。例如，典型的智能門鎖每天僅發(fā)送/接收真實的有效載荷數(shù)據(jù)（打開鎖、關閉鎖、響應鎖狀態(tài)），大約每天1-20次。超過99％的時間處于靜態(tài)的“Wi-Fi就緒”狀態(tài)，保持著與Wi-Fi網絡的連接會消耗電流，但不交換任何真實數(shù)據(jù)。靜態(tài)時間正是消耗電池電量的主要原因。因此，如果你可以將Wi-Fi就緒狀態(tài)的總平均電流降到非常低，則可以延長電池續(xù)航能力。實際上，對于這些應用來說，活躍的Tx和Rx的影響很小，”Cohen說。

在性能更高的設備中，處理器、顯示器和無線通信接口占用了大部分電力的使用量。理解這些設備如何使用電量意味著對它們的子系統(tǒng)之間的交互進行分析，以了解它們互相間的影響及其電源管理系統(tǒng)的表現(xiàn)。

“另一個考量因素是距離范圍，Wi-Fi設備能否達到在現(xiàn)實、繁忙的環(huán)境中維持Wi-Fi聯(lián)網所需的輸出功率和接收器靈敏度？對于許多IoT設備而言，距離范圍通常比筆記本電腦等移動設備更為重要。如果你的筆記本電腦的Wi-Fi連接不穩(wěn)定，你可以嘗試移動一下位置，看看網絡連接是否有所改善。但是門鎖不能移動，空調恒溫器、傳感器等也不能移動，” Cohen說。

我們可以通過使用新的電池技術、能量采集、超低功耗電子電路和限制能耗的通信措施等方法，來延長設備的使用壽命。

DA16200 SoC

安全性

IoT設備的共同要素是消費者的日常使用。這些技術常常低估了物理和計算機安全性相關的問題：令人擔憂的不僅是數(shù)據(jù)收集、第三方對數(shù)據(jù)的分享和篡改，而且這些設備還可能被惡意的人或團體遠程控制和管理。

DA16200 SoC和模塊配備了業(yè)界領先的安全協(xié)議，包括最新一代的硬件加密引擎和用于防止?jié)撛谕{的認證標準。

“強大的安全功能對于物聯(lián)網和任何Wi-Fi聯(lián)網的設備至關重要。我們在DA16200 SoC中，部署了多個安全層，包括Wi-Fi層 - WPA2和WPA3 - 支持個人和企業(yè)模式，并支持可擴展認證協(xié)議（EAP）。硬件中的傳輸層安全協(xié)議（TLS），可以加速SoC直接與Amazon Web Services（AWS）、Azure、Google Cloud等云服務器的TLS連接。此外，它還能將普通的不安全的HTTP連接轉換為HTTPs安全連接。其他加密工具包括長的高級加密標準（AES）密鑰、加速的Diffie-Helman、哈希函數(shù)和elliptic curve加密。安全啟動 – 每次加載軟件鏡像之前，我們都會對其進行認證。通過JTAG或Serial Wire Debug（SWD）進行安全調試。安全的數(shù)據(jù)存儲 – 客戶可以使用我們的安全OTP來刻錄許可證密鑰、數(shù)字證書等等，” Cohen說。

物聯(lián)網的發(fā)展可能性是多種多樣的，聯(lián)網設備也將越來越彼此兼容，提升互聯(lián)互通性和集成度，同時不忽略網絡安全性和個人隱私問題。大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網和人工智能（AI）之間也將實現(xiàn)更大的融合：借助先進的分析技術，越來越多的數(shù)據(jù)將被實時收集，產品、服務和系統(tǒng)也將變得越來越“智能”和更具競爭力。
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