SoCは超低電力Wi-Fi接続を提供します

多くのIoT製品は、安全な常時接続（多くの場合Wi-Fi経由）を必要としますが、ほとんどの場合、バッテリー寿命の点で妥協が必要です。

Dialog Semiconductorは、超低電力Wi-FiネットワーキングSoCであるDA16200と、DialogのVirtualZeroテクノロジーを活用してWi-Fi接続のバッテリー駆動IoTデバイスのバッテリー寿命を延ばす2つのモジュールの提供を発表しました。このSoCには、パワーアンプ（PA）と低ノイズアンプ（LNA）が統合されているため、外部PAは必要ありません。必要に応じて、PAの出力電力は+ 20dBmです。一方、LNAは-99.5dBmの受信感度を提供します。

「DialogのVirtualZeroテクノロジーにより、デバイスは非常に低い平均電流でWi-Fiネットワークに参加して接続を維持できるため、バッテリーの寿命を延ばすことができます。通常は1年以上、多くの場合3〜5年です」とDavidCohen氏は述べています。 Dialogのオーディオおよび接続ビジネスユニットのシニアマーケティングディレクター。

「お客様のアプリケーションのほとんどは、AAA、AA、充電式リチウムイオンなどの小型バッテリーを使用するか、コイン電池を使用しています」とコーエン氏は続けます。 「しかし、環境発電装置が約85mAの出力電力を生成できる場合は、環境発電を活用することができます。このタイプの出力電力は、アクティブなTxモードの場合にのみ必要です。 VirtualZeroを使用すると、デバイスはWi-Fi接続をわずか200nA（0.2uA）で維持できます。」

IoT設計

アナログ/デジタル混合集積回路は、ディスクリートコンポーネントを使用した同等の設計と比較して小型でエネルギー効率が高くなりますが、これらの利点には設計の複雑さが増します。デジタル、アナログ、および無線周波数回路を統合するデバイスを作成してテストすることは簡単ではありません。

広大なセンサーネットワークを構築したい場合は、メンテナンスコストが妥当な範囲内にとどまるように、バッテリーを長持ちさせる必要があります。エネルギー消費を削減するために、多くのIoTデバイス設計者は、浅いデューティサイクルや、さまざまなアイドルモードとスリープモードの使用など、さまざまな戦略を採用しています。

「エンジニアリングの観点から、いくつかの重要な要素を検討することが重要です。主な要因は、Wi-Fi接続を維持するためにデバイスが消費する必要のある合計平均電流です。ほとんどのIoTアプリケーションでは、真のアクティブなトラフィックはそれほど多くありません。たとえば、一般的なスマートドアロックは、実際のペイロードデータ（ロックを開く、ロックを閉じる、ロックステータスで応答する）を1日に約1〜20回だけ送受信します。 99％以上の時間、「Wi-Fi対応」状態でアイドル状態になっています。Wi-Fiネットワークの書き込み電流に接続されていますが、実際のデータは交換されていません。そのアイドル時間は、まさにバッテリーの寿命を縮めるものです。したがって、Wi-Fi対応状態で合計平均電流を非常に低いレートに下げることができれば、バッテリーの寿命を延ばすことができます。実際には、アクティブなTxおよびRx電流は、これらのアプリケーションにとってほとんど重要ではありません」とCohen氏は述べています。

高性能デバイスでは、プロセッサ、ディスプレイ、およびワイヤレス通信インターフェイスが、利用可能なエネルギーバジェットの大部分を占めます。これらのデバイスがエネルギーをどのように使用するかを理解するということは、サブシステム間の相互作用をモデル化して、互いの影響と電力管理システムの動作を理解することを意味します。

「もう1つの考慮事項は範囲です。Wi-Fiデバイスは、現実的で忙しい環境でWi-Fiネットワーク接続を維持するために必要な出力電力と受信機の感度を達成できますか？多くの場合、この範囲は、ラップトップなどのモバイルデバイスよりも多くのIoTデバイスにとって重要です。ノートパソコンのWi-Fi接続が不安定な場合は、数フィート動かして接続が改善されるかどうかを確認できます。しかし、ドアロックは動かせず、サーモスタットやセンサーなども動かせません」とダイアログのコーエン氏は述べています。

設置され、放置されたデバイスの動作寿命は、新しいバッテリーテクノロジー、環境発電、超低電力電子回路、およびエネルギー消費を制限するように設計された通信戦略を使用することで延長できます。

DA16200 SoC（画像：ダイアログ）

セキュリティ

IoTデバイスの一般的な要素は、消費者による日常的な使用です。これらのテクノロジーは、物理的セキュリティとコンピュータセキュリティの両方に関連する側面を過小評価していることがよくあります。心配しているのは、データの収集、サードパーティによるデータの共有と改ざんに関連するものだけでなく、これらのオブジェクトをリモートで制御および管理できる可能性です。悪意のある当事者。

DA16200 SoCおよびモジュールには、最新世代のハードウェア暗号化エンジンや潜在的な脅威から保護するための認証標準など、業界をリードするセキュリティプロトコルが装備されています。

「強力なセキュリティ機能は、IoTおよびWi-Fi接続デバイスにとって不可欠です。 DA16200 SoCには、Wi-Fiレイヤー（WPA2とWPA3）を含む複数のセキュリティレイヤーがあります。パーソナルモードとエンタープライズモードの両方がサポートされており、拡張認証プロトコル（EAP）がサポートされています。ハードウェアのトランスポート層セキュリティ（TLS）–これにより、SoCからAmazon Web Services（AWS）、Azure、GoogleCloudなどのクラウドサーバーへの直接のTLS接続を高速化できます。さらに、通常の安全でないHTTP接続をHTTPSで保護された接続に変えます。追加の暗号化ツールには、長いAdvanced Encryption Standard（AES）キー、高速化されたDiffie-Helman、ハッシュ関数、および楕円曲線暗号化が含まれます。セキュアブート–ソフトウェアイメージをロードする前に毎回認証します。 JTAGまたはSerialWire Debug（SWD）による安全なデバッグ。安全な資産ストレージ–顧客は、安全なワンタイムパスワード（OTP）を使用して、ライセンスキー、デジタル証明書などを書き込むことができます」とCohen氏は述べています。

IoTの開発の可能性は複数あり、接続されたデバイスは相互に互換性が高まり、サイバーセキュリティとプライバシーの側面を無視することなく、相互運用性と統合性が向上します。また、ビッグデータ、IoT、AIの間の収束も大きくなります。リアルタイムで収集されるデータが増え、高度な分析テクノロジーのおかげで、製品、サービス、システムはますます「インテリジェント」で競争力のあるものになります。 。

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