Автор: Якоб Нильсен, менеджер по продуктовой линейке, ПОСВЯЩЕННЫЙ полупроводникам

По мере того как подключенные технологии становятся более совершенными, более надежными и потребляют меньше энергии, становятся возможными более широкие возможности для внедрения Интернета вещей, которые появляются на рынках, включая здравоохранение и промышленность. Хотя эти отрасли кажутся очень разными, в основе своей они имеют ключевые сходства и требования к дизайну.
Используя датчики или объекты для отправки данных на облачный сервер, компании или частные лица могут анализировать предоставленные данные и получать информацию о моделях использования или поведения, которые датчики и объекты отслеживают или на которые влияют. Впоследствии эта информация может быть применена для внесения каких-либо улучшений в процессы или операции.

В секторе здравоохранения и хорошего самочувствия появляются новые подходы, которые позволяют врачам или практикующим медицинским работникам удаленно контролировать соблюдение плана лечения. Добавляя датчики к медицинскому устройству, которые могут определять, когда оно используется пациентом, и впоследствии передавать эту информацию практикующему врачу и /или самому пациенту, можно отслеживать или отправлять оповещения о том, соблюдается ли предписанное лечение. Это дает практикующему врачу возможность скорректировать рецепт и улучшить результаты лечения пациента, и все это можно сделать удаленно.

В промышленном пространстве подключенные технологии могут быть использованы для оказания помощи производителям, позволяя им собирать данные с оборудования или других устройств. Например, в промышленном секторе в настоящее время используются решения Интернета вещей, в которых датчики отслеживают критические характеристики производственного оборудования в течение обычного рабочего цикла. Здесь датчики могут предоставлять данные или оповещения о рабочем состоянии оборудования, например, по таким характеристикам, как температура и давление. Это позволяет производителю оптимизировать производство, снизить эксплуатационные расходы и даже поддерживать профилактическое техническое обслуживание для сокращения времени простоя и связанных с ним затрат.

Топология системы Интернета вещей
Независимо от отрасли или области применения, общая топология большинства систем Интернета вещей одинакова (как показано на рисунке 1). Используя пример здравоохранения, подключенным устройством может быть приложение, такое как глюкометр, а локальным пользователем, как правило, является смартфон пациента. Телефон передает данные в Интернет, где аналитический центр интерпретирует их в соответствии с заранее определенным алгоритмом. В любое время удаленный пользователь может получить доступ к данным, представленным аналитическим центром, используя стандартный веб-браузер или телефонное приложение.

Важность модернизации для обеспечения доступа к Интернету вещей
С точки зрения внедрения разработчик приложений часто сталкивается с проблемами, связанными с необходимостью добавления технологии Интернета вещей в существующую инфраструктуру. Этот сценарий представляет собой очень большую часть потенциального рынка Интернета вещей. Рассмотрим компанию, желающую подключить свое оборудование к Интернету, чтобы воспользоваться преимуществами сбора и анализа данных с целью оптимизации производства. Из-за дополнительных затрат и риска сбоев в работе компания вряд ли пойдет на закупку нового оборудования, готового к IoT; скорее, для них проще, менее разрушительно и гораздо дешевле модернизировать существующее оборудование с помощью аппаратного обеспечения IoT, возможностей беспроводной связи и программного обеспечения.
До внедрения Интернета вещей оборудование, скорее всего, хранило данные внутри себя в течение своего обычного рабочего цикла. Иногда оператор может подключить загрузочное устройство к оборудованию по кабелю, чтобы скопировать эти данные на ПК или специализированное портативное устройство. После загрузки оператор обычно подключает устройство к ПК, подключенному к Интернету, или к другому средству хранения данных и повторно загружает данные.
В этих случаях разработчику приложений Интернета вещей проще всего воспользоваться преимуществами существующих протоколов для загрузки данных или обмена данными между оборудованием (или средством хранения данных) и ранее существовавшим устройством загрузки.

Основные соображения по проектированию Интернета вещей
Несмотря на то, что на рынке нет недостатка в полупроводниковых решениях для приложений Интернета вещей, инженеры-проектировщики по-прежнему должны принимать важные решения, связанные с их потребностями в проектировании на системном уровне. Такие факторы, как источники питания и потребление, срок службы устройства, дальность связи, пропускная способность данных, физический размер приложения, потребности в ремонтопригодности приложения в полевых условиях и существующая коммуникационная инфраструктура, — все это играет важную роль при выборе устройства и принятии проектных решений. Дополнительными критериями выбора являются более практические инженерные соображения, такие как простота проектирования и внедрения, а также гибкость для будущих поколений приложений.
Во многих случаях подключенное устройство имеет небольшие размеры и работает от батареи; это может сделать энергопотребление / долговечность батареи основной задачей при проектировании. Инженерам часто приходится выдерживать определенное количество часов активного срока службы устройства, прежде чем батарея разрядится, что, в свою очередь, сказывается на выборе управления питанием и конструкции беспроводной системы. Аналогично, для подключенных устройств этого типа связь с локальным пользователем часто осуществляется с помощью технологии Bluetooth с низким энергопотреблением, поскольку это стандартный протокол беспроводной связи, встроенный в большинство смартфонов.

Полупроводники — технология, позволяющая использовать Интернет вещей
Быстро растущий и развивающийся сегмент рынка Интернета вещей для беспроводной связи на основе Bluetooth с низким энергопотреблением в значительной степени зависит от полупроводниковых технологий, обладающих рядом ключевых характеристик высокого уровня, которые согласуются с соображениями дизайна, изложенными в предыдущем параграфе. Высокая пропускная способность данных, сверхнизкое энергопотребление и высокоинтегрированный дизайн в малом форм-факторе для решения проблемы сокращения пространства, которая особенно распространена в секторе носимых устройств, должны стать отличительными чертами предложения полупроводниковых устройств Интернета вещей.

RSL10 от ON Semiconductor является примером устройства, оптимизированного для приложений Bluetooth с низким энергопотреблением для Интернета вещей. Этот недавно выпущенный SoC обеспечивает скорость связи в два раза выше, чем у предыдущих поколений, и занимает площадь 6 мм2, что позволяет интегрировать радио Bluetooth с низким энергопотреблением, цифровой сигнальный процессор (DSP) и связанные с ним функциональные возможности вокруг мощного процессора ARM Cortex-M3. Это облегчает локальную обработку данных с подключенных устройств перед их отправкой в облако.
Учитывая, что так много “возможностей” Интернета вещей питаются от батареек — обычно небольших, напряжением от 1 до 3 В, — экономное использование энергии занимает одно из первых мест в списке пожеланий устройств, включая полупроводники, используемых для реализации решений Интернета вещей. В случае RSL10 встроенное преобразование постоянного тока в постоянный, а также регулирование обеспечивают оптимизацию энергопотребления, а также предоставляют возможность подавать соответствующие напряжения на другие части системы.

Низкоэнергетические радиоприемники Bluetooth, в том числе RSL10 от Semiconductor, “бодрствуют” для передачи и приема данных только в течение коротких промежутков времени; остальное время они находятся в спящем режиме. Минимизация энергопотребления без снижения производительности в этих трех состояниях и особенно в спящем режиме, на который тратится большая часть времени, является ключом к долговечности батареи.

Будущее Интернета вещей
Благодаря своей широкой доступности в смартфонах технология Bluetooth Low Energy сыграла ключевую роль в революции Интернета вещей — особенно для беспроводной связи на короткие расстояния в устройствах, для которых время автономной работы имеет решающее значение.
Предлагая самое низкое в отрасли энергопотребление во время пикового приема и в режиме глубокого сна, RSL10 от ON Semiconductor вывел технологию Bluetooth Low Energy на новый низкий уровень энергопотребления. Это, в сочетании с дополнительной гибкостью и вычислительной мощностью в высокоинтегрированном формате SoC, поможет распространить IoT на более широкий спектр приложений.