Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

HaLow - nowy standard komunikacji bezprzewodowej dla systemów IoT

ghost666 17 May 2019 12:32 1863 0
Computer Controls
  • Po nietypowo długim, bo trwającym aż dwa lata okresie ciszy, na rynku zaczynają pojawiać się implementacje (w krzemie) nowego standardu łączności Wi-Fi. W ciągu najbliższym miesięcy szereg start-upów zaprezentuje swoje układy scalone dedykowane do pracy w standardzie IEEE 802.11ah – implementacji interfejsu Wi-Fi, która pracuje w pasmie 900 MHz. Interfejs ten dedykowany jest do systemów Internetu Rzeczy (IoT) i wszędzie tam, gdzie istotna jest łączność dalekozasięgowa.

    Nowy standard nazwany został HaLow. Obiecuje on przepustowości rzędu pojedynczych megabitów na sekundę i zasięgi dochodzące do kilometra. Jeden Access Point ma możliwość komunikowania się z tysiącami punktów w sieci. Standard ten ma zająć miejsce pomiędzy energooszczędnymi interfejsami bezprzewodowymi, takimi jak LoRa czy Sigfox oraz bardziej energochłonnymi standardami takimi jak LTE Cat-M czy Narrowband-IoT.

    Częścią pierwszych produktów mają być pojedyncze układy wyprodukowane w technologii 40 nm, które najpewniej nie będą zbyt wysoko wyceniane. Mają być nową opcją dla systemów IoT, które bardzo często wykorzystują nielicencjonowane pasma. Nowe układy wspierać mają połączenia IP oraz modulacje OFDM, co pozwala na prostą integrację z ekosystemem komputerów PC. W dalszej perspektywie najpewniej pierwsza generacja tych układów zostanie zastąpiona lepszymi, które pozwolą na wykorzystywanie HaLow jako czwartego pasma komunikacji w segmencie smartfonów i komputerów PC.

    “HaLow wyróżnia się swoją uniwersalnością, co pozwala na stworzenie w oparciu o niego nowych modeli biznesowych, a także możliwości w zakresie prędkości, zasięgu i poziomu pobieranej mocy. Wszystkie te cechy są wymagane przez rynek, potrzebny jest teraz tylko odpowiedni ekosystem” - komentuje anonimowo jeden ze specjalistów z sektora systemów bezprzewodowych.

    Wi-Fi Alliance (ciało regulujące standardy Wi-Fi – przyp.red.) zaprezentowało HaLow po raz pierwszy na targach CES2016, jako wynik procesu standaryzacji 802.11ah, rozpoczętego przez inżynierów Qualcomma już w 2014 roku. Zazwyczaj jest tak, że w momencie, kiedy specyfikacja nowego standardu z rodziny 802.11 jest gotowa, producenci układów scalonych już mają gotowe rozwiązania, które wchodzą na rynek – tym razem tak nie jest. Obecnie tylko jedna firma z powodzeniem wyprodukowała i wprowadziła na rynek układy scalone dla nowego interfejsu.

    Pierwsze próbki deweloperskie układów koreańskiego start-upu Newracom trafiły do zainteresowanych inżynierów. Pierwszą firmą, która zastosowała układ ma być Korean Telecom, który wypuścił na rynek bramkę HaLow. Newracom stworzony został jako spin-off przez badaczy z ETRI – centrum badawczego w Korei. Rozpoczął swoje działania od sprzedawania bloków IP dla istniejących już standardów takich jak 802.11n.

    Inne firmy, które zapowiadają układy do HaLow, wskazują, że pojawią się one dopiero w przyszłym roku. Jedną z największych firm z tego grona jest start-up Morse Micro z Sydney w Australii. Założony został on przez specjalistów Wi-Fi z Broadcoma i Radiata.

    Duże firmy, takie jak Boardcom, Cypress, Huawei, Mediatek, Qualcomm czy Realtek do sektora układów HaLow dołączą najpewniej w późniejszym czasie, zamiast prowadzić w tym wyścigu.

    HaLow - nowy standard komunikacji bezprzewodowej dla systemów IoT
    Pomimo początkowego entuzjazmu dla sieci 11ah, moment w którym wypuszczono ten standard nie był dla niego najlepszy. Czas prezentacji nowego standardu zgrał się z dużo głośniejszą premierą Wi-Fi 2.4 GHz / 5 GHz – 802.11ax. „Trzeba było podejmować ważne decyzje, a żadna firma nie mogła pozwoli sobie na przepiszczenie 11ax” - mówi anonimowy znawca sektora komunikacji bezprzewodowej.

    Wybór był dosyć łatwy. Produkty wspierające 11ax niebawem zaczęły sprzedawać się w milionach sztuk. Jednocześnie, firmy takie jak Qualcomm czy Mediatek, zwiększały nakłady na rozwój systemów LTE IoT czy 5G, nie było więc zasobów do pracy nad HaLow.

    Finalnym problemem było przeniesienie Wi-Fi do zupełnie nowego pasma – nielicencjonowanego pasma ISM. Wymaga to sporo zachodu. „Za każdym razem, gdy wchodzi się w nowe pasmo, zajmuje to trochę czasu” - mówią przedstawiciele branży. „Wejście w 5 GHz zajęło 10 lat, by .11ac wszedł do szerszego użycia”. Jeszcze bardziej oddalone pasma, takie jak 60 GHz, potrzebować będą jeszcze więcej czasu, by stanąć na własnych nogach w sektorze komunikacyjnym.

    „Wytworzenie całego ekosystemu wokół nowego pasma jest bardzo trudne… HaLow jest właśnie na początku swojej drogi, więc zajmie to trochę czasu” - podsumowuje.

    Inni zwracają uwagę, że w 2016 roku, gdy HaLow został opublikowany, to większość start-upów skupiała się na innych sieciach IoT, takich jak LoRa czy Sigfox. Dodatkowo pracowano nad systemami do LTE IoT: Narrowband IoT i Cat M. Nie było zbyt wiele środków i energii, by pracować nad HaLow, stąd też brak zainteresowania tym standardem od czasu jego pierwszej prezentacji.

    Obecnie sprawa wygląda inaczej. Analitycy szacują, że w sierpniu do prac ruszą duże firmy – czekają one na uruchomienie programu certyfikacji HaLow przez Wi-Fi Alliance. Do tego czasu organizacja planuje jeszcze serię specjalnych wydarzeń, zaczynających się od stycznia, promujących nowy interfejs bezprzewodowy.

    W dwóch artykułach inżynierowie z Morse Micro opisali swoje podejście do HaLow.

    Jeśli chodzi o konkurencję to LoRa, aczkolwiek zgarnęła już poparcie dużych firm, takich jak Comcast, nie jest w stanie zaspokoić wszystkich potrzeb dzisiejszego świata. System ten oferuje prędkości transmisji na poziomie kilku kilobitów na sekundę. To za mało do wgrywania na przykład zdalnych aktualizacji oprogramowania, co jest obecnie niezbędne z uwagi na szybko zmieniające się standardy bezpieczeństwa. Dodatkowo, z uwagi na dosyć niską liczbę urządzeń, jaka dopuszczalna jest w sieci, to pojedyncza stacja bazowa nie jest w stanie obsłużyć dostatecznie dużej liczby sensorów.

    Inne sieci z rodziny 802,15,4, takie jak Wi-Sin czy Zigbee z kolei są bardziej energochłonne, a to nie jest zbyt korzystne dla rozproszonych sieci sensorów. Oferują one wyższe przepustowości, ale nadal liczba urządzeń w sieci jest mocno ograniczona.

    Jeśli chodzi o HaLow, to wypada on znacznie lepiej, jak czytamy w artykule Morse Micro. Standard ten powinien zapewnić prędkość transmisji co najmniej 160 Kb/s przy odległości co najmniej 100 metrów i więcej przy zachowaniu widoczności. Co więcej, pojedyncza stacja bazowa może pomieścić ponad 8 tysięcy urządzeń, jak mówi Michael De Nil, współzałożyciel firmy.

    Morse celuje w wiele różnych zastosowań systemów IoT, od pól rolnych do liczników zużycia rozmaitych mediów, magazynów, supermarketów oraz zdalnych kamer telewizji przemysłowej. „Możemy sprzedać miliony sztuk do końca 2019 roku”, wskazuje na perspektywy De Nil.

    HaLow - nowy standard komunikacji bezprzewodowej dla systemów IoT


    Aby przyspieszyć rozwój swojej sieci sprzedaży, Morse otworzyło biuro w Chinach.

    „To świetny rynek, z bardzo dużymi producentami OEM, którzy poruszają się szybko... wysyłanie próbek układów rozpoczynamy w lipcu, a w ciągu sześciu do ośmiu miesięcy będą produkować je już seryjnie” - komentuje De Nil. „W przypadku amerykańskich lub europejskich producentów OEM proces ten potrwa do 2020 lub nawet 2021 roku” - dodaje.

    HaLow nie jest wcale spóźniony na rynku IoT, jak wskazują inwestorzy. „Wielkość rynku Internetu Rzeczy wzrosła szybko ponad pięć - dziesięć lat temu” - komentuje anonimowo przedstawiciel sektora. „Wciąż jesteśmy na wczesnym etapie rozwoju tego rynku, co jest dobrą wiadomością dla HaLow".

    „LoRa i Sigfox mają bardzo niską przepustowość, mają swoją niszę i mają w niej istotne wzięcie, ale dla TCP/IP czy zabezpieczeń takich jak w internecie, systemów automatycznego wykrywania i aktualizacji potrzebna jest większa przepustowość – dla prawdziwego IoT potrzebna jest technologia taka jak HaLow” - podsumowuje specjalista.

    Sektor Internetu Rzeczy to dopiero początek. HaLow ma zostać w późniejszym czasie elementem standardowego Wi-Fi. Interfejs ten ma zagościć tak w Access Pointach, jak i w urządzeniach klienckich, dając im zupełnie nową możliwość pracy – z mniejszym poborem prądu i większym zasięgiem niż dotychczas.

    Poza Morsem i koreańskim Newracom, który ma obecnie najbardziej rozwinięte układy HaLow w swoim portfolio, jeszcze trzy inne startupy walczą na rynku HaLow i zapowiedziały na przyszły rok uruchomienie dystrybucji próbek deweloperskich nowych układów.
    Methods2Business ma gotowe IP dla kontrolera dostępu do mediów HaLow opartego na procesorze DSP Tensilica. Założona w 2010 roku firma ma swoje biuro w Eindhoven i w Serbii.

    Z kolei w Dolinie Krzemowej firma Adapt-IP opracował wersję basebandową HaLow dla układów FPGA. Firma rozważa partnerstwo z innym podmiotem, aby zaprojektować kompletny chip HaLow na początku 2020 roku. Startup szukał swojej drogi na wolno rozwijającym się rynku IoT już od 2014 roku.

    Kolejny startup zainteresowany HaLow to Palma Ceia SemiDesign (PCS). Zaczął on kontraktowo projektować bloki RF. Doprowadziło to do sprzedaży niektórych własnych projektów dla transceiverów NB-IoT czy HaLow. Teraz firma zamierza zebrać fundusze i wdrożyć urządzenie HaLow w 2019 roku jako pierwszy produkt na poziomie chipów na rynku.

    HaLow - nowy standard komunikacji bezprzewodowej dla systemów IoT
    PCS, dzięki swojej działalności projektowej i posiadanemu IP, osiąga już zyski, ale nadal zbiera fundusze na wsparcie swoich pierwszych układów scalonych. Ma na celu przygotowanie próbek deweloperskich przed czerwcem tego roku. Układy prawdopodobnie wykonane będą w technologii 40-nm, i dedykowane są dla prostego punktu dostępowego HaLow, obsługującego ograniczoną liczbę węzłów końcowych, a także jednostrumieniowego układu końcowego węzła.

    „Możemy nie być pierwsi, ale nadal będziemy zwolennikami tego interfejsu... Patrzymy w przyszłość, w której mogą występować zintegrowane układy HaLow i NB-IoT” - komentuje Kevin M. Walsh, wiceprezes ds. Marketingu strategicznego w PCS.

    Podobnie jak Morse, PCS otworzyło swoje biuro w Chinach w rejonie Shenzhen, gdzie projektowane są jego chipy. W pobliżu swoje biura ma wiele firm, które będą pierwszymi klientami PCS. Układy produkowane będą w TSMC.

    Konstrukcja Morsea zawiera w sobie od 1 do 8 MB pamięci flash, wykorzystuje klucze prywatne do bezpiecznego uruchamiania i uwierzytelniania w chmurze. Układ dostępny ma być w kompaktowej obudowie QFN o wymiarach 6 mm x 6 mm. De Nil chwali się, że został stworzony zupełnie od podstaw, z nowymi filtrami i akceleratorami oraz bez bloków pochodzących od innych firm.

    „Standard .11ah ma ostre wymagania radiowe ze stosunkowo szerokim pasmem, co oznacza, że potrzebny jest duży zakres dynamiki, aby poradzić sobie z zakłóceniami i wymaganiami modulacji OFDM, aby uzyskać najlepszą wydajność i najniższe zużycie mocy” - komentuje De Nil.

    W projekcie zastosowano wiele 32-bitowych rdzeni RISC-V, dostosowanych do działania jako procesory sygnału bezprzewodowego. „Wykorzystanie rdzeni open-source naprawdę przyspieszyło nasz projekt... Bez nich potrzebowalibyśmy procesorów ARM, za które trzeba płacić opłaty licencyjne. Zamiast tego wzięliśmy otwarty RTL i dodaliśmy potrzebne akceleratory” - opowiada współzałożyciel firmy.

    Projekt opiera się na „podejściu programowym”, mówi De Nil. „Tradycyjne projekty interfejsów Wi-Fi dostrajają gotowe bloki IP, aby osiągnąć najwyższą przepustowość. Zrobiliśmy kilka generacji chipów testowych, więc teraz wierzymy, że możemy skalować nasze podejście do innych protokołów wykorzystywanych w świecie IoT, takich jak Zigbee i NB-IoT”.

    Jeśli chodzi o RISC-V, „jakość otwartego kodu, który jest dostępny, jest naprawdę wysoka, jest zaskakująco dojrzały... Teraz potrzebujemy więcej ludzi, którzy wiedzą, jak używać narzędzi RISC-V do generowania nowych systemów” - podsumował De Nil.

    HaLow - nowy standard komunikacji bezprzewodowej dla systemów IoT
    HaLow - nowy standard komunikacji bezprzewodowej dla systemów IoT
    Siedziba firmy znajduje się w Sydney nieprzypadkowo. Miasto to jest domem dla dwóch pionierów wczesnych sieci Wi-Fi – Neila Weste i Johna O’Sullivana, którzy pracują teraz dla Morse. De Nil i współzałożyciel firmy, Andrew Terry, pracowali wcześniej w Broadcomie jako kierownicy działów projektowania systemów, odpowiednio, cyfrowych i RF. Z zespołów przez nich kierowanych wyszło wiele projektów dla układów Wi-Fi, wykorzystywanych m.in. w telefonach iPhone.

    Część inżynierów z firmy Morse wcześniej brała udział w budowaniu start-upu Radiata, który pod koniec lat ’90 XX wieku wsławił się wyprodukowaniem jednego z pierwszych układów dla 5 GHz Wi-Fi w standardzie .11a. Później Cisco zakupiło Radiatę, ale wiele z jej talentów pozostało w Sydney.

    „Broadcom to bardzo dobra firma, ale po jakimś czasie nudne jest aktualizowanie chipów do kolejnej generacji interfejsu i kolejnego iPhone co roku” - skomentował De Nil. „Finalnie firma przestała skupiać się na innowacjach i po prostu zajmowała się generowaniem kolejnych projektów, generacja za generacją, dla dużych klientów” - dodał.

    „Spostrzegliśmy, że firma nie zajmuje się w ogóle rynkiem IoT, który niebawem będzie ogromny… Sześć miesięcy po zakupie Avago wydało nam się, że znaleźliśmy dobrą okazję. Spotkaliśmy Neila Weste (założyciela Radiata – przyp.red.), który do nas dołączył - mówi Terry.

    „Byliśmy wszyscy przygotowani na sprostanie ogromnym wyzwaniom i stworzenie nowych interesujących układów scalonych”.

    Morse Micro rozpoczęło działanie w sierpniu 2016 roku samodzielnie finansując się. Na początku firma zatrudniała sześć osób. Następnie udało się jej uzyskać inwestycję od jednego z aniołów biznesu półprzewodnikowego, a teraz zbiera piętnaście milionów dolarów na dalszy rozwój – zatrudnienie 30 nowych osób i wyprodukowanie pierwszej partii swoich układów scalonych, jeszcze przed końcem 2019 roku.

    Nazwa firmy pochodzi od kodu Morse'a – pionierskiej techniki używanej do porozumiewania się na dalekie odległości z wykorzystaniem systemów przewodowych i bezprzewodowych.

    Źródło: https://www.eetimes.com/document.asp?doc_id=1334132

    Cool? Ranking DIY
    Can you write similar article? Send message to me and you will get SD card 64GB.
    About Author
    ghost666
    Translator, editor
    Offline 
    Fizyk z wykształcenia. Po zrobieniu doktoratu i dwóch latach pracy na uczelni, przeszedł do sektora prywatnego, gdzie zajmuje się projektowaniem urządzeń elektronicznych i programowaniem. Od 2003 roku na forum Elektroda.pl, od 2008 roku członek zespołu redakcyjnego.
    ghost666 wrote 11418 posts with rating 9639, helped 157 times. Live in city Warszawa. Been with us since 2003 year.
  • Computer Controls