Newcomer Gainspan lehrt Wi-Fi das Stromsparen
Mit Low-Power-Wi-Fi ins »Internet of Things«
Die Einführung von Smart Grid und Smart Home setzt voraus, dass die zu vernetzenden Geräte über eine preisgünstige und Strom sparende Kommunikationsfähigkeit verfügen. Wi-Fi schickt sich neben anderen Techniken an, das »Internet of Things« Realität werden zu lassen.
Warum aber Wi-Fi statt Bluetooth, ZigBee & Co? »Drahtlose Netze nach dem Standard IEEE-802.11 sind sehr verbreitet und genießen hohe Akzeptanz«, argumentiert Stefan Tauschek, der beim Distributor Scantec für den Technischen Support zuständig ist (Scantec vertreibt die Wi-Fi-Produkte des US-amerikanischen Halbleiterherstellers Gainspan). Tauschek räumt ein: »Nur der Stromverbrauch von WiFi war bislang ein echter Show-Stopper, doch mit den SoCs von Gainspan ist auch diese letzte Hürde auf dem Weg zum drahtlosen Internet-der-Dinge zu nehmen.«
Gainspan hat die Stromspar-Strategie für WiFi auf dem System-On-Chip GS1011 abgebildet. Bei der Entwicklung waren folgende Gesichtspunkte zentral:
- Ein hohes Maß an Integration minimiert Verluste durch externe Verbindungen mit kapazitäts- und Induktivitätsbelägen. Die wesentlichen Systemfunktionen einschließlich Anwendungsprogrammierung, Task-Mangement, Netzwerk, HF-Management, Verschlüsselung, MAC und Baseband sowie der HF-Transceiver wurden auf einem Chip integriert.
- Gainspan achtete auf ein flexibles und besonders schnell reagierendes Power Management, das sowohl rasche Reaktionen erlaubt, als auch Standby- und Leerlauf-Betriebszustände mit extrem niedrigem Verbrauch, wenn keine Aktivität erforderlich ist.
Wer schnell arbeitet, kann lange schlafen!
Der Baustein kann aus seinen Low-Power-Betriebsarten in kürzester Zeit zu einem voll funktionsfähigen Zustand gebracht werden, entweder über einen zuvor eingerichteten Zeitplan oder durch Signalisierung an einem externen Eingang. Weitere Einsparungen entstehen, wenn die notwendigen Netzwerkaktivitäten in ihrem Ablauf optimiert werden, d.h. die Funkstrecke nur für minimale Zeit in Betrieb ist.
Integrierte Architekturen erlauben ein sehr effektives Power-Management, da Prozessoren und andere Komponenten durch »Gaten«, d.h. Steuern der Taktleitungen, sehr rasch abgeschaltet werden können. Meist genügt dann beim Wiedereinschalten ein einziger Taktzyklus, um wieder volle Funktion herzustellen.
Im GS1011 können sowohl die zwei CPUs als auch einen ganze Zahl funktionaler Blöcke unabhängig voneinander geschaltet werden, um eine möglichst flexible Anpassung der Konfiguration auf den aktuellen Betriebszustand zu erreichen und damit den Energieverbrauch zu optimieren.
Der gesamte Chip kann innerhalb kürzester Zeit ohne Datenverlust in den tiefen Schlafmodus wechseln, indem er den 44-MHz-Oszillator abschaltet. Innerhalb weniger Mikrosekunden lässt sich das System wieder zu vollem Betrieb hochfahren.
Mit diesen flexiblen Low-Power-States ergeben sich zahlreiche Vorteile bei den 802.11-Power-Save-Operationen, da das System zu präzise bestimmten Bakenzeiten aufgeweckt werden kann, sehr schnell auf Daten der Bake antwortet und gebufferte Daten abholt, um danach wieder in die Low-Power Betriebsart zu wechseln.
- Mit Low-Power-Wi-Fi ins »Internet of Things«
- Leistungshungrige Aufgaben auf den Accesspoint verlagern
- Wi-Fi das Stromsparen lehren
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