低功耗 Wi-Fi 是節(jié)能物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的理想選擇

2022 年 4 月 13 日 | Janani Ram | 閱讀本文需要 2 分鐘

Wi-Fi 可能不是您在考慮低功耗應(yīng)用時想到的第一種無線技術(shù)，但它理應(yīng)是首選。

物聯(lián)網(wǎng)是世界上增長最快的行業(yè)之一，每天都有更多設(shè)備接入互聯(lián)網(wǎng)。我們需要以最高效、最安全的方式訪問信息和知識，并且盡可能減少延遲。消費電子產(chǎn)品（尤其是可穿戴設(shè)備）可能是最明顯的證明，預(yù)計今年年底將有十億多臺設(shè)備投入使用。我們很難將這一激增現(xiàn)象歸因于任何一個特定的協(xié)議。以智能手表為例，智能手表可能使用 Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)同步健身數(shù)據(jù)，使用經(jīng)典藍(lán)牙將音頻傳輸?shù)蕉鷻C，使用 ANT 傳輸心率傳感器數(shù)據(jù)，使用藍(lán)牙低功耗 (LE) 向智能手機發(fā)送通知。

為什么物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備使用 Wi-Fi 協(xié)議

Wi-Fi 是廣泛部署的協(xié)議，擁有 220 多億臺設(shè)備，這意味著它幾乎無處不在，在大多數(shù)家庭和商業(yè)環(huán)境中都可以使用。Wi-Fi 數(shù)據(jù)吞吐量顯著更高，幾乎比大多數(shù)物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議高出 10-100 倍，實現(xiàn)無延遲的音頻流和視頻流。數(shù)據(jù)傳輸速率高、覆蓋范圍廣，可支持許多不同的應(yīng)用。最后，Wi-Fi 提供不間斷的云連接，不再需要網(wǎng)關(guān)。Wi-Fi 集上述優(yōu)勢為一體，正在成為嵌入式解決方案的首選。

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物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的 Wi-Fi 4 與 Wi-Fi 5 與 Wi-Fi 6

從 Wi-Fi 規(guī)范的演變來看，802.11n (Wi-Fi 4) 比 802.11ac (Wi-Fi 5) 更適合物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。原因之一是 802.11n 是雙波段（2.4 GHz 和 5 GHz），而 802.11ac 是基于 5 GHz 的單波段。對于嵌入式應(yīng)用，相比于 5 GHz 頻率，2.4 GHz 的范圍和更好的物體穿透力會更有用。此外，由于協(xié)議復(fù)雜性較高，基于 802.11ac 的系統(tǒng)成本和功耗也更高。雖然 11ac 確實提供了增強的吞吐量，但 802.11n 提供的數(shù)據(jù)傳輸速率對于大多數(shù)電池供電的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用來說已經(jīng)綽綽有余了。802.11ax (Wi-Fi 6) 是該規(guī)范的最新版本，承諾最大吞吐速度為 9.6 Gbps，而 Wi-Fi 5 為 3.5 Gbps，Wi-Fi 4 為 600 Mbps。推出 Wi-Fi 6 主要是為了解決由于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備需求不斷增長促使 Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備數(shù)量快速增加的問題。

針對獨特物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的低功耗 Wi-Fi 設(shè)計決策

最新 Wi-Fi 標(biāo)準(zhǔn)中提供的低功耗功能意味著當(dāng)今的許多物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備都是始終處于開啟狀態(tài)，且是互聯(lián)的，由于超低功耗，電池壽命更長。例如，Wi-Fi/藍(lán)牙 LE 智能鎖應(yīng)用程序通過 Wi-Fi 連接到云，進(jìn)行遠(yuǎn)程訪問，并使用藍(lán)牙 LE 將鎖配置到 Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)。請記住，保護(hù)云連接（TLS 證書交換）、網(wǎng)絡(luò)通信（用于與云通信的 MQTT）和空中下載 (OTA) 更新等操作在后臺進(jìn)行，這會進(jìn)一步影響系統(tǒng)的功耗。通過優(yōu)化功耗，智能鎖（“始終連接”模式下）在低擁塞環(huán)境中的電池壽命通常為三年，在高度擁塞的無線環(huán)境中的電池壽命通常為兩年。

智能手表等小型設(shè)備在空間和電池壽命方面帶來了額外的挑戰(zhàn)。小封裝 SiP 模塊是平滑設(shè)計的理想選擇，上市時間短。可穿戴設(shè)備通常需要 GPS 連接進(jìn)行位置跟蹤，需要 Wi-Fi 進(jìn)行云連接，需要藍(lán)牙 A2DP 進(jìn)行音樂流傳輸，需要藍(lán)牙 LE 連接到傳感器。除 OTA 更新外，所有這些操作都需要執(zhí)行，同時盡可能延長單次充電的電池壽命。處于監(jiān)聽模式的 Wi-Fi 客戶端設(shè)備與接收數(shù)據(jù)時消耗的電量相同。因此，Silicon Labs SoC RS9116 系列的“始終處于開啟狀態(tài)”功能對于提供超低功耗的高性能至關(guān)重要。

隨著 Wi-Fi 等廣泛應(yīng)用的技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備（獨立或多協(xié)議模式）上備受青睞，這為行業(yè)轉(zhuǎn)型提供了巨大潛力。如需更深入地了解設(shè)計低功耗 Wi-Fi 應(yīng)用，請參閱我們的白皮書“Wi-Fi 在低功耗物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中的未來。”