低功耗Wi-Fi是节能物联网设备的理想选择
作者 | 电子工程世界2022-09-22

Wi-Fi可能不是您在考虑低功耗应用时想到的第一种无线技术,但它理应是首选。

物联网是世界上增长最快的行业之一,每天都有更多设备接入互联网。我们需要以最高效、最安全的方式获取信息和知识,并且尽可能减少延迟。消费电子产品(尤其是可穿戴设备)可能是最显而易见的证明,预计今年年底将有十亿多台设备投入使用。我们很难将这一激增现象归因于任何一种特定的协议。以智能手表为例,智能手表可能使用Wi-Fi网络同步健身数据,使用经典蓝牙将音频传输到耳机,使用ANT传输心率传感器数据,使用低功耗蓝牙(Bluetooth Low Energy)向智能手机发送通知。

物联网设备为什么使用Wi-Fi协议

Wi-Fi是广泛部署的协议,拥有220多亿台设备,这意味着它几乎无处不在,在大多数家庭和商业环境中都可以使用。Wi-Fi数据吞吐量显著更高,几乎比大多数物联网协议高出10-100倍,实现几乎无延迟的音频流和视频流传输。数据传输速率高、覆盖范围广,可支持许多不同的应用。最后,Wi-Fi提供不间断的云连接,不再需要网关。Wi-Fi集上述优势为一体,正在成为嵌入式解决方案的首选。

Wi-Fi协议

物联网设备的Wi-Fi 4、Wi-Fi 5与Wi-Fi 6

从Wi-Fi规范的演变来看,802.11n (Wi-Fi 4)比802.11ac (Wi-Fi 5)更适合物联网应用。原因之一是802.11n是双频段(2.4 GHz和5 GHz),而802.11ac是基于5 GHz的单频段。对于嵌入式应用,相比于5 GHz频率,2.4 GHz的范围和更好的物体穿透力会更有用。此外,由于协议复杂性较高,基于802.11ac的系统成本和功耗也更高。虽然11ac确实提供了增强的吞吐量,但802.11n提供的数据传输速率对于大多数电池供电的物联网应用来说已经绰绰有余了。802.11ax (Wi-Fi 6)是该规范的最新版本,承诺最大吞吐速度为9.6 Gbps,而Wi-Fi 5为3.5 Gbps,Wi-Fi 4为600 Mbps。推出Wi-Fi 6主要是为了解决由于物联网设备需求不断增长促使Wi-Fi网络设备数量快速增加的问题。

针对独特物联网应用的低功耗Wi-Fi设计决策

最新Wi-Fi标准中提供的低功耗功能意味着当今的许多物联网设备都是始终处于开启状态,且是互联的,由于超低功耗,电池寿命更长。例如,Wi-Fi/低功耗蓝牙智能锁应用程序通过Wi-Fi连接到云,进行远程访问,并使用低功耗蓝牙将锁配置到Wi-Fi网络。请记住,保护云连接(TLS证书交换)、网络通信(用于与云通信的MQTT)和空中下载(OTA)更新等操作在后台进行,这会进一步影响系统当前的功耗。通过优化功耗,智能锁(“始终连接”模式下)在低拥塞环境中的电池寿命通常为三年,在高度拥塞的无线环境中的电池寿命通常为两年。

智能手表等小型设备在空间和电池寿命方面带来了额外的挑战。小封装SiP模块是平滑设计的理想选择,上市时间短。可穿戴设备通常需要GPS连接进行位置追踪,需要Wi-Fi进行云连接,需要蓝牙A2DP进行音乐流传输,需要低功耗蓝牙连接到传感器。除OTA更新外,所有这些操作都需要执行,同时尽可能延长单次充电的电池寿命。处于监听模式的Wi-Fi客户端设备与接收数据时消耗的电量相同。因此,Silicon Labs SoC RS9116系列的“始终处于开启状态”功能对于提供超低功耗的高性能至关重要。

随着Wi-Fi等广泛应用的技术在物联网设备(独立或多协议模式)上备受青睐,这为行业转型提供了巨大潜力。

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