低功耗 Wi-Fi 是節能物聯網設備的理想選擇

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用時想到的第一種無線技術，但它理應是首選。

物聯網是世界上增長最快的行業之一，每天都有更多設備接入互聯網。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。消費電子產品（尤其是可穿戴設備）可能是最明顯的證明，預計今年年底將有十億多臺設備投入使用。我們很難將這一激增現象歸因于任何一個特定的協議。以智能手表為例，智能手表可能使用 Wi-Fi 網絡同步健身數據，使用經典藍牙將音頻傳輸到耳機，使用 ANT 傳輸心率傳感器數據，使用藍牙低功耗 (LE) 向智能手機發送通知。

為什么物聯網設備使用 Wi-Fi 協議

Wi-Fi 是廣泛部署的協議，擁有 220 多億臺設備，這意味著它幾乎無處不在，在大多數家庭和商業環境中都可以使用。Wi-Fi 數據吞吐量顯著更高，幾乎比大多數物聯網協議高出 10-100 倍，實現無延遲的音頻流和視頻流。數據傳輸速率高、覆蓋范圍廣，可支持許多不同的應用。最后，Wi-Fi 提供不間斷的云連接，不再需要網關。Wi-Fi 集上述優勢為一體，正在成為嵌入式解決方案的首選。

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物聯網設備的 Wi-Fi 4 與 Wi-Fi 5 與 Wi-Fi 6

從 Wi-Fi 規范的演變來看，802.11n (Wi-Fi 4) 比 802.11ac (Wi-Fi 5) 更適合物聯網應用。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，由于協議復雜性較高，基于 802.11ac 的系統成本和功耗也更高。雖然 11ac 確實提供了增強的吞吐量，但 802.11n 提供的數據傳輸速率對于大多數電池供電的物聯網應用來說已經綽綽有余了。802.11ax (Wi-Fi 6) 是該規范的最新版本，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網設備需求不斷增長促使 Wi-Fi 網絡設備數量快速增加的問題。

針對獨特物聯網應用的低功耗 Wi-Fi 設計決策

最新 Wi-Fi 標準中提供的低功耗功能意味著當今的許多物聯網設備都是始終處于開啟狀態，且是互聯的，由于超低功耗，電池壽命更長。例如，Wi-Fi/藍牙 LE 智能鎖應用程序通過 Wi-Fi 連接到云，進行遠程訪問，并使用藍牙 LE 將鎖配置到 Wi-Fi 網絡。請記住，保護云連接（TLS 證書交換）、網絡通信（用于與云通信的 MQTT）和空中下載 (OTA) 更新等操作在后臺進行，這會進一步影響系統的功耗。通過優化功耗，智能鎖（“始終連接”模式下）在低擁塞環境中的電池壽命通常為三年，在高度擁塞的無線環境中的電池壽命通常為兩年。

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

隨著 Wi-Fi 等廣泛應用的技術在物聯網設備（獨立或多協議模式）上備受青睞，這為行業轉型提供了巨大潛力。如需更深入地了解設計低功耗 Wi-Fi 應用，請參閱我們的白皮書“Wi-Fi 在低功耗物聯網設備中的未來。”