Wi-Fi 6如何释放低功耗IoT的潜力

作者:BENNY HAR-EVEN

物联网(IoT)是一个快速增长的市场,虽然有人质疑把所有设备都连接到互联网上的必要性,但如果它简单且成本效益高,那就无需质疑了。

无线传感器就是一个很好的例子。你可以对设备进行监控从而检测出任何设备出现故障的迹象,还可以监测餐厅内的温度以确保冰箱内的温度或者监测养老院房间内空气中一氧化碳的水平,这只是几个例子。此外还有一些新类型的产品,比如“可听戴设备”,它相当于是一种微型入耳计算机,可用于监测身体活动和健康状况。

无论是何种应用,这些设备都需要采用电池来驱动,因此电源效率是最重要的。基于此我们开发了IMG iEW400,这是我们推出的低功耗互联的最新IP,我们参考了新的IEEE 802.11ax标准,现在被广泛称为Wi-Fi 6。

谈到低功耗互联应用,Wi-Fi可能并不是每个人的首选,尤其是与蓝牙相比。然而正如本篇文章所要阐述的,我们相信Wi-Fi是物联网(IoT)互联应用的首选。

首先Wi-Fi可以说是无处不在,预计到2021年市场上将近有40亿的Wi-Fi产品,由于Wi-Fi集成到如此多的设备中,用户很容易与终端IoT设备进行交互。当然它还提供了其他低功耗互联解决方案所没有的一些好处。首先就是更高数据传输速率的潜力,目前可以达到230Mbps。

Wi-Fi相比其他方案能够提供更广的覆盖范围,它支持在5GHz频段内通信,相比2.4GHz信道的拥塞程度会少很多。最后它还支持IP网络,如果你想轻松的将数据发送到云端,那么这点非常的重要。

Wi-Fi 6:低功耗的关键

然而,Wi-Fi通常被认为是一种与其他方案相比功耗更高的技术。Wi-Fi 6带来了解决这个问题的一些新特性。实际上它设计的目的是同时提高数据吞吐量、提升鲁棒性并且降低功耗。对于我们来说,我们主要关心的是它如何使Wi-Fi成为低功耗物联网(IoT)应用的理想选择。

在这里我们将介绍一些Wi-Fi 6的关键特性,而且这些特性已经在iEW400中实现了,这使得它更加的高效。

停下来,合作,倾听

首先第一个特性称为TWT(Target Wait Time,目标唤醒时间)。上文我们提到的很多应用案例中,设备并不需要一直都保持唤醒状态。它只需要不时的唤醒来报告它的状态,这可能是数小时、几天甚至是数周,所以为什么要浪费所有的能量去检查它是否需要与接入点进行通信呢?

TWT是Wi-Fi 6的一个新特性,接入点会与附加设备协商何时唤醒来发送数据。这种预先调度意味着可以延长设备深度休眠的时间,从而大大降低功耗并显著提高电池寿命。这意味着传感器可以一次长达数年在野外收集有用的数据。

Wi-Fi 6如何释放低功耗IoT的潜力
OFDMA是Wi-Fi 6的一项主要新特性,可以显著提高数据传输效率

Wi-Fi 6另一项很棒的特性是正交频分复用多址,这可能有点儿拗口,所以通常称为OFDMA(Orthogonal frequency-division multiple access,正交频分复用多址)。它可以在高密度环境下提升Wi-Fi的性能。通过将信道内的带宽进行分段处理,多个设备可以在同一时间帧内接收数据。这种对带宽的巧妙使用提高了数据的传输效率,降低了功耗,并显著提高了数据吞吐量。

Wi-Fi 6如何释放低功耗IoT的潜力
引入BSS颜色特性之前

接下来是BSS颜色特性。一个区域内会有多个接入点(AP)和很多客户端,就像拥挤的人群,Wi-Fi很难提供连续一致的吞吐量,这是因为来自不同接入点的数据可能会重叠,从而导致相互竞争和干扰。Wi-Fi 6中引入新的BSS(Basic Service Sets,基础服务集)颜色特性,来自每个接入点的每个数据都被规定了一个“颜色”,这样客户端就可以识别出哪个正在传输,从而提高了网络的性能。

Wi-Fi 6如何释放低功耗IoT的潜力
引入BSS颜色特性之后

最后对于信号的鲁棒性最为重要,iEW400还支持双载波模式。DCM(Dual subcarrier modulation,双子载波调制)是将相同的信息在一对子载波上进行调制,这样可以确保即使在充满挑战性的场景下数据也能够正常传输。

一站式解决方案

我们的iEW400在市场上的独特之处在于它是一站式解决方案。如果你想把Wi-Fi集成到你的IoT设计中,你不需要四处寻找——iEW400包含RF、基带以及UMAC和LMAC组件,我们是市场上唯一可以做到这一点的供应商。

Wi-Fi 6如何释放低功耗IoT的潜力
iEW400的系统框图,包含了UMAC和LMAC组件单元

UMAC单元允许你从主处理器卸载工作负载以减少系统总功耗,但我们也进行了灵活的设计,这是一个可选的组件,你可以根据自己的情况选择是否集成这个组件。电源管理单元也是如此,我们的PMU(Power Management Unit,电源管理单元)支持2.7-4.5v的DC,将其优化为低功耗设计,但是如果你愿意也可以采用自己的设计。

iEW400也很容易集成且以芯片就绪设计的方式来提供,包括analogue pads,采用TSMC(台积电)40nm LP工艺。交付使用时它还将通过Wi-Fi联盟标准的预认证,所有这些都可以加速你产品上市的时间,仅仅这一点就可以帮助你开发一个成功的产品。

总结

对于iEW400,我们很期待Wi-Fi 6能带给市场的可能性。凭借我们优秀的能力提供一个完整的解决方案,能灵活选择且经过硅片验证的设计,可以帮助客户降低风险,降低客户解决方案的总体成本,同时加速客户产品面市的时间。结果就是基于最新技术的产品将会降低终端用户的成本,同时会增加厂商的利润。几乎没有缺点,我们很高兴看到未来基于iEW400的IoT产品上市。

原文链接:https://www.imgtec.com/blog/how-wi-fi-6-unlocks-the-potential-of-low-pow...

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