Wi-Fi、藍牙和蜂窩網(wǎng)絡(luò)三劍客解決方案

眾所周知，物聯(lián)網(wǎng)的一大成功在于大量設(shè)備可以通過互聯(lián)網(wǎng)連接到全世界各個地方。我們可以確定，無線通信將成為物聯(lián)網(wǎng)重要支撐。不過問題在于，哪種技術(shù)才是最合適選擇？選擇種類可謂多種多樣，且每一種都為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序創(chuàng)建連接提供了不同方法。其中，當屬Wi-Fi、藍牙和蜂窩網(wǎng)絡(luò)最為普及。

多種技術(shù)都為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序創(chuàng)建連接提供了不同方法。其中，最為普遍的Wi-Fi、藍牙和蜂窩網(wǎng)絡(luò)可謂當下的三劍客。使用這三種技術(shù)要取決于應(yīng)用程序、使用范圍、數(shù)據(jù)吞吐量和電池壽命，甚至在必要的情況下，可以將這三種技術(shù)組合起來。

本文將集中對Wi-Fi進行探討，剖析其如何成為智能/連接家居產(chǎn)品中最受歡迎的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。我們將看到不同的Wi-Fi應(yīng)用程序在基于傳感器網(wǎng)絡(luò)中的使用，以及智能家居應(yīng)用程序?qū)i-Fi硅的要求。

從下圖可以看出，Wi-Fi連接解決方案的身影可謂無處不在，預(yù)計到2021年，WiFi出貨量將達到40億。若單論物聯(lián)網(wǎng)市場的應(yīng)用，預(yù)計到2021年，WiFi出貨量將達到5億 (下圖是低功率WiFi的市場出貨量)。

使用低數(shù)據(jù)率、低功耗WiFi的主要領(lǐng)域是智能家居、可穿戴設(shè)備、醫(yī)療保健、商業(yè)和工業(yè)。其中，智能家居市場預(yù)計將占據(jù)最大份額。

智能家居和物聯(lián)網(wǎng)

在智能家居應(yīng)用中，Wi-Fi之所以能超越其他技術(shù)，獨占鰲頭，有以下幾方面的原因：WiFi設(shè)置簡單，獲得了本地IP網(wǎng)絡(luò)支持，具有網(wǎng)絡(luò)管理工具優(yōu)勢，且人們對它的熟悉程度高。同時，與同類競爭產(chǎn)品相比，WiFi覆蓋范圍更大。

然而，傳統(tǒng)上來說，Wi-Fi比其他技術(shù)功耗更大，因此，要確保物聯(lián)網(wǎng)的實用性，必須采取措施確保Wi-Fi設(shè)計能節(jié)省功耗。

但對于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用來說，WiFi硅的要求是什么呢？任何旨在滿足物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用低功耗需求的硅IP，通常都具備以下特點：

? 物聯(lián)網(wǎng)內(nèi)核設(shè)計——低功耗指標
? 低模區(qū)和物料清單(BOM)——低成本方案
? 很容易集成至SoC中——靈活的分區(qū)和接口
? 魯棒性能——達到或超過標準IEEE的要求
? 現(xiàn)場已證實的解決方案——通過Wi-Fi認證的互操作性和資格要求

智能家居的承諾——功耗將成為關(guān)鍵驅(qū)動因素

智能家居設(shè)備（控制設(shè)備）可以分為三類（從功耗的角度分類）

設(shè)備類型 功耗靈敏度
插排供電設(shè)備 低功率靈敏度
可再充電設(shè)備 中等功率靈敏度
電池供電設(shè)備 高功率靈敏度

由于電池驅(qū)動的設(shè)備具有高功率靈敏度，所以，Wi-Fi可能并非是明智之選。因此，為深入了解Wi-Fi的功耗，可以通過分析控制器和控制設(shè)備之間不同的信息交換，更深入地獲悉不同的功耗情況。

下圖采用了三種不同的使用場景：恒溫器、煙霧報警器和智能門鎖。

在這三種情況下，控制設(shè)備需要交換：
· 初始化/身份驗證消息——電源接通時一次性的消息交換。
· “保持連接”的消息(k)——每30秒發(fā)送一次消息，以保持連接。

如果為節(jié)電而進行配置，則被控制的設(shè)備將有大部分時間處于“連接備用”狀態(tài)。

· 設(shè)備將被定期喚醒(即延遲傳輸指示消息 DTIM ，接收信號)
· 設(shè)備只接收信號，再返回休眠狀態(tài)。

處于激活狀態(tài)的消息可能是另一種類型：
1．定期數(shù)據(jù)傳輸——恒溫器每60分鐘發(fā)送一次溫度記錄。
2．事件觸發(fā)數(shù)據(jù)傳輸——煙霧報警器檢測煙霧或火災(zāi)，并發(fā)出警報。
3．智能門鎖——智能手機(控制器)通過應(yīng)用程序發(fā)送命令來給門上鎖/解鎖。

這些消息傳送的流程圖如下所示。

為保持最低功耗，延長電池使用壽命，不僅要優(yōu)化功耗的傳輸和接收，還要優(yōu)化連接備用功率(包括啟動和睡眠狀態(tài)下的功耗)。

一般而言，現(xiàn)有WiFi內(nèi)核設(shè)計可以快速傳輸和接收大量的數(shù)據(jù)，但并未進行優(yōu)化，以使功耗保持最低，從而延長電池供電設(shè)備的使用壽命。而這卻是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用所需的。相比之下，Imagination的Whisper無線通信內(nèi)核已進行了此類優(yōu)化，可以滿足物聯(lián)網(wǎng)的需求。

Whisper內(nèi)核中有一些設(shè)計選項，如下：
· 以功率為中心的射頻設(shè)計，交易噪音及降低傳輸功率，以達到低功耗目的；
· 降低物理層的時鐘頻率，降低數(shù)據(jù)路徑的位寬，以此減少動態(tài)及漏電損耗。
· 通過輕薄、完整及完全嵌入的MAC模型，可以進行靈活的軟件分區(qū)。

Whisper無線處理單元和功耗標準

Whisper在兩個場景中的功耗如下圖所示：
· 1．發(fā)送事件——煙霧報警器每天傳送一次煙霧傳感器的狀態(tài)
· 2．接收事件——智能門鎖每天接收一次鎖門或解鎖的命令

更多有關(guān)Whisper架構(gòu)及其獨特低功耗設(shè)計的資訊，請參照 先前發(fā)布的文章 。

總結(jié)

總而言之，我們認為，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用將廣泛采用Wi-Fi，而低功耗是主要驅(qū)動因素。然而，將現(xiàn)有的WiFi內(nèi)核進行再利用并不是理想解決方案。Imagination的Ensigma無線通信內(nèi)核為物聯(lián)網(wǎng)提供了一個完整的端到端且低功耗的服務(wù)，接收功耗不過其他同類解決方案的一半。它提供了輕薄、完整且完全嵌入的MAC選項，并提供了硬體聚集的選項來簡化集成。Ensigm針對物聯(lián)網(wǎng)的Wi-Fi解決方案則進行了合規(guī)驗證，且經(jīng)實驗驗證具有充分的互操作性，這樣就可以滿足客戶的需求，并使客戶信心滿滿，大步邁向市場。