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如何在雙模 Wi-Fi/藍牙物聯(lián)網設計中最大限度地延長電池壽命

1692618 2022-11-24 | pdf | 332.68KB | 次下載 | 免費

資料介紹

電池供電的物聯(lián)網 (IoT) 設備和其他連接產品的設計人員需要滿足連續(xù)無線連接和延長電池壽命這兩個相互矛盾的要求。對同一設備中的藍牙 5 和 Wi-Fi 連接的需求不斷增長，進一步擴大了本已受限的功率限制。盡管 Wi-Fi 和藍牙協(xié)議提供了有助于降低功耗的標準協(xié)議，但更直接的支持以一種架構的形式出現，該架構結合了無線電子系統(tǒng)，可以通過低功耗微控制器卸載網絡處理任務。電池供電的物聯(lián)網 (IoT) 設備和其他連接產品的設計人員需要滿足連續(xù)無線連接和延長電池壽命這兩個相互矛盾的要求。對同一設備中的藍牙 5 和 Wi-Fi 連接的需求不斷增長，進一步擴大了本已受限的功率限制。盡管 Wi-Fi 和藍牙協(xié)議提供了有助于降低功耗的標準協(xié)議，但更直接的支持以一種架構的形式出現，該架構結合了無線電子系統(tǒng)，可以通過低功耗微控制器卸載網絡處理任務。本文將概述雙模 Wi-Fi/藍牙連接的重要性以及它如何使物聯(lián)網設計復雜化。然后，它將展示 Cypress Semiconductor 的開發(fā)板和相關軟件如何用于開發(fā)能夠持續(xù)連接和延長電池壽命的雙模 Wi-Fi/藍牙物聯(lián)網設備。本文將概述雙模 Wi-Fi/藍牙連接的重要性以及它如何使物聯(lián)網設計復雜化。然后，它將展示 Cypress Semiconductor 的開發(fā)板和相關軟件如何用于開發(fā)能夠持續(xù)連接和延長電池壽命的雙模 Wi-Fi/藍牙物聯(lián)網設備。對雙模 Wi-Fi/藍牙連續(xù)連接的需求不斷增長對雙模 Wi-Fi/藍牙連續(xù)連接的需求不斷增長藍牙連接被認為是許多物聯(lián)網設備的標準要求，這些設備旨在通過支持藍牙的智能手機和其他移動設備與用戶進行交互。然而，對于許多 IoT 應用程序，IoT 設備需要 Wi-Fi 連接來訪問無線局域網 (WLAN) 以直接訪問 Internet，或與同一網絡上的其他對等設備和主機系統(tǒng)進行交互。藍牙連接被認為是許多物聯(lián)網設備的標準要求，這些設備旨在通過支持藍牙的智能手機和其他移動設備與用戶進行交互。然而，對于許多 IoT 應用程序，IoT 設備需要 Wi-Fi 連接來訪問無線局域網 (WLAN) 以直接訪問 Internet，或與同一網絡上的其他對等設備和主機系統(tǒng)進行交互。在許多方面，如果這些物聯(lián)網設備只需要在需要傳輸數據或其他消息時連接到 WLAN 或藍牙主機，開發(fā)人員延長電池壽命的能力就會簡單得多。由于許多物聯(lián)網設備的工作周期通常很低，這些設備可以通過主要在低功耗睡眠模式下運行來延長電池壽命，喚醒足夠長的時間來執(zhí)行傳感器測量，完成相關的處理任務，并在返回之前傳輸結果數據低功耗模式。實際上，大多數物聯(lián)網設備需要快速響應來自對等設備、主機系統(tǒng)和最終用戶的異步傳入命令和數據。在許多方面，如果這些物聯(lián)網設備只需要在需要傳輸數據或其他消息時連接到 WLAN 或藍牙主機，開發(fā)人員延長電池壽命的能力就會簡單得多。由于許多物聯(lián)網設備的工作周期通常很低，這些設備可以通過主要在低功耗睡眠模式下運行來延長電池壽命，喚醒足夠長的時間來執(zhí)行傳感器測量，完成相關的處理任務，并在返回之前傳輸結果數據低功耗模式。實際上，大多數物聯(lián)網設備需要快速響應來自對等設備、主機系統(tǒng)和最終用戶的異步傳入命令和數據。為了保持響應，物聯(lián)網設備需要提供持續(xù)連接的外觀，對傳入流量保持警惕，以便它們可以在可接受的時間內做出響應。如果開發(fā)人員試圖通過反復喚醒他們的設備來接收傳入流量來滿足這一基本要求，他們設備的電池將很快耗盡。事實上，電池供電的 Wi-Fi 設備中的無線電接收器通常會隨著時間的推移消耗比無線電發(fā)射器更多的功率，盡管與單個傳輸操作相關的功耗更高。當然，設備的主機處理器在每次接收操作中所消耗的功率會增加其自身的大量功率預算負載。幸運的是，為了保持響應，物聯(lián)網設備需要提供持續(xù)連接的外觀，對傳入流量保持警惕，以便它們可以在可接受的時間內做出響應。如果開發(fā)人員試圖通過反復喚醒他們的設備來接收傳入流量來滿足這一基本要求，他們設備的電池將很快耗盡。事實上，電池供電的 Wi-Fi 設備中的無線電接收器通常會隨著時間的推移消耗比無線電發(fā)射器更多的功率，盡管與單個傳輸操作相關的功耗更高。當然，設備的主機處理器在每次接收操作中所消耗的功率會增加其自身的大量功率預算負載。幸運的是，無線連接標準如何幫助設備降低功耗無線連接標準如何幫助設備降低功耗在正常操作中，Wi-Fi 接收站 (STA) 通過關閉大部分 Wi-Fi 子系統(tǒng)來節(jié)省電力。由于接入點 (AP) 為休眠 STA 緩沖幀，因此不會丟失任何消息。作為其正常網絡管理操作的一部分，AP 定期傳輸包含位圖的信標，稱為流量指示圖 (TIM)，指示 AP 是否有每個 STA 的等待流量。AP 還定期傳輸包含傳送流量指示圖 (DTIM) 的信標，指示緩沖的多播或廣播數據的可用性。STA 應在 DTIM 周期值內定期喚醒，該值是正常信標間隔的某個倍數。配置了高 DTIM 周期值的 IoT 網絡將使網絡中的設備能夠降低功耗，因為它們可以在喚醒接收器以接收指示 AP 正在為其保留幀的信標之前休眠更長時間。這是下面討論的標準 802.11 節(jié)電輪詢機制背后的基本方法。在正常操作中，Wi-Fi 接收站 (STA) 通過關閉大部分 Wi-Fi 子系統(tǒng)來節(jié)省電力。由于接入點 (AP) 為休眠 STA 緩沖幀，因此不會丟失任何消息。作為其正常網絡管理操作的一部分，AP 定期傳輸包含位圖的信標，稱為流量指示圖 (TIM)，指示 AP 是否有每個 STA 的等待流量。AP 還定期傳輸包含傳送流量指示圖 (DTIM) 的信標，指示緩沖的多播或廣播數據的可用性。STA 應在 DTIM 周期值內定期喚醒，該值是正常信標間隔的某個倍數。