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如何在雙模 Wi-Fi/藍(lán)牙物聯(lián)網(wǎng)設(shè)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(wǎng) (IoT) 設(shè)備和其他連接產(chǎn)品的設(shè)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(shè)備中的藍(lán)牙 5 和 Wi-Fi 連接的需求不斷增長，進(jìn)一步擴(kuò)大了本已受限的功率限制。盡管 Wi-Fi 和藍(lán)牙協(xié)議提供了有助于降低功耗的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，但更直接的支持以一種架構(gòu)的形式出現(xiàn)，該架構(gòu)結(jié)合了無線電子系統(tǒng)，可以通過低功耗微控制器卸載網(wǎng)絡(luò)處理任務(wù)。電池供電的物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 設(shè)備和其他連接產(chǎn)品的設(shè)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(shè)備中的藍(lán)牙 5 和 Wi-Fi 連接的需求不斷增長，進(jìn)一步擴(kuò)大了本已受限的功率限制。盡管 Wi-Fi 和藍(lán)牙協(xié)議提供了有助于降低功耗的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，但更直接的支持以一種架構(gòu)的形式出現(xiàn)，該架構(gòu)結(jié)合了無線電子系統(tǒng)，可以通過低功耗微控制器卸載網(wǎng)絡(luò)處理任務(wù)。本文將概述雙模 Wi-Fi/藍(lán)牙連接的重要性以及它如何使物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計復(fù)雜化。然后，它將展示 Cypress Semiconductor 的開發(fā)板和相關(guān)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(lán)牙物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。本文將概述雙模 Wi-Fi/藍(lán)牙連接的重要性以及它如何使物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計復(fù)雜化。然后，它將展示 Cypress Semiconductor 的開發(fā)板和相關(guān)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(lán)牙物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。對雙模 Wi-Fi/藍(lán)牙連續(xù)連接的需求不斷增長對雙模 Wi-Fi/藍(lán)牙連續(xù)連接的需求不斷增長藍(lán)牙連接被認(rèn)為是許多物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)要求，這些設(shè)備旨在通過支持藍(lán)牙的智能手機(jī)和其他移動設(shè)備與用戶進(jìn)行交互。然而，對于許多 IoT 應(yīng)用程序，IoT 設(shè)備需要 Wi-Fi 連接來訪問無線局域網(wǎng) (WLAN) 以直接訪問 Internet，或與同一網(wǎng)絡(luò)上的其他對等設(shè)備和主機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行交互。藍(lán)牙連接被認(rèn)為是許多物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)要求，這些設(shè)備旨在通過支持藍(lán)牙的智能手機(jī)和其他移動設(shè)備與用戶進(jìn)行交互。然而，對于許多 IoT 應(yīng)用程序，IoT 設(shè)備需要 Wi-Fi 連接來訪問無線局域網(wǎng) (WLAN) 以直接訪問 Internet，或與同一網(wǎng)絡(luò)上的其他對等設(shè)備和主機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行交互。在許多方面，如果這些物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備只需要在需要傳輸數(shù)據(jù)或其他消息時連接到 WLAN 或藍(lán)牙主機(jī)，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(wǎng)設(shè)備的工作周期通常很低，這些設(shè)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(guān)的處理任務(wù)，并在返回之前傳輸結(jié)果數(shù)據(jù)低功耗模式。實際上，大多數(shù)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備需要快速響應(yīng)來自對等設(shè)備、主機(jī)系統(tǒng)和最終用戶的異步傳入命令和數(shù)據(jù)。在許多方面，如果這些物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備只需要在需要傳輸數(shù)據(jù)或其他消息時連接到 WLAN 或藍(lán)牙主機(jī)，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(wǎng)設(shè)備的工作周期通常很低，這些設(shè)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(guān)的處理任務(wù)，并在返回之前傳輸結(jié)果數(shù)據(jù)低功耗模式。實際上，大多數(shù)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備需要快速響應(yīng)來自對等設(shè)備、主機(jī)系統(tǒng)和最終用戶的異步傳入命令和數(shù)據(jù)。為了保持響應(yīng)，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)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(nèi)做出響應(yīng)。如果開發(fā)人員試圖通過反復(fù)喚醒他們的設(shè)備來接收傳入流量來滿足這一基本要求，他們設(shè)備的電池將很快耗盡。事實上，電池供電的 Wi-Fi 設(shè)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(guān)的功耗更高。當(dāng)然，設(shè)備的主機(jī)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(yù)算負(fù)載。幸運的是，為了保持響應(yīng)，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)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(nèi)做出響應(yīng)。如果開發(fā)人員試圖通過反復(fù)喚醒他們的設(shè)備來接收傳入流量來滿足這一基本要求，他們設(shè)備的電池將很快耗盡。事實上，電池供電的 Wi-Fi 設(shè)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(guān)的功耗更高。當(dāng)然，設(shè)備的主機(jī)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(yù)算負(fù)載。幸運的是，無線連接標(biāo)準(zhǔn)如何幫助設(shè)備降低功耗無線連接標(biāo)準(zhǔn)如何幫助設(shè)備降低功耗在正常操作中，Wi-Fi 接收站 (STA) 通過關(guān)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(wǎng)絡(luò)管理操作的一部分，AP 定期傳輸包含位圖的信標(biāo)，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(biāo)，指示緩沖的多播或廣播數(shù)據(jù)的可用性。STA 應(yīng)在 DTIM 周期值內(nèi)定期喚醒，該值是正常信標(biāo)間隔的某個倍數(shù)。配置了高 DTIM 周期值的 IoT 網(wǎng)絡(luò)將使網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)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(biāo)之前休眠更長時間。這是下面討論的標(biāo)準(zhǔn) 802.11 節(jié)電輪詢機(jī)制背后的基本方法。在正常操作中，Wi-Fi 接收站 (STA) 通過關(guān)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(wǎng)絡(luò)管理操作的一部分，AP 定期傳輸包含位圖的信標(biāo)，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(biāo)，指示緩沖的多播或廣播數(shù)據(jù)的可用性。STA 應(yīng)在 DTIM 周期值內(nèi)定期喚醒，該值是正常信標(biāo)間隔的某個倍數(shù)。