Wi-Fi HaLow讓電池省電的設計秘密

作者 : 胡安,EET China

Wi-Fi HaLow即將出現在我們生活中的智慧門鎖、安全監控攝影、穿戴式裝置以及無線感測器網路中。Wi-Fi HaLow晶片的優勢在於其低功耗,僅使用傳統Wi-Fi 晶片所需功率的一小部份...

Wi-Fi HaLow的特點,除了傳輸距離遠,就是低功耗,能夠讓對功耗敏感的物聯網(IoT)裝置更具能源效率。為什麼HaLow更省電?

透過IEEE 802.11ah指定的幾種複雜的睡眠模式,能夠讓HaLow裝置長時間保持極低功耗狀態,從而節省電池能量:

  • 目標喚醒時間(Target wake time;TWT):這可讓站點(STA)和接取點(AP)預先安排一個睡眠STA喚醒並偵聽信標的時間。
  • 限制存取窗口(Restricted access window;RAW):AP可以向一部份STA授予權限以傳輸其數據,而其他STA則被迫休眠、緩衝非緊急數據。
  • 延長最大的基本服務集(BSS)閒置:這將STA的可閒置時間延長至五年。
  • 分層流量指示映射(traffic indication mapping;TIM):按分組對TIM進行更有效的編碼以節省信標的廣播時間。
  • MAC短標頭(headers):這減少了標頭開銷、廣播時間和功耗,並釋放了頻譜。
  • 空值PHY協議數據單元(NPD):可將類似MAC的ACK/NAK嵌入到PHY層以減少時間和功耗。
  • 發送短信標:頻繁發送短信標(有限)以同步STA,而較少發送完整信標。
  • BSS著色:顏色分配指示特定AP的BSS分組,而STA可以忽略其他顏色。
  • 雙向TXOP (BDT):當STA嘫醒並發現存在用於傳輸的上行鏈路和下行鏈路訊框時,將會減少介質存取的次數。BDT在實體層協議數據單元(PPDU)的訊號(SIG)域使用響應指示,以增加對於第三方STA傳輸的TXOP持續時間保護。

該協議的高效睡眠和電源管理模式可支援IoT裝置的電池多年運行,以及各種靈活的電源和電池尺寸選項,從在鈕扣電池上運行的短距離IoT裝置到更高功率、更遠距離(超過1公里)的較大電池應用。

相較於2.4 GHz和5GHz頻段中的Wi-Fi協議,該協議的sub-GHz窄頻訊號傳輸距離更遠且能量更少,因此每單位能量傳輸的位元數更多。

因此,Wi-Fi HaLow晶片所需的功率僅為傳統Wi-Fi晶片的一小部份。

雖然傳統Wi-Fi 的更高數據速率讓用戶能夠使用2.4- GHz、5- GHz和6-GHz頻段的寬通道串流傳輸HD視訊內容並快速下載大量檔案,但這些Wi-Fi連接的有效距離很短,很快就會耗盡電池電量,因而需要頻繁充電或更換電池,或者理想情況下需要連接主電源。

因此,Wi-Fi HaLow是功率受限的IoT裝置之理想選擇,這些裝置需要達到更長的傳輸距離並依靠電池供電運行多年,同時仍能提供每秒數MB位元數據傳輸速率。

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