眾所周知，物聯網的一大成功在于大量設備可以通過互聯網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網重要支撐。不過問題在于，哪種技術才是最合適選擇？選擇種類可謂多種多樣，且每一種都為物聯網應用程序創建連接提供了不同方法。其中，當屬Wi-Fi、藍牙和蜂窩網絡最為普及。

多種技術都為物聯網應用程序創建連接提供了不同方法。其中，最為普遍的Wi-Fi、藍牙和蜂窩網絡可謂當下的三劍客。使用這三種技術要取決于應用程序、使用范圍、數據吞吐量和電池壽命，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/連接家居產品中最受歡迎的物聯網技術。我們將看到不同的Wi-Fi應用程序在基于傳感器網絡中的使用，以及智能家居應用程序對Wi-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，預計到2021年，WiFi出貨量將達到40億。若單論物聯網市場的應用，預計到2021年，WiFi出貨量將達到5億 (下圖是低功率WiFi的市場出貨量)。

使用低數據率、低功耗WiFi的主要領域是智能家居、可穿戴設備、醫療保健、商業和工業。其中，智能家居市場預計將占據最大份額。

智能家居和物聯網

在智能家居應用中，Wi-Fi之所以能超越其他技術，獨占鰲頭，有以下幾方面的原因：WiFi設置簡單，獲得了本地IP網絡支持，具有網絡管理工具優勢，且人們對它的熟悉程度高。同時，與同類競爭產品相比，WiFi覆蓋范圍更大。

然而，傳統上來說，Wi-Fi比其他技術功耗更大，因此，要確保物聯網的實用性，必須采取措施確保Wi-Fi設計能節省功耗。

但對于物聯網應用來說，WiFi硅的要求是什么呢？任何旨在滿足物聯網應用低功耗需求的硅IP，通常都具備以下特點：

? 物聯網內核設計——低功耗指標

? 低模區和物料清單(BOM)——低成本方案

? 很容易集成至SoC中——靈活的分區和接口

? 魯棒性能——達到或超過標準IEEE的要求

? 現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——功耗將成為關鍵驅動因素

?

智能家居設備（控制設備）可以分為三類（從功耗的角度分類）

設備類型功耗靈敏度

插排供電設備 低功率靈敏度

可再充電設備 中等功率靈敏度

電池供電設備 高功率靈敏度

由于電池驅動的設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秒發送一次消息，以保持連接。

如果為節電而進行配置，則被控制的設備將有大部分時間處于“連接備用”狀態。

· 設備將被定期喚醒(即延遲傳輸指示消息 DTIM ，接收信號)

· 設備只接收信號，再返回休眠狀態。

處于激活狀態的消息可能是另一種類型：

1．定期數據傳輸——恒溫器每60分鐘發送一次溫度記錄。

2．事件觸發數據傳輸——煙霧報警器檢測煙霧或火災，并發出警報。

3．智能門鎖——智能手機(控制器)通過應用程序發送命令來給門上鎖/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，不僅要優化功耗的傳輸和接收，還要優化連接備用功率(包括啟動和睡眠狀態下的功耗)。

一般而言，現有WiFi內核設計可以快速傳輸和接收大量的數據，但并未進行優化，以使功耗保持最低，從而延長電池供電設備的使用壽命。而這卻是物聯網應用所需的。相比之下，Imagination的Whisper無線通信內核已進行了此類優化，可以滿足物聯網的需求。

Whisper內核中有一些設計選項，如下：

· 以功率為中心的射頻設計，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，降低數據路徑的位寬，以此減少動態及漏電損耗。

· 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。

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．發送事件——煙霧報警器每天傳送一次煙霧傳感器的狀態

· 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Whisper架構及其獨特低功耗設計的資訊，請參照 先前發布的文章 。

總結

總而言之，我們認為，物聯網應用將廣泛采用Wi-Fi，而低功耗是主要驅動因素。然而，將現有的WiFi內核進行再利用并不是理想解決方案。Imagination的Ensigma無線通信內核為物聯網提供了一個完整的端到端且低功耗的服務，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針對物聯網的Wi-Fi解決方案則進行了合規驗證，且經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。