如何優化物聯網 Wi-Fi 連接
預計到 2030 年，全球物聯網設備總數將達到 300-400 億臺。從歷史上看，物聯網一直由低功耗無線技術主導，包括 Zigbee，Thread 和藍牙低功耗 (LE)。這些是輕量級協議，可提供小型、資源受限和電池供電的物聯網設備所需的能效水平。
然而，作為該協議中能效最高的版本，Wi-Fi 6 的快速演進正迅速縮小與傳統低功耗物聯網協議在功耗方面的差距，并成為物聯網領域的可行選擇。Silicon Labs 的 SiWx917 超低功耗 Wi-Fi 6 無線 MCU 已通過測試，可在物聯網設備上實現多年電池壽命，進一步證明了 Wi-Fi 在物聯網領域的發展潛力。然而，物聯網不僅僅關乎低功耗。這篇博客闡述了物聯網優化的 Wi-Fi 的典型特征，以及設備制造商如何針對他們的物聯網設備優化 Wi-Fi。
現代 Wi-Fi 物聯網設備的要求
對于物聯網設備制造商來說，功耗一直是 Wi-Fi 設計中最復雜的挑戰。現代物聯網設備和智能家電需在智能家居、樓宇自動化、醫院、企業和工業環境中運行日益復雜的應用程序它們從多種類型的傳感器收集數據，在本地執行高級計算，通過多種協議連接至云端，并與各種生態系統流暢通信。物聯網設備需要運行先進的安全算法來保護用戶的安全，同時通過機器學習算法 (ML) 來推斷大量數據，以檢測模式和異常。在長達數年的使用壽命中，物聯網設備還需要具備充足的內存容量來支持頻繁的軟件和安全空中下載 (OTA) 更新。
因此，在設計 Wi-Fi 物聯網設備時，制造商需要重新調整針對物聯網優化 Wi-Fi 的視角。這不僅關乎最小化功耗，還涉及在物聯網設備緊湊的外形和稀缺的資源條件下，實現計算、內存、安全性、AI/ML、生態系統和外圍設備等所有高級功能，同時遵守嚴格的能效法規。
SiWx917 是最優化的物聯網 Wi-Fi 連接解決方案
Silicon Labs 的 SiWx917 完全是為物聯網從頭開始構建的。它是市場上最優化的物聯網 Wi-Fi 解決方案，該方案包含一款全面的超低功耗無線 MCU，在 7 x 7 毫米的尺寸內集成了物聯網所需的全部關鍵要素。
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云連接睡眠模式下的超低功耗
智能鎖、開關、安防攝像頭和傳感器等 Wi-Fi 物聯網設備，在與 Wi-Fi 接入點 (AP) 關聯并保持云連接時大部分時間處于連接睡眠模式，即，睡眠狀態。設備的主動通信周期通常僅持續數秒，隨后便會返回連接睡眠模式。由于物聯網設備的“睡眠”占比極高，連接睡眠模式的功耗成為影響設備電池壽命的核心因素。
SiWx917 在同類產品中實現了 Wi-Fi 6 云連接睡眠模式下的最低功耗，僅為 22μA。在 Wi-Fi 6 連接睡眠模式下，它與處于睡眠狀態的應用程序 MCU 的組合系統功耗僅為 37μA。
SiWx917 的這種極致能效解決了設備制造商面臨的主要設計挑戰：電池壽命長，待機電流消耗低。事實上，獨立測試提供商 Novus Labs 評估表明，對于使用四節容量為 3000mAh 的 AA 電池的智能鎖，SiWx917 可使其電池壽命達到 5 年。
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Wi-Fi 物聯網頻段
對于 Wi-Fi 產品開發人員而言，家中是充滿挑戰的 RF 環境，因為存在反射表面和混凝土墻等信號衰減障礙物。SiWx917 采用適合物聯網的 2.4 GHz 頻段，可實現高能效、長距離的室內 Wi-Fi 6 連接，具備有效的穿墻能力和高帶寬特性。
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雙處理器架構
雙核處理器架構具有強大的應用 MCU 和網絡無線處理器 (NWP)，始終能最大限度地提高雙方的性能和效率。NWP 還負責運行 IP 網絡協議棧和安全引擎，將這些任務從應用 MCU 中卸載出來。當 NWP 處理所有網絡協議流量并收集傳感器數據時，應用 MCU 可以進入睡眠狀態。
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邊緣計算
SiWx917 是一款完全集成的邊緣計算平臺，集成了應用 MCU、大容量存儲器、豐富的外設、模擬數字轉換器 (ADC)、傳感器中樞、直流對直流轉換器、高 GPIO 計數、安全引擎、AI/ML 加速器等眾多功能，使制造商能夠在緊湊的 7 x 7 毫米尺寸內充分發揮效率潛力。
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超低功耗外圍設備
超低功耗 (ULP) 外圍設備是 SiWx917 低功耗能力的關鍵組成部分。當應用 MCU 和 NWP 處于睡眠狀態時，這些外設可實現傳感器數據采集，從而大幅減少能耗。
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大容量存儲器
Wi-Fi 物聯網設備和智能設備需要運行更先進的應用程序，并在實際應用中維持數年的使用壽命。在此期間，它們將接收頻繁的軟件和安全更新。SiWx917 具備同類產品中最大的 SRAM、PSRAM 和閃存存儲器配置，為設備制造商提供了更多空間用于存儲應用程序、OTA 更新、無線協議棧、Matter 協議以及未來的代碼擴展。
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Matter 協議支持
Matter 協議實際上是一種應用層技術，它將 Amazon、Apple、Google 和 Samsung 等最受歡迎的智能家居生態系統整合在一個框架下。SiWx917 提供單芯片 Matter 協議支持，并配備預認證的藍牙低功耗 (Bluetooth LE) 功能，可快速集成到主流生態系統中，顯著減少設備制造商的開發和測試工作。
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預認證模塊
Wi-Fi 物聯網市場競爭激烈，但 Wi-Fi 技術涉及復雜且耗時的認證和測試流程，這會影響產品的盈利時間。為了加快 Wi-Fi 天線設計和 RF 認證過程，SiWx917Y 模塊在 16 x 21 毫米的 PCB 封裝中集成了天線（或 RF 引腳）、40MHz 晶振和全球 RF 認證，從根本上降低了開發成本和物料采購成本，并大幅縮短了開發時間。
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