您好,歡迎光臨電子應用網(wǎng)![登錄](méi) [免費注冊] 返回首頁(yè) | | 網(wǎng)站地圖 | 反饋 | 收藏
在應用中實(shí)踐
在實(shí)踐中成長(cháng)
  • 應用
  • 專(zhuān)題
  • 產(chǎn)品
  • 新聞
  • 展會(huì )
  • 活動(dòng)
  • 招聘
當前位置:電子應用網(wǎng) > 新聞中心 > 正文

物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品設計中Wi-Fi連接的四個(gè)關(guān)鍵因素

2019年12月05日12:16:58 本網(wǎng)站 我要評論(2)字號:T | T | T
關(guān)鍵字:應用 通信 醫療 可靠性 

摘要:Wi-Fi連接的好與壞,對物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品的使用體驗會(huì )產(chǎn)生天上、地下的差別。優(yōu)質(zhì)的Wi-Fi連接,主要取決于四個(gè)因素:通信距離長(cháng),吞吐量大,數據包錯誤率低,具備適當的共存能力。而這一切都可以通過(guò)802.11ac來(lái)增強,本文為您詳細解讀。

 

在物聯(lián)網(wǎng)(IoT)發(fā)展勢頭的推動(dòng)下,我們過(guò)去從未想過(guò)可以聯(lián)網(wǎng)的設備今天正在實(shí)現互聯(lián),F在煮咖啡也不必您親自走到咖啡機前,您只需用自己的手機給咖啡機發(fā)一條命令即可?Х葯C甚至可以了解您的喜好,每次都按照您的喜好準備咖啡。

 

互聯(lián)設備及用戶(hù)的數量在不停地快速增長(cháng)。這真是件好事!然而,要實(shí)現物聯(lián)網(wǎng)基礎設施的可持續發(fā)展,物聯(lián)網(wǎng)設備必須能在任意環(huán)境中運行自如。無(wú)法連接到本地接入點(diǎn)(AP)的物聯(lián)網(wǎng)設備毫無(wú)用處。在設計物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品時(shí),系統設計人員需要理解各種Wi-Fi參數,例如傳輸功率、接收靈敏度、共存能力以及吞吐量。本文將介紹成功的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品應具備的一些重要特征。

 

2.4GHz頻段擁擠不堪

 

如今,物聯(lián)網(wǎng)設備普遍使用的無(wú)線(xiàn)技術(shù)是工作在2.4GHz頻段下的Wi-Fi及藍牙技術(shù)。但是使用Wi-Fi的不止是物聯(lián)網(wǎng)設備,每個(gè)家庭中的電視、筆記本電腦、平板電腦和移動(dòng)電話(huà)也廣泛使用Wi-Fi技術(shù),F在,2.4GHz頻段就好像一個(gè)會(huì )議室,好幾個(gè)人都想同時(shí)發(fā)言。但是,如果想要讓大家理解發(fā)言?xún)热,每次就只能允許一個(gè)設備發(fā)言。

 

現在想象一下,某個(gè)設備無(wú)法高效通信,卻還喋喋不休。其他設備張不開(kāi)嘴,會(huì )議室內無(wú)法進(jìn)行有意義的通話(huà)。過(guò)去,Wi-Fi標準并不重視性能和頻段利用。隨著(zhù)Wi-Fi設備的密度不斷增大,Wi-Fi聯(lián)盟需要在遵守協(xié)議的基礎上增加了嚴格的性能要求,符合性能要求的產(chǎn)品才能通過(guò)認證。

 

物聯(lián)網(wǎng)設備制造商需要摒棄唯低成本是瞻的做法,確保他們設計的Wi-Fi互聯(lián)設備不會(huì )性能低下,或給附近其他Wi-Fi設備造成不利影響。哪怕只有一個(gè)設備性能低下,也足以拖垮客戶(hù)的整個(gè)Wi-Fi網(wǎng)絡(luò )。

 

為了讓物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )歷久彌新,必須要求系統設計人員使用高可靠性Wi-Fi連接。供應商必須要了解不良設計的后果,因為這會(huì )直接關(guān)系到產(chǎn)品的成敗以及品牌的聲譽(yù)。無(wú)法連接到接入點(diǎn)的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品對客戶(hù)而言毫無(wú)用處。

 

當客戶(hù)遇到任何連接問(wèn)題時(shí),他們很可能退回產(chǎn)品或在線(xiàn)留下產(chǎn)品差評。這些問(wèn)題會(huì )導致產(chǎn)品失敗,并對品牌產(chǎn)生負面影響。即便是在產(chǎn)品設計良好的情況下,對于不熟悉物聯(lián)網(wǎng)的客戶(hù)而言,同樣有必要提供廣泛的技術(shù)支持。

 

下面列舉幾種Wi-Fi連接不良時(shí)的典型特征:

 

Ÿ   通信距離短

Ÿ   吞吐量低

Ÿ   數據包錯誤率高

Ÿ   共存能力差

 

Wi-Fi不良之一:通信距離短

 

過(guò)短的通信距離會(huì )限制物聯(lián)網(wǎng)設備連接接入點(diǎn)的距離。將設備連接到接入點(diǎn),往往是客戶(hù)對您產(chǎn)品的初步印象。如果實(shí)在無(wú)法連接,大多數情況下客戶(hù)都將退回產(chǎn)品,大筆一揮留下差評。而您的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品無(wú)法在一定距離連接到接入點(diǎn)的原因,可能是傳輸功率低、靈敏度差或不支持波束成形傳輸,因為Wi-Fi鏈路需要兩個(gè)設備之間交換數據包才能建立連接。

 

Ÿ  傳輸功率

 

物聯(lián)網(wǎng)設備的傳輸功率會(huì )影響接入點(diǎn)接收其信號的能力。功率超過(guò)一定水平后,Wi-Fi功率放大器的輸出開(kāi)始失真。為了解決這個(gè)問(wèn)題,大多數Wi-Fi設備會(huì )限制傳輸功率。當然,也有別的辦法,賽普拉斯就使用專(zhuān)有方法解決Wi-Fi功率放大器的失真問(wèn)題,增大傳輸功率。

 

傳輸功率的另一大問(wèn)題在于不同國家設定的監管限制。這就需要根據所在國的要求控制較大傳輸功率,遵守監管要求。因此,Wi-Fi子系統必須提供便捷或自動(dòng)化的方法來(lái)控制傳輸功率,這樣物聯(lián)網(wǎng)設備就既能以較大傳輸功率水平進(jìn)行傳輸,同時(shí)又避免違反任何監管(FCC、CE等)的規定。

 

Ÿ  接收靈敏度

 

接收靈敏度指設備接收接入點(diǎn)信號的能力。優(yōu)異的接收靈敏度加上優(yōu)異的傳輸功率是保證通信距離的關(guān)鍵。一些Wi-Fi設備內置算法,能在處理輸入信號時(shí)提供優(yōu)于其他設備的信噪比。因此在為物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品選擇Wi-Fi設備時(shí),應充分考慮接收靈敏度。

 

 

Ÿ   鏈路預算


鏈路預算也會(huì )對通信距離產(chǎn)生重大影響。

 

傳輸功率、接收靈敏度及環(huán)境因素共同決定兩個(gè)Wi-Fi設備間的鏈路預算。假設某設備的傳輸功率比另一臺設備大+3dBm(分貝毫瓦),靈敏度高-3dBm。這樣可以將鏈路預算提升6dBm。鏈路預算每提升6dBm,就可以讓通信距離翻番(見(jiàn)圖)。

 

Ÿ  波束成形傳輸

 

波束成形傳輸用于將傳輸功率定向聚焦,從而幫助提高聚焦方向上的通信距離。例如,如果物聯(lián)網(wǎng)設備支持波束成形傳輸,就能在更遠距離上連接到接入點(diǎn)。但是,并非所有Wi-Fi設備都支持波束成形傳輸。波束成形技術(shù)較早出現在802.11n標準中,不過(guò)較終如何實(shí)行由廠(chǎng)商決定。這就帶來(lái)了互操作性問(wèn)題。在802.11ac標準中,這項特性在WLAN規格里得到妥善定義,并且可以實(shí)現互操作。因此,要在無(wú)需中繼器的情況下提高通信距離,11ac成為必需條件。 

 

Wi-Fi不良之二:吞吐量低

 

吞吐量低會(huì )對性能產(chǎn)生嚴重影響,包括:

 

Ÿ   時(shí)延:吞吐量越低,時(shí)延越長(cháng)。雖然大多數物聯(lián)網(wǎng)設備只需要發(fā)送幾個(gè)字節的數據,但時(shí)延長(cháng)也會(huì )造成用戶(hù)體驗不佳。此外,時(shí)延長(cháng)還會(huì )降低醫療設備、工業(yè)設備這些時(shí)間關(guān)鍵型應用的可靠性。

 

Ÿ   電池使用壽命:在吞吐量/調制指數低的情況下,設備需要用較長(cháng)時(shí)間來(lái)進(jìn)行傳輸,會(huì )有更長(cháng)的活動(dòng)時(shí)間,會(huì )直接縮短電池的使用壽命。

 

Ÿ   頻段利用率差:吞吐量低會(huì )增加通信的通話(huà)時(shí)間。這樣會(huì )直接造成2.4GHz頻段更加擁擠。

 

設備的吞吐量受鏈路預算、調制指數和頻段可用性等多個(gè)因素的影響。Wi-Fi設備通過(guò)調節其鏈路數據速率來(lái)適應鏈路預算。較大的調制指數意味著(zhù)較高的吞吐量。如果支持較高的調制指數,就需要對信號調節做出改進(jìn)。因此,某些設備在較低調制指數下的性能,比在較高調制指數下時(shí)表現得更為優(yōu)異。在各種調制、編碼方案下都能提供優(yōu)異的靈敏度和良好的傳輸功率,才能在各種通信距離下提供優(yōu)異的數據傳輸速率。

 

要想實(shí)現優(yōu)異的吞吐量,必須對設備在所支持的各種調制指數和編碼方案下的吞吐量進(jìn)行考查。與此同時(shí),還需要選擇可支持較高調制指數的設備。802.11ac標準可支持256-QAM(正交調幅)。與802.11n標準支持的64-QAM相比,802.11ac設備能實(shí)現更高的吞吐量。

 

此外,特定區域內試圖通信的設備數量也會(huì )直接影響吞吐量。設備數量越多,每個(gè)設備發(fā)送/接收數據的時(shí)間就越短。這就限制了有效吞吐量。這個(gè)問(wèn)題在2.4GHz頻段變得非常嚴重,因為該頻段存在大量試圖通信的傳統Wi-Fi設備,同時(shí)還有藍牙和Zigbee等其他無(wú)線(xiàn)設備。因此,除了使用較高的調制指數提高吞吐量,802.11ac標準也支持擁擠程度較低的5GHz頻段,同樣有助于提高吞吐量。

 

Wi-Fi不良之三:數據包錯誤率高

 

Wi-Fi通信中,一旦有數據包出錯,就需要重新傳輸。數據包錯誤率(PER)高的設備會(huì )導致網(wǎng)絡(luò )中的所有設備性能低下,因為它需要花費更長(cháng)時(shí)間才能成功地傳輸數據包。這樣可能會(huì )增加沖突數量,導致其他設備也不得不重新傳輸,進(jìn)一步劣化PER。該表顯示的是不同PER下通話(huà)時(shí)間的占用情況。該表體現的是用20個(gè)節點(diǎn)、按每秒傳輸一個(gè)數據包的速率、傳輸1,000字節的數據時(shí),每秒時(shí)間里通話(huà)時(shí)間所占的百分比。

根據該表,錯誤率90%的設備跟錯誤率10%的設備相比,前者占用的通話(huà)時(shí)間是后者900%。此外,PER較高還會(huì )增加時(shí)延。如果數據包出現錯誤,就需要重新傳輸。這對時(shí)間關(guān)鍵型應用來(lái)說(shuō)是個(gè)致命問(wèn)題。因此,在為物聯(lián)網(wǎng)應用選擇Wi-Fi設備前,應掌握Wi-Fi設備的PER。802.11ac標準可起到很大幫助,因為它支持擁擠程度較低的5GHz頻段,有助于減少數據包沖突數量。

 

Wi-Fi不良之四:共存能力差

 

物聯(lián)網(wǎng)設備往往需要同時(shí)使用Wi-Fi無(wú)線(xiàn)技術(shù)與藍牙無(wú)線(xiàn)技術(shù)。難題在于它們工作在相同頻段下,如果不進(jìn)行協(xié)調,兩者很難相容。共存能力差會(huì )嚴重劣化Wi-Fi吞吐量。

 

有多種共存方案可以使用,但它們的性能差異較大。創(chuàng )建共存算法需要耗費數百人年的工作量,它可以實(shí)時(shí)決定是否授予介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)Wi-Fi和藍牙的權限。必須理想地控制Wi-Fi和藍牙無(wú)線(xiàn)電的射頻鏈路,才能盡可能降低干擾,實(shí)現性能較大化。要實(shí)現并存,需要將來(lái)自Wi-Fi和藍牙核心的大量信息提供給性能優(yōu)異的仲裁器。

 

某些Wi-Fi和藍牙組合設備內置共存功能,仲裁器通過(guò)并行總線(xiàn)與Wi-Fi和藍牙核心進(jìn)行通信。802.11n802.11ac標準支持Wi-Fi5GHz頻段下工作,這對于同時(shí)需要使用Wi-Fi和藍牙才能工作的應用來(lái)說(shuō)很有幫助。因此,除了具備良好的共存機制之外,還應使用支持5GHz的設備才能實(shí)現較理想的共存。

 

起碼要用802.11ac (Wi-Fi 5)

 

良好的Wi-Fi連接是物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品取得成功的關(guān)鍵。選擇通信距離長(cháng)、吞吐量大、PER低,且能提供良好共存支持的設備至關(guān)重要。802.11ac標準通過(guò)波束成形傳輸、提高吞吐量(通過(guò)提高調制指數)、降低PER,加強共存能力(通過(guò)支持擁擠程度較輕的5GHz頻段),增加通信距離。組合設備具有業(yè)經(jīng)驗證的共存能力,能顯著(zhù)提高Wi-Fi的吞吐量,即使需要同時(shí)使用藍牙也毫不影響。在為物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品選擇連接解決方案時(shí),所有這些因素都應考慮在內。

網(wǎng)友評論:已有2條評論 點(diǎn)擊查看
登錄 (請登錄發(fā)言,并遵守相關(guān)規定)
如果您對新聞頻道有任何意見(jiàn)或建議,請到交流平臺反饋。【反饋意見(jiàn)】
關(guān)于我們 | 聯(lián)系我們 | 本站動(dòng)態(tài) | 廣告服務(wù) | 歡迎投稿 | 友情鏈接 | 法律聲明
Copyright (c) 2008-2024 01ea.com.All rights reserved.
電子應用網(wǎng) 京ICP備12009123號-2 京公網(wǎng)安備110105003345號