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物联网产品设计中Wi-Fi衔接的四个关键因素

Wi-Fi连接的好与坏,对物联网产品的使用体验会产生天上、地下的差别。优质的Wi-Fi连接,主要取决于四个因素:通信距离长,吞吐量大,数据包错误率低,具备适当的共存能力。而这一切都可以通过802.11

Wi-Fi衔接的好与坏,对物联网产品的运用体会会发生天上、地下的不同。优质的Wi-Fi衔接,首要取决于四个要素:通讯间隔长,吞吐量大,数据包过错率低,具有恰当的共存才干。而这全部都能够经过802.11ac来增强,本文为您具体解读。

物联网(IoT)发展势头的推进下,咱们曩昔从未想过能够联网的设备今日正在完成互联。现在煮咖啡也不用您亲身走到咖啡机前,您只需用自己的手机给咖啡机发一条指令即可。咖啡机乃至能够了解您的喜爱,每次都依照您的喜爱预备咖啡。

互联设备及用户的数量在不停地快速增长。这真是件功德!可是,要完成物联网基础设施的可持续发展,物联网设备有必要能在恣意环境中运转自若。无法衔接到本地接入点(AP)的物联网设备毫无用处。在规划物联网产品时,体系规划人员需求了解各种Wi-Fi参数,例如传输功率、接纳灵敏度、共存才干以及吞吐量。本文将介绍成功的物联网产品应具有的一些重要特征。

2.4GHz频段拥堵不堪

现在,物联网设备遍及运用的无线技能是作业在2.4GHz频段下的Wi-Fi及蓝牙技能。可是运用Wi-Fi的不止是物联网设备,每个家庭中的电视、笔记本电脑、平板电脑和移动电话也广泛运用Wi-Fi技能。现在,2.4GHz频段就好像一个会议室,好几个人都想一起讲话。可是,假如想要让我们了解讲话内容,每次就只能答应一个设备“讲话”。

现在幻想一下,某个设备无法高效通讯,却还滔滔不绝。其他设备张不开嘴,会议室内无法进行有意义的通话。曩昔,Wi-Fi规范并不注重功用和频段运用。跟着Wi-Fi设备的密度不断增大,Wi-Fi联盟需求在恪守协议的基础上添加了严厉的功用要求,契合功用要求的产品才干经过认证。

物联网设备制造商需求摒弃“唯低成本是瞻”的做法,确保他们规划的Wi-Fi互联设备不会功用低下,或给邻近其他Wi-Fi设备形成晦气影响。哪怕只要一个设备功用低下,也足以拖垮客户的整个Wi-Fi网络。

为了让物联网网络历久弥新,有必要要求体系规划人员运用高可靠性Wi-Fi衔接。供货商有必要要了解不良规划的结果,由于这会直接关系到产品的胜败以及品牌的名誉。无法衔接到接入点的物联网产品对客户而言毫无用处。

当客户遇到任何衔接问题时,他们很可能退回产品或在线留下产品差评。这些问题会导致产品失利,并对品牌发生负面影响。即便是在产品规划杰出的状况下,关于不熟悉物联网的客户而言,相同有必要供给广泛的技能支撑。

下面罗列几种Wi-Fi衔接不良时的典型特征:

Ÿ       通讯间隔短

Ÿ       吞吐量低

Ÿ       数据包过错率高

Ÿ       共存才干差

Wi-Fi不良之一:通讯间隔短

过短的通讯间隔会约束物联网设备衔接接入点的间隔。将设备衔接到接入点,往往是客户对您产品的开端形象。假如真实无法衔接,大多数状况下客户都将退回产品,大笔一挥留下差评。而您的物联网产品无法在必定间隔衔接到接入点的原因,可能是传输功率低、灵敏度差或不支撑波束成形传输,由于Wi-Fi链路需求两个设备之间交流数据包才干树立衔接。

Ÿ   传输功率

物联网设备的传输功率会影响接入点接纳其信号的才干。功率超越必定水平后,Wi-Fi功率放大器的输出开端失真。为了处理这个问题,大多数Wi-Fi设备会约束传输功率。当然,也有其他办法,赛普拉斯就运用专有办法处理Wi-Fi功率放大器的失真问题,增大传输功率。

传输功率的另一大问题在于不同国家设定的监管约束。这就需求依据所在国的要求操控最大传输功率,恪守监管要求。因而,Wi-Fi子体系有必要供给快捷或自动化的办法来操控传输功率,这样物联网设备就既能以最大传输功率水平进行传输,一起又防止违背任何监管(FCC、CE等)的规则。

Ÿ       接纳灵敏度

接纳灵敏度指设备接纳接入点信号的才干。优异的接纳灵敏度加上优异的传输功率是确保通讯间隔的要害。一些Wi-Fi设备内置算法,能在处理输入信号时供给优于其他设备的信噪比。因而在为物联网产品挑选Wi-Fi设备时,应充分考虑接纳灵敏度。

Ÿ   链路预算

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链路预算也会对通讯间隔发生严峻影响。

传输功率、接纳灵敏度及环境要素一起决议两个Wi-Fi设备间的链路预算。假定某设备的传输功率比另一台设备大+3dBm(分贝毫瓦),灵敏度高-3dBm。这样能够将链路预算进步6dBm。链路预算每进步6dBm,就能够让通讯间隔翻番(见图)。

Ÿ       波束成形传输

波束成形传输用于将传输功率定向聚集,然后协助进步聚集方向上的通讯间隔。例如,假如物联网设备支撑波束成形传输,就能在更远间隔上衔接到接入点。可是,并非一切Wi-Fi设备都支撑波束成形传输。波束成形技能最早呈现在802.11n规范中,不过终究怎么实施由厂商决议。这就带来了互操作性问题。在802.11ac规范中,这项特性在WLAN规格里得到妥善界说,而且能够完成互操作。因而,要在无需中继器的状况下进步通讯间隔,11ac成为必需条件。 

Wi-Fi不良之二:吞吐量低

吞吐量低会对功用发生严峻影响,包含:

Ÿ       时延:吞吐量越低,时延越长。尽管大多数物联网设备只需求发送几个字节的数据,但时延伸也会形成用户体会欠安。此外,时延伸还会下降医疗设备、工业设备这些时刻要害型运用的可靠性。

Ÿ       电池运用寿命:在吞吐量/调制指数低的状况下,设备需求用较长时刻来进行传输,会有更长的活动时刻,会直接缩短电池的运用寿命。

Ÿ       频段运用率差:吞吐量低会添加通讯的通话时刻。这样会直接形成2.4GHz频段愈加拥堵。

设备的吞吐量受链路预算、调制指数和频段可用性等多个要素的影响。Wi-Fi设备经过调理其链路数据速率来习惯链路预算。较大的调制指数意味着较高的吞吐量。假如支撑较高的调制指数,就需求对信号调理做出改善。因而,某些设备在较低调制指数下的功用,比在较高调制指数下时表现得更为优异。在各种调制、编码计划下都能供给优异的灵敏度和杰出的传输功率,才干在各种通讯间隔下供给优异的数据传输速率。

要想完成优异的吞吐量,有必要对设备在所支撑的各种调制指数和编码计划下的吞吐量进行考察。与此一起,还需求挑选可支撑较高调制指数的设备。802.11ac规范可支撑256-QAM(正交调幅)。与802.11n规范支撑的64-QAM比较,802.11ac设备能完成更高的吞吐量。

此外,特定区域内企图通讯的设备数量也会直接影响吞吐量。设备数量越多,每个设备发送/接纳数据的时刻就越短。这就约束了有用吞吐量。这个问题在2.4GHz频段变得十分严峻,由于该频段存在很多企图通讯的传统Wi-Fi设备,一起还有蓝牙和Zigbee等其他无线设备。因而,除了运用较高的调制指数进步吞吐量,802.11ac规范也支撑拥堵程度较低的5GHz频段,相同有助于进步吞吐量。

Wi-Fi不良之三:数据包过错率高

在Wi-Fi通讯中,一旦有数据包犯错,就需求从头传输。数据包过错率(PER)高的设备会导致网络中的一切设备功用低下,由于它需求花费更长时刻才干成功地传输数据包。这样可能会添加抵触数量,导致其他设备也不得不从头传输,进一步劣化PER。该表显现的是不同PER下通话时刻的占用状况。该表表现的是用20个节点、按每秒传输一个数据包的速率、传输1,000字节的数据时,每秒时刻里通话时刻所占的百分比。

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依据该表,过错率90%的设备跟过错率10%的设备比较,前者占用的通话时刻是后者900%。此外,PER较高还会添加时延。假如数据包呈现过错,就需求从头传输。这对时刻要害型运用来说是个丧命问题。因而,在为物联网运用挑选Wi-Fi设备前,应把握Wi-Fi设备的PER。802.11ac规范可起到很大协助,由于它支撑拥堵程度较低的5GHz频段,有助于削减数据包抵触数量。

Wi-Fi不良之四:共存才干差

物联网设备往往需求一起运用Wi-Fi无线技能与蓝牙无线技能。难题在于它们作业在相同频段下,假如不进行和谐,两者很难相容。共存才干差会严峻劣化Wi-Fi吞吐量。

有多种共存计划能够运用,但它们的功用差异较大。创立共存算法需求消耗数百人年的作业量,它能够实时决议是否颁发介质拜访Wi-Fi和蓝牙的权限。有必要理想地操控Wi-Fi和蓝牙无线电的射频链路,才干尽可能下降搅扰,完成功用最大化。要完成并存,需求将来自Wi-Fi和蓝牙中心的很多信息供给给功用优异的裁定器。

某些Wi-Fi和蓝牙组合设备内置共存功用,裁定器经过并行总线与Wi-Fi和蓝牙中心进行通讯。802.11n和802.11ac规范支撑Wi-Fi在5GHz频段下作业,这关于一起需求运用Wi-Fi和蓝牙才干作业的运用来说很有协助。因而,除了具有杰出的共存机制之外,还应运用支撑5GHz的设备才干完成最理想的共存。

最少要用802.11ac (Wi-Fi 5)

杰出的Wi-Fi衔接是物联网产品取得成功的要害。挑选通讯间隔长、吞吐量大、PER低,且能供给杰出共存支撑的设备至关重要。802.11ac规范经过波束成形传输、进步吞吐量(经过进步调制指数)、下降PER,加强共存才干(经过支撑拥堵程度较轻的5GHz频段),添加通讯间隔。组合设备具有业经验证的共存才干,能明显进步Wi-Fi的吞吐量,即便需求一起运用蓝牙也毫不影响。在为物联网产品挑选衔接处理计划时,一切这些要素都应考虑在内。

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