如何优化物联网 Wi-Fi 连接
预计到 2030 年，全球物联网设备总数将达到 300-400 亿台。从历史上看，物联网一直由低功耗无线技术主导，包括 Zigbee，Thread 和蓝牙低功耗 (LE)。这些是轻量级协议，可提供小型、资源受限和电池供电的物联网设备所需的能效水平。
然而，作为该协议中能效最高的版本，Wi-Fi 6 的快速演进正迅速缩小与传统低功耗物联网协议在功耗方面的差距，并成为物联网领域的可行选择。Silicon Labs 的 SiWx917 超低功耗 Wi-Fi 6 无线 MCU 已通过测试，可在物联网设备上实现多年电池寿命，进一步证明了 Wi-Fi 在物联网领域的发展潜力。然而，物联网不仅仅关乎低功耗。这篇博客阐述了物联网优化的 Wi-Fi 的典型特征，以及设备制造商如何针对他们的物联网设备优化 Wi-Fi。
现代 Wi-Fi 物联网设备的要求
对于物联网设备制造商来说，功耗一直是 Wi-Fi 设计中最复杂的挑战。现代物联网设备和智能家电需在智能家居、楼宇自动化、医院、企业和工业环境中运行日益复杂的应用程序它们从多种类型的传感器收集数据，在本地执行高级计算，通过多种协议连接至云端，并与各种生态系统流畅通信。物联网设备需要运行先进的安全算法来保护用户的安全，同时通过机器学习算法 (ML) 来推断大量数据，以检测模式和异常。在长达数年的使用寿命中，物联网设备还需要具备充足的内存容量来支持频繁的软件和安全空中下载 (OTA) 更新。
因此，在设计 Wi-Fi 物联网设备时，制造商需要重新调整针对物联网优化 Wi-Fi 的视角。这不仅关乎最小化功耗，还涉及在物联网设备紧凑的外形和稀缺的资源条件下，实现计算、内存、安全性、AI/ML、生态系统和外围设备等所有高级功能，同时遵守严格的能效法规。
SiWx917 是最优化的物联网 Wi-Fi 连接解决方案
Silicon Labs 的 SiWx917 完全是为物联网从头开始构建的。它是市场上最优化的物联网 Wi-Fi 解决方案，该方案包含一款全面的超低功耗无线 MCU，在 7 x 7 毫米的尺寸内集成了物联网所需的全部关键要素。
云连接睡眠模式下的超低功耗
智能锁、开关、安防摄像头和传感器等 Wi-Fi 物联网设备，在与 Wi-Fi 接入点 (AP) 关联并保持云连接时大部分时间处于连接睡眠模式，即，睡眠状态。设备的主动通信周期通常仅持续数秒，随后便会返回连接睡眠模式。由于物联网设备的“睡眠”占比极高，连接睡眠模式的功耗成为影响设备电池寿命的核心因素。
SiWx917 在同类产品中实现了 Wi-Fi 6 云连接睡眠模式下的最低功耗，仅为 22µA。在 Wi-Fi 6 连接睡眠模式下，它与处于睡眠状态的应用程序 MCU 的组合系统功耗仅为 37µA。
SiWx917 的这种极致能效解决了设备制造商面临的主要设计挑战：电池寿命长，待机电流消耗低。事实上，独立测试提供商 Novus Labs 评估表明，对于使用四节容量为 3000mAh 的 AA 电池的智能锁，SiWx917 可使其电池寿命达到 5 年。
Wi-Fi 物联网频段
对于 Wi-Fi 产品开发人员而言，家中是充满挑战的 RF 环境，因为存在反射表面和混凝土墙等信号衰减障碍物。SiWx917 采用适合物联网的 2.4 GHz 频段，可实现高能效、长距离的室内 Wi-Fi 6 连接，具备有效的穿墙能力和高带宽特性。
双处理器架构
双核处理器架构具有强大的应用 MCU 和网络无线处理器 (NWP)，始终能最大限度地提高双方的性能和效率。NWP 还负责运行 IP 网络协议栈和安全引擎，将这些任务从应用 MCU 中卸载出来。当 NWP 处理所有网络协议流量并收集传感器数据时，应用 MCU 可以进入睡眠状态。
边缘计算
SiWx917 是一款完全集成的边缘计算平台，集成了应用 MCU、大容量存储器、丰富的外设、模拟数字转换器 (ADC)、传感器中枢、直流对直流转换器、高 GPIO 计数、安全引擎、AI/ML 加速器等众多功能，使制造商能够在紧凑的 7 x 7 毫米尺寸内充分发挥效率潜力。
超低功耗外围设备
超低功耗 (ULP) 外围设备是 SiWx917 低功耗能力的关键组成部分。当应用 MCU 和 NWP 处于睡眠状态时，这些外设可实现传感器数据采集，从而大幅减少能耗。
大容量存储器
Wi-Fi 物联网设备和智能设备需要运行更先进的应用程序，并在实际应用中维持数年的使用寿命。在此期间，它们将接收频繁的软件和安全更新。SiWx917 具备同类产品中最大的 SRAM、PSRAM 和闪存存储器配置，为设备制造商提供了更多空间用于存储应用程序、OTA 更新、无线协议栈、Matter 协议以及未来的代码扩展。
Matter 协议支持
Matter 协议实际上是一种应用层技术，它将 Amazon、Apple、Google 和 Samsung 等最受欢迎的智能家居生态系统整合在一个框架下。SiWx917 提供单芯片 Matter 协议支持，并配备预认证的蓝牙低功耗 (Bluetooth LE) 功能，可快速集成到主流生态系统中，显著减少设备制造商的开发和测试工作。
预认证模块
Wi-Fi 物联网市场竞争激烈，但 Wi-Fi 技术涉及复杂且耗时的认证和测试流程，这会影响产品的盈利时间。为了加快 Wi-Fi 天线设计和 RF 认证过程，SiWx917Y 模块在 16 x 21 毫米的 PCB 封装中集成了天线（或 RF 引脚）、40MHz 晶振和全球 RF 认证，从根本上降低了开发成本和物料采购成本，并大幅缩短了开发时间。
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