智能可穿戴市场迎来新技术!低功耗Wi-Fi标准专为物联网打造

智能可穿戴市场迎来新技术!低功耗Wi-Fi标准专为物联网打造,第1张

在互联网时代,Wi-Fi如同我们生活中的氧气一般无处不在。它是当今使用最广泛的无线网络传输协议,承载了全球一半以上的流量。Wi-Fi是一个包罗万象的术语,用于描述不断发展的80211协议家族。


而Wi-Fi联盟是推动Wi-Fi发展的组织,他们通过数字命名法简化了Wi-Fi名称,例如Wi-Fi 6对应80211ax、Wi-Fi 5则是80211ac、Wi-Fi 4为80211n。



5G的到来,开启了万物互联的时代,像自动驾驶、智慧城市、远程医疗、智能可穿戴等,都是物联网的应用场景。 为了能够更好地满足这类市场的需求,Wi-Fi联盟推出了覆盖距离更广、功耗更低的Wi-Fi HaLow认证方案。


Wi-Fi HaLow是基于IEEE 80211ah技术的认证标准,同时也是针对IoT市场量身打造的低功耗Wi-Fi技术。



众所周知,适用于物联网的低功耗传输标准,还包括ZigBee、Z-Wave、蓝牙以及Thread。ZigBee和Z-Wave的缺点在于频宽较低,并且两者在设定时的d性较弱。以ZigBee为例,它无法进行跳频,在网络布建时容易受到干扰。因此,ZigBee不太适合射频环境不稳定的物联网或M2M应用(基于特定行业的终端)。 而Wi-Fi HaLow单个节点最多连接设备超过8000个,同时还具备一定的抗干扰能力和墙壁穿透性。


至于蓝牙,它的缺点在于通讯距离,一般不会超过10米。 而Wi-Fi HaLow的最大传输距离达到了1000米。




作为远距离无线传输技术的一种,Wi-Fi HaLow低功耗、长距离的特性,除了适用于工业物联网、无人机、安防监控等领域外,还可以用于智能可穿戴设备


目前,主流的智能可穿戴设备大致可分为三大类:TWS、智能手表和智能眼镜。 首先是TWS, 消费者在选购TWS耳机前,通常会比较在意耳机的音质、降噪以及续航能力。


为了更好的便携性,TWS耳机的体积基本上做得都比较小,大概只有一根大拇指那么大。在有限的体积下,TWS耳机内部需要塞入很多元器件,包括音频单元、降噪芯片、电池等。



现在,市面上绝大多数TWS耳机,单次使用时间基本都能达到5~8个小时。想要进一步提升TWS耳机的续航能力,厂商的做法有两种:一种是增大电池容量;另一种则是引入快充技术。


虽然增大电池容量并不难,但是这种简单粗暴的方法存在很多问题,比如随着电池容量的增加,电池的体积也会增大,这样一来,耳机腔体部分也会变大、变重,不仅牺牲了部分便携属性,还会影响耳机的佩戴舒适度。而且,在TWS上加入更多的功能,也会加快电池消耗的速度。


至于引入快充技术,并不能从根本上解决TWS耳机的续航问题,因为用户需要将耳机放入充电盒,等待5分钟后,才可以继续使用1小时。 而Wi-Fi HaLow低功耗的特性有助于改善TWS耳机的续航能力,尽管不难带来质的提升,但是最起码要比以前更好一些。



其次是智能手表。 以Apple Watch为例,它可以通过e-SIM功能脱离手机独立运作,而且拥有专门的应用商店,用户可以根据自身需求下载对应的App,这些 *** 作均离不开移动蜂窝数据和Wi-Fi。


传统Wi-Fi最大的瓶颈在于功耗问题。Wi-Fi HaLow在功耗表现方面,由于采用了700~900更低的频率,以及更窄的频道占用宽度,使得功耗与蓝牙、ZigBee等短距离无线传输技术处于同一水平线上。


也就是说,无论是下载安装应用还是长时间使用需要联网的App,支持Wi-Fi HaLow标准的智能手表功耗表现会更低,与之对应的就是续航能力的提升。



最后是智能眼镜。 现在,市面上比较常见的智能眼镜有家用或户外使用两种类型,前者主要用来影音 娱乐 ,比如看、玩 游戏 等;后者则更倾向于接打电话和听歌。


而Wi-Fi HaLow除了低功耗的特性外,还支持远距离传输、多设备连接、更好的穿墙能力以及更强的抗干扰性。 对于家用型智能眼镜,如果路由器位于客厅,在房间内使用时,WiFi连接性会变差。再加上如果家里不止你一人,路由器又不支持Wi-Fi 6的情况下,使用智能眼镜可能会因为网络拥堵问题影响用户体验。如果家用型智能眼镜支持Wi-Fi HaLow标准,上述问题或许都能得到解决。


对于像华为Eyewear这类户外使用的智能眼镜而言,其最大的问题在于网络连接的稳定性。 举个例子,在地铁、公交等信号复杂的应用场景下,使用户外型智能眼镜听歌时,可能会受到外界信号的干扰,导致设备经常断连。相比传统Wi-Fi和蓝牙,Wi-Fi HaLow拥有更强的信号抗干扰能力,可以大幅降低外接信号对智能眼镜的干扰性。




其实,相比智能可穿戴设备,Wi-Fi HaLow更多的作用在于布局AIoT市场。比如智能安防,由于Wi-Fi HaLow最大传输距离为1000米,并支持最多1万台设备同时接入同一连接点,大型商场只需要在一个位置搭建Wi-Fi HaLow的接入点,即可覆盖一公里以内所有支持该标准的监控摄像头。对于商家来说,布局安防监控成本会更低。


而且Wi-Fi HaLow有助于提升智能家居的使用体验,现阶段的智能家居,体验上都不是太好,不是经常断连,就是受到家里其他设备的信号干扰,导致实际使用起来延迟偏高。如果智能家居全部支持Wi-Fi HaLow标准,那么这些问题可能都会得到解决。



事实上,Wi-Fi HaLow并不是什么新技术,早在2016年,Wi-Fi联盟就已经公布了这项标准,只是没有厂商愿意去跟进, 直到2020年,国内珠海泰芯半导体才推出了全球首款基于Wi-Fi Halow标准的量产芯片,但应用场景与普通消费者没有太多联系。


说实话,Wi-Fi HaLow在定位上,与Wi-Fi 6多少有些重叠,毕竟室内应用场景,两者区别并不大。相较之下,Wi-Fi HaLow更适合户外场景。很显然,Wi-Fi联盟在这个时间节点再次宣布该标准,是一个很正确的决定。


不过,考虑到之前该标准从公布到芯片量产再到商用的进度,厂商们可能没有那么跟进并推出相关产品。虽然加入Wi-Fi联盟的厂商不在少数,包括上游芯片厂商英特尔、高通等,下游终端品牌厂商包括微软、苹果、华为等,但是Wi-Fi HaLow标准是否会应用于智能可穿戴领域,最终还要看厂商们愿不愿意,毕竟已经有了“前车之鉴”。

WiFi模块常用通讯接口包含:USB、SDIO、SPI(slave)、UART、RGMII、RMII。

USB接口:通用串行总线(英语:Universal Serial Bus,缩写:USB)是连接计算机系统与外部设备的一种串口总线标准,也是一种输入输出接口的技术规范,被广泛地应用于个人电脑和移动设备等信息通讯产品,并扩展至摄影器材、数字电视(机顶盒)、游戏机等其它相关领域。

USB接口是WiFi模块芯片内部的固件程序与主机上的 *** 作系统进行数据通信的桥梁。USB接口的作用就是数据传输。WiFi模块接收数据时会引发USB接口的读数据 *** 作!目前WiFi模块的通信接口方面,基本是采用USB接口形式,尤其是应用于无线网卡的WiFi模块;

WAN/LAN:WAN口是用来连接外网(公网),或者说是连接宽带运营商的设备的;LAN口(1、2、3、4),是用来连接内网(局域网)中的设备的,主要是用来连接电脑、交换机、打印机等设备的;

UART:通用异步串行口,它包括RS232、RS499、RS423、RS422和RS485等接口规范和标准规范,即UART是串行异步通信口的总称。多用于数据透传;

I²S:Inter-IC Sound Bus是飞利浦公司为数字音频设备之间的音频、数据传输而制定的一种总线标准。音频应用;

I²C:Inter-Integrated Circuit总线是一种由PHILIPS公司开发的两线式串行总线,用于连接微控制器及其外围设备传感器应用;

SPI:Serial Peripheral Interface是MOTOROLA公司提出的同步串行总线方式。高速同步串行口。Flaash,传感器;

SDIO:是SD型的扩展接口,除了可以接SD卡外,还可以接支持SDIO接口的设备,插口的用途不止是插存储卡。SDIO和SD卡规范间的一个重要区别是增加了低速标准,低速卡的目标应用是以最小的硬件开始来支持低速I/O能力。低速卡支持类似调制解调器,条形码扫描仪和GPS接收器等应用。高速卡支持网卡,电视卡还有“组合”卡等,组合卡指的是存储器+SDIO。

PWM(Pluse Width Modulaion)是通过数字输出引脚向外部设备输出比例控制信号的常用方法;灯控应用。

SKYLAB WiFi模块大致的分为三大类,USB WiFi模块、AP/Router WiFi模块、UART WiFi模块,若平台需要通过这些接口USB,PCIE,SDIO进行通讯,则选择做从设备的USB WiFi模块;若是想将4G信号转换为WiFi信号,则选择AP/Router WiFi模块;若是想做时下热门的物联网应用,则可以优先考虑UART WiFi模块;

WiFi模块的工作原理,先讲解一下我们生活中常遇到的几种无线wifi网络结构。
无线wifi网络拓扑结构有2种,分别是基础网(Infra)和自组网(Adhoc)。这里要了解两个概念,AP,好比我们家中的路由器,无线wifi网络的创建者,网络的中心节点。STA,又叫做站点,是无线wifi网络的终端,不如我们家里用的笔记本,ipad等等都可以叫做站点。
基础网(Infra):由很多AP组成的无线网络,整个网络的中心就是由AP,网络中所有的通讯都是由ap进行数据的转换。
自组网(Adhoc): 网络中不存在AP,由两个或者两个以上的STA组成的无线网络。无线网络中所有的STA直接进行数据交换,这种无线网络结构不严谨。

把WiFi用于M2M连接的主要优点是使用现有网络、速率高(WiFi的速率大大超过处理遥测所需的数据量)、前后兼容性好。


WiFi现在是一种用得较多的无线技术。除了在笔记本电脑中,目前在许多网络设备(Cisco的所有路由器和交换机)中也增加了处理80211协议的能力,就像处理以太网和IP一样方便。由于WiFi在企业中已经非常普遍,故自然会考虑选用它来提供M2M连接。目前,诸如Airespace、TrapezeNetworks等无线交换机厂商,已经推出能够实时跟踪器具的软件。Intel出资的新兴公司Bluesoft甚至已经在销售基于80211b的RFID标记,一片小小的用电池供电的网络接口卡。
使用WiFi的缺点包括功耗大、成本高、协议开销大、需要接入点。目前在一个器具上增加WiFi至少需要15美元。Bluesoft标记的价格是65美元。虽然成本还会下降,但近期仍只能用于跟踪价值较高的资产。一个仓库可能只会把Bluesoft标记用于它的铲车,而不会用于铲车搬动的箱子。WiFi是一个无中继转发能力的单跳网,器具只能连接到接入点(AP)。AP之间的连接、AP与其它网络的连接往往通过常规的有线以太网。如果已经用于其它以太网业务的同一布线再用作WiFi回传,就需要进行认证或把WiFi无线数据包隔离开。要不,你就不得不安装新的缆线和交换机。

物联网无线通信技术不止四种啊,有很多,主要分为两类:一类是Zigbee、WiFi、蓝牙、Z-wave等短距离通信技术;另一类是LPWAN(low-power Wide-Area Network,低功耗广域网),即广域网通信技术。
LPWA又可分为两类:一类是工作于未授权频谱的LoRa、SigFox等技术;另一类是工作于授权频谱下,3GPP支持的2/3/4G蜂窝通信技术,比如EC-GSM、LTE Cat-m、NB-IoT等。
1、WIFI,WIFI是目前应用最广泛的无线通信技术,传输距离在100-300M,速率可达300Mbps,功耗10-50mA。
2、Zigbee,传输距离50-300M,速率250kbps,功耗5mA,最大特点是可自组网,网络节点数最大可达65000个。
3、电力载波,传输距离可达500M,速率可达500Mbps,最大优点是可基于电力线传输,无需布线。
4、蓝牙,传输距离2-30M,速率1Mbps,功耗介于zigbee和WIFI之间。UWB(Ultra Wideband),是一种无载波通信技术,利用纳秒至微微秒级的非正弦波窄脉冲传输数据。通过在较宽的频谱上传送极低功率的信号,UWB能在10米左右的范围内实现数百Mbit/s至数Gbit/s的数据传输速率。
5、Z-wave:Z-Wave是由丹麦公司Zensys所一手主导的无线组网规格,Z-wave联盟(Z-wave Alliance)虽然没有ZigBee联盟强大,但是Z-wave联盟的成员均是已经在智能家居领域有现行产品的厂商,该联盟已经具有160多家国际知名公司,范围基本覆盖全球各个国家和地区。
6、RF:无线射频的20世纪90年代兴起的一种非接触式的自动识别技术。射频技术相对于传统的磁卡及IC卡技术具有非接触式、阅读速度快、无磨损等特点。无线射频技术在阅读器和设哦卡之间进行非接触双向数据传输,以达到目标识别和数据交换的目的。与传统的条形码、磁卡及IC卡相比,射频卡具有防冲突功能,能同时处理多张卡片,基于以上特点,平常用的大多数刷卡门禁用的都是射频技术,另外无线射频也被一些厂家应用在智能家居中。
7,NB-IoT是IoT领域一个新兴的技术,支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接,也被叫作低功耗广域网(LPWA)。NB-IoT支持待机时间长、对网络连接要求较高设备的高效连接。据说NB-IoT设备电池寿命可以提高至至少10年,同时还能提供非常全面的室内蜂窝数据连接覆盖。


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