無(wú)線通信技術(shù)的低功耗處理技術(shù)分析

王家利 吉力 張玉斌 南京郵電大學(xué)通信與信息工程學(xué)院

無(wú)線通信技術(shù)的低功耗處理技術(shù)分析

王家利 吉力 張玉斌 南京郵電大學(xué)通信與信息工程學(xué)院

隨著經(jīng)濟(jì)和科學(xué)的持續(xù)進(jìn)步，數(shù)字信息技術(shù)也在其中獲得了較大發(fā)展。目前，無(wú)線通信技術(shù)已經(jīng)逐漸應(yīng)用到了各領(lǐng)域當(dāng)中，這種技術(shù)的廣泛應(yīng)用，最大程度上讓信息交流或者溝通實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)單化、便捷化和實(shí)時(shí)化等，并且還促進(jìn)了網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的快速發(fā)展與創(chuàng)新。本文主要對(duì)無(wú)線通信技術(shù)的低功耗技術(shù)展開(kāi)全面分析，以期能夠有效降低無(wú)線通信系統(tǒng)的功耗，加強(qiáng)用戶的體驗(yàn)與認(rèn)同。

無(wú)線通信 低功耗技術(shù) 智能硬件 分析

現(xiàn)階段，我國(guó)比較流行的無(wú)線通信技術(shù)中，包含了無(wú)線Wifi、藍(lán)牙和相關(guān)頻段等，這些技術(shù)在一定范圍內(nèi)都有著自身的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)，但是也都存在一個(gè)較為關(guān)鍵的共同熱點(diǎn)，就是短距離內(nèi)所含有的通信器件在進(jìn)行工作的過(guò)程中，和傳統(tǒng)的智能硬件所產(chǎn)生的功耗相比較大，這也就反映出了無(wú)線通信技術(shù)在投入運(yùn)行的過(guò)程中，需要較大的功率，因此針對(duì)其處理技術(shù)展開(kāi)分析，就有著很大意義。

1 功耗簡(jiǎn)述

智能硬件的主要結(jié)構(gòu)中包含了傳感器、主控、控制輸出、短距離無(wú)線通信等相關(guān)電路，通常來(lái)說(shuō)是通過(guò)控制電路去收集存在于傳感器內(nèi)部的相關(guān)數(shù)據(jù)信息，隨后在利用控制輸出的電路對(duì)燈光與微型電機(jī)等相關(guān)設(shè)備進(jìn)行控制，或者利用無(wú)線方法對(duì)收集得到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行上傳。基于此，我們能夠把電路按照具體的使用時(shí)間劃分成長(zhǎng)期、定時(shí)和按照需求這三種使用時(shí)間。在智能電路的模板構(gòu)造中，主要控制電路就屬于長(zhǎng)期使用，數(shù)據(jù)信息收集電路就屬于定時(shí)使用，而短距離無(wú)線通信和輸出控制這兩種電路就屬于按照需求使用等主要電路。通過(guò)對(duì)智能硬件中普遍使用的微型控制器件和無(wú)線通信所使用芯片出現(xiàn)的功耗數(shù)據(jù)研究分析以后發(fā)現(xiàn)，在系統(tǒng)利用了藍(lán)牙通信技術(shù)所產(chǎn)生的功耗為10mA左右，而在系統(tǒng)利用了Zigbee通信技術(shù)所產(chǎn)生的功耗為20mA左右。其中功耗最大的要數(shù)Wifi通信技術(shù)，這種技術(shù)的功耗能夠達(dá)到上百毫安。所以，在類似智能手環(huán)這種類型的設(shè)備中，其所擁有的電池容量通常較小，在利用低功耗處理技術(shù)以后，能夠讓zigbee系統(tǒng)運(yùn)行50h左右，這就不能滿足設(shè)備對(duì)續(xù)航時(shí)間的根本要求。

2 無(wú)線通信技術(shù)的低功耗處理技術(shù)簡(jiǎn)析

現(xiàn)在擁有的技術(shù)中，在處理無(wú)線通信電路功耗的主要方法可以分成兩類。其一，就在把MAC層作為基礎(chǔ)，利用協(xié)議優(yōu)化手段來(lái)對(duì)功耗進(jìn)行改善，例如利用相關(guān)載波監(jiān)聽(tīng)來(lái)杜絕過(guò)度競(jìng)爭(zhēng)和通信之間出現(xiàn)的碰撞，或降低通信包重復(fù)性，但是這種方法在使用過(guò)程中會(huì)受到協(xié)議架構(gòu)的限制，利用協(xié)議優(yōu)化手段來(lái)減小功耗所獲得效果比較小。其二，就是通過(guò)嵌入式系統(tǒng)功率控制手段，這種手段是現(xiàn)階段比較常用的方法之一，其就是讓通信電路在一定條件下進(jìn)入到休眠狀態(tài)，同時(shí)加上喚醒策略等。周期性休眠與喚醒就是在規(guī)定時(shí)間內(nèi)處于深度睡眠，這個(gè)時(shí)間在整個(gè)工作周期內(nèi)占到了80%左右，這時(shí)工作電流就可以減少到微安級(jí)別，在達(dá)到規(guī)定時(shí)間以后，喚醒系統(tǒng)就會(huì)開(kāi)展數(shù)據(jù)信息收集與上傳等相關(guān)活動(dòng)，盡管這個(gè)工作時(shí)間較短，但工作電流就可以達(dá)到10mA以上，在數(shù)據(jù)信息處理完成以后，會(huì)進(jìn)入到較短的休息時(shí)間，這時(shí)系統(tǒng)就會(huì)恢復(fù)低功耗深度睡眠。此種低功耗處理技術(shù)能夠處理那些數(shù)據(jù)信息收集與上傳所出現(xiàn)的功耗。這種處理技術(shù)通常都是無(wú)線通信系統(tǒng)，而隨著人們需求的不斷提高，人們即要求了要有較長(zhǎng)的續(xù)航時(shí)間還要達(dá)到實(shí)時(shí)的無(wú)線通信，所以深度睡眠和喚醒策略就不能滿足低功耗處理技術(shù)的根本要求。基于此，我們就可以利用中斷休眠喚醒手段，這種低功耗處理技術(shù)，就能智能設(shè)備按照自身硬件的根本狀態(tài)自動(dòng)選擇休眠時(shí)間，例如當(dāng)人們?cè)谶\(yùn)動(dòng)時(shí)佩戴了智能硬件設(shè)備，這種方法就是按照運(yùn)行狀態(tài)自動(dòng)觸發(fā)數(shù)據(jù)信息實(shí)時(shí)收集和上傳的雙向通信，而在靜止情況下就會(huì)處于休眠狀態(tài)，如果長(zhǎng)時(shí)間處于靜止?fàn)顟B(tài)就會(huì)轉(zhuǎn)變成深度休眠，想要喚醒設(shè)備時(shí)就要通過(guò)外部操作來(lái)進(jìn)行激活。

3 可中斷休眠喚醒處理技術(shù)

可中斷休眠處理技術(shù)和周期休眠技術(shù)存在一定差異，其中周期休眠喚醒都是定期或定時(shí)進(jìn)行，時(shí)間較為固定，所以這種技術(shù)在實(shí)際使用過(guò)程中較為不便。而可中斷休眠喚醒技術(shù)，主要利用外界操作或時(shí)間來(lái)喚醒處于正在休眠中的設(shè)備，這種外界操作或者時(shí)間，可以是認(rèn)為操作、運(yùn)動(dòng)信息、無(wú)限激活指令等諸多因素。由于無(wú)線通信等電路體積所帶來(lái)的限制，其只能安裝容量較小的電池，所以就算是利用了低功耗處理技術(shù)，一旦長(zhǎng)時(shí)間處于工作狀態(tài)下，電能也會(huì)在短時(shí)間內(nèi)消耗完畢，所以在低功耗處理技術(shù)除了選擇那些具備低功耗性能的器件以外，就可以利用可中斷休眠處理技術(shù)，這種技術(shù)不僅可以實(shí)現(xiàn)雙向的無(wú)線通信，還能夠做到降低電能消耗。可中斷休眠喚醒技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中，就是在軟件上利用實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備的基本狀態(tài)，來(lái)判斷目前設(shè)備的主要運(yùn)行狀態(tài)，并針對(duì)不同運(yùn)行狀態(tài)來(lái)確定不同的低功耗處理手段。在軟件設(shè)計(jì)過(guò)程中，當(dāng)智能設(shè)備完成數(shù)據(jù)信息收集與上傳等相關(guān)工作以后，軟件就會(huì)對(duì)無(wú)線通信線路進(jìn)行關(guān)閉隨后轉(zhuǎn)變成淺度休眠狀態(tài)，如果設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有進(jìn)行激活就會(huì)進(jìn)入到深度休眠狀態(tài)，這種深度休眠具備超低功耗的功能，能夠有效實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信技術(shù)的低功耗處理。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，我國(guó)無(wú)線通信技術(shù)已經(jīng)獲得了很大的提升。在智能硬件當(dāng)中，無(wú)線通信的線路就是功耗的主要成員，一般來(lái)說(shuō)當(dāng)無(wú)線通信距離不發(fā)生改變時(shí)，指利用低功耗處理器件來(lái)減少待機(jī)過(guò)程中的消耗是很難實(shí)現(xiàn)的，在這樣的情況下，為了降低無(wú)線通信中的功耗，就需要相關(guān)人員對(duì)低功耗處理技術(shù)展開(kāi)深入研究。

[1]葉彬. 無(wú)線通信技術(shù)的低功耗處理技術(shù)研究[J]. 工程技術(shù)：文摘版:00320-00320.

[2]張平, 康桂霞, 田輝. 甚低功耗無(wú)線通信技術(shù)——ZigBee[J].中興通訊技術(shù), 2006, 12(4):21-25.