無線通信技術(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)無線通信技術(shù)的低功耗技術(shù)展開全面分析，以期能夠有效降低無線通信系統(tǒng)的功耗，加強(qiáng)用戶的體驗(yàn)與認(rèn)同。

無線通信 低功耗技術(shù) 智能硬件 分析

現(xiàn)階段，我國(guó)比較流行的無線通信技術(shù)中，包含了無線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，這也就反映出了無線通信技術(shù)在投入運(yùn)行的過程中，需要較大的功率，因此針對(duì)其處理技術(shù)展開分析，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、短距離無線通信等相關(guān)電路，通常來說是通過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，或者利用無線方法對(duì)收集得到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行上傳?；诖?，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。通過對(duì)智能硬件中普遍使用的微型控制器件和無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)化手段來對(duì)功耗進(jìn)行改善，例如利用相關(guān)載波監(jiān)聽來杜絕過度競(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)化手段來減小功耗所獲得效果比較小。其二，就是通過嵌入式系統(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)就要通過外部操作來進(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、無限激活指令等諸多因素。由于無線通信等電路體積所帶來的限制，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)雙向的無線通信，還能夠做到降低電能消耗?？芍袛嘈菝邌拘鸭夹g(shù)在應(yīng)用過程中，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)來確定不同的低功耗處理手段。在軟件設(shè)計(jì)過程中，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)無線通信技術(shù)的低功耗處理。

4 結(jié)束語

隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，我國(guó)無線通信技術(shù)已經(jīng)獲得了很大的提升。在智能硬件當(dāng)中，無線通信的線路就是功耗的主要成員，一般來說當(dāng)無線通信距離不發(fā)生改變時(shí)，指利用低功耗處理器件來減少待機(jī)過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)展開深入研究。

[1]葉彬. 無線通信技術(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. 甚低功耗無線通信技術(shù)——ZigBee[J].中興通訊技術(shù), 2006, 12(4):21-25.