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最大化LPWAN上物联网设备的电池寿命

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对一个设备的功耗进行建模和理解是设计者经常遇到的问题。一个新工具可以帮助做到。
 
作者:Vanja Samuelsson,Qoitech创始人
 
人们普遍认为,物联网(IoT)已经从炒作阶段开始,现在是务实的采用;IoT已经从Gartner的《2018年新兴技术炒作周期报告》中退出,并进入了顶峰,这反映了人们的看法。现在,这一切都是为了到2020年促进300亿到500亿台设备的互连。
 
物联网设备
 
有几个明显的技术障碍继续限制进展,其中两个最重要的障碍是功耗和(无线)通信。目前面临的挑战是,并非所有可用的无线技术都能够满足物联网的所有要求,尤其是在覆盖范围和电池寿命方面。低功耗广域网(LPWAN)被称为物联网的主干网,但它们以不同的形式和大小进行权衡,使物联网设备设计者的生活更加复杂。
 
LPWAN的演变
LPWAN是无线广域网技术的一个术语,用于连接长距离的低功率设备。它不是一种单一的技术,而是一组具有多种形状和形式的低功耗、广域网技术。LPWAN可以使用许可或未许可的频率,并包括专有或开放标准选项。大多数是为机器对机器(M2M)和物联网网络而设计的,它们的运行成本较低,比传统的移动网络具有更高的能效。它们还能够在更大的区域内支持更多的连接设备。
LPWAN的推出是一个不断变化的情况,网络标准和网络部署、许可和未许可仍然在发展。这也是一个买方市场;准备好了几个提议,使组织能够利用物联网并获得竞争优势。
最近,CEA技术研究所Leti发布了一个LPWAN演进的例子。其新的LPWAN技术(LPWA-CB)的现场试验表明,与领先技术相比,该技术在覆盖率、数据速率灵活性和功耗方面具有显著的性能提升。
Leti的方法基于它的Turbo-FSK,这是一种灵活的物理层方法。它还依赖于信道绑定,即聚合非连续通信信道以增加覆盖率和数据速率的能力。与LoRa和NB-IoT相比,现场试验似乎证实了Leti的LPWAN方法的好处,这两种领先的技术能够以低成本和长电池寿命实现广域通信。
 
电力消耗的挑战
许多物联网设备都是“部署和遗忘”,这意味着它们需要在低电压水平和低电流消耗的小型电池上长时间运行。为了满足这些要求,LPWAN在数据速率、功耗和范围之间进行权衡。要实现低功耗,必须降低数据速率。但要真正确定您是否可以实现较长的电池寿命,制造商需要将设备的电流消耗特性描述为在活动、空闲、待机和睡眠模式下。设备供应商还需要重新创建典型的操作条件,例如远程软件更新、传输重复以及设备无法连接到服务器的情况,以便真正了解每个场景中消耗电流。对设备功耗的建模和理解是设计者的一个习惯性问题。
物联网产品的预期电池寿命取决于电池容量和硬件设置,但在很大程度上也取决于系统行为。为了验证预期的电池寿命,必须在带电系统上进行测试。测试应该是微创的,并且正确地捕获和展示系统在一个有代表性的时间段内的行为。
 
软件解决方案
该解决方案可供任何开发人员在堆栈中的任何位置使用。能源优化现在可以应用于任何一个点的硬件,固件或使用Otii的应用开发商。这是一个能源消耗分析工具,用于在所有条件下优化设备。它使用户能够快速了解他们正在开发的产品的能耗,从而实现更可持续、更节能的设备。该工具易于使用,只需要最少的设置,并且允许开发人员在开发的任何阶段测量和分析能源使用情况。
图1:Qoitech软件测试
 
它包括一个紧凑的便携式源代码测量单元Otii Arc,以及一个易于使用,但又全面的桌面环境,可以在Ubuntu、Windows和MacOS上运行。软件在多个平台上运行的能力是一个很大的优势,它的安装速度也很快,为开发过程中的持续测量提供了一种手段。用户界面允许实时分析;测量时滚动、缩放和选择当前消耗的部分。新的记录很容易添加到以前的记录之上,这使得在整个开发过程中很容易跟踪功耗的变化。对于迭代任务,可以通过内置脚本功能执行自动测试。Otii Arc本身既是物联网设备的电源,又是电流和电压测量单元。 
在考虑提供的多个通信网络时,务必时刻了解相关的电源需求,因为并非所有网络都在相同的低功率水平下运行;有些网络比其他网络高。
 
www.qoitech.com
 
 
 
 
 
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