Съображения за потребление на енергия за WPAN

Airprofil BULGARIA - Пара 1 (Април 2019).

Anonim

Ето как WiMedia UWB захранването се използва срещу 802.11 и Bluetooth

СТЪПКА БРЕЙТМАН
WiMedia Alliance, Сан Рамон, Калифорния
//www.wimedia.org
и GADI SHOR
Wisair, Кембъл, Калифорния
//www.wisair.com

Живеем в свят на все по-голяма мобилност с нарастващото използване на преносими мултимедийни плейъри (PMP), смартфони и цифрови фотоапарати, както и камери и видеокамери. Всяко устройство трябва да качва и / или да изтегля медийно съдържание, да синхронизира данни и / или да предава поточно съдържание за възпроизвеждане.

В идеалния случай тази връзка трябва да бъде безжична, никой не иска да носи около плъхове гнездо на кабели, за да позволи всеки възможен сценарий за свързване. Такива устройства съхраняват големи количества данни под формата на снимки, музика и видео и следователно изискват възможността за преместване на съдържание от едно устройство в друго, включително на домашни компютри или телевизори.

Това налага необходимостта от високи скорости на данни, за да се поддържа поточно предаване на мултимедия или да се позволи прехвърлянето на файлове във възможно най-кратки срокове. В същото време, тъй като това са мобилни устройства, изискваме и потреблението на енергия да бъде възможно най-ниско, за да се увеличи максимално живота на батерията и да се избегне неудовлетворението на клиента, което два привидно противоречиви изисквания!

И така, как можем да отговорим на необходимостта от безжична свързаност, като същевременно минимизираме консумацията на енергия? Първата стъпка е да се проучат наличните безжични технологии.

Wi-Fi връзки

Wi-Fi е повсеместна и е очевиден кандидат за задачата. Реализациите в реалния свят обаче не са без трудности. Първо, Wi-Fi мрежите обикновено се създават като инфраструктурни мрежи, а не ad hoc. Това означава, че ако например искате да изпратите снимка от цифров фотоапарат (DSC) към принтер, първо трябва да се присъедините към мрежата с вашия DSC, а самият принтер също трябва да е част от същата мрежа.

Следващият брой е свързан с властта. Wi-Fi обикновено е настроен да осигурява покритие на цялата къща, което означава, че по своята същност е по-високочестотно радио, отколкото стандартите за по-къси разстояния. И накрая, ако приемем 802.11g, разумна средна скорост на трансфер ще бъде около 20 Mbits / s, което все още е малко по-ниско от скоростите на данни, постижими с други стандарти.

Bluetooth

Bluetooth също е широко разпространена технология, а благодарение на приемането й в мобилните телефони и мобилните телефони се признава, че е технология с ниска мощност. Всъщност това е така, но както ще видим, все още не съществува най-малко енергоемката технология. Един недостатък на използването на Bluetooth в момента е пропускателната способност на данните, обикновено при 1 Mbit / s големи трансфери на файлове може да отнеме много дълго време.

WiMedia UWB

"Новото дете на блока", технологията на WiMedia UWB е безжична радио технология за комуникация на къси разстояния с висока честотна лента при много ниски нива на енергия, която използва голяма част от радиочестотния спектър. Смята се за най-ефективната технология, използвана днес по отношение на джаули на бит.

Безжичният USB, известен също като сертифициран безжичен USB, се основава на WiMedia Common Radio Platform от WiMedia Alliance. Продуктите, използващи тази технология, започнаха да се появяват на пазара през втората половина на 2007 г. Тъй като съчетава бързината и лекотата на използване на USB 2.0 с удобството на безжичната технология, Wireless USB поддържа голямо обещание за редица приложения, включително високоскоростна цифрова пренос на медии между устройства в лични и в домашни мрежи.

Когато става дума за мобилни устройства с батерии, които изискват висока честотна лента и ниска консумация на енергия, WiMedia UWB и безжичното му USB приложение предлагат няколко предимства. В сравнение с други безжични технологии, той предлага скоростно предимство при предаване на 480 Mbit / s на разстояния до 3 m и 110 Mbits / s до 10 m, което се изразява в по-кратко време за прехвърляне на файлове.

Като технология с относително къси разстояния, предавателната мощност се намалява в сравнение с технологиите с по-дълъг обхват. Освен това протоколът UWB има добре дефинирана superframe структура, която има специфични времеви интервали.

Тази структура на суперфрейма позволява на протокола UWB да поддържа няколко режима на ниска мощност (освен очевидния режим на готовност в други безжични протоколи и режима на хибернация в безжичен USB), който може да се използва при предаване на данни. В безжичния USB тези режими са обозначени с готовност, готовност и сън и позволяват на хоста и устройството да спят по синхронизиран начин за кратки периоди по време на предаването на данни. В резултат на това средната мощност на UWB е значително по-ниска от тази на другите безжични технологии. Комбинацията от тези фактори прави UWB технология с много ниска мощност от самото си естество.

Сравнение в реалния живот на безжичните технологии

Има много възможни сценарии за използване на мобилни устройства. Като пример ще разгледаме преносим мултимедиен плейър с 8-Gbyte хранилище и вградена 3.7-V Li-ion батерия с капацитет 630 mAh (= 2.33 Wh).

Да предположим, че устройството се използва през целия ден за възпроизвеждане на музика и видеоклипове и остава с оставащ капацитет на батерията 5% (115 mWh), когато потребителят реши да прехвърли филм с размер 1 ГБ на друго устройство. За сравнение ще приемем следните характеристики за всяка от трите технологии, описани по-рано:

WiMedia UWB. Приемете средна скорост на предаване на данни от 100 Mbits / s. Имайте предвид, че това предполага скорост на PHY от 400 Mbits / s, която е активна наполовина. Приемайте средна консумация на енергия от 250 mW по време на активен режим. 802, 11 грама. За реализацията на Wi-Fi приемете средна скорост на предаване на данни от 20 Mbit / s и средна консумация на енергия в активен режим от 500 mW. Bluetooth. За реализацията на Bluetooth, се приема скорост на предаване на данни 1 Mbits / s и средно 60 mW консумация на енергия в активен режим.

Разход на енергия и използване на батерията

За UWB предаването на 1 Gbyte на данни във въздуха ще консумира 5.4 mWh. Приложението Wi-Fi ще консумира 56.6 мWh, а Bluetooth ще изисква 136 mWh. Очевидно съществуват значителни разлики между технологиите, както е показано на фигура 1.

Фигура 1. УУБ постига значително по-ниска консумация на енергия поради комбинацията от висока пропускателна способност и ефективна структура на супер-рамката

За нашия пример ние предположихме, че 5% от капацитета на батерията остава в началото на трансфера (виж фигура 2). Ако сега изчисляваме консумацията на електроенергия по отношение на капацитета на батерията, можем да видим как това може да повлияе на потребителското преживяване.

Потреблението на UWB от 5, 4 mWh се равнява само на 0, 2% от общия капацитет на батерията. Wi-Fi на 56.6 mWh се равнява на 2.4% от батерията, около половината от оставащия капацитет. Bluetooth, от друга страна, при 136 mWh изисква повече капацитет на батерията (6%), отколкото е налице в началото на трансфера.

Фигура 2. При 5% от капацитета на батерията, останал в началото на преноса, UWB изчерпва капацитета само с още 0, 2%, докато Wi-Fi изисква половината от оставащия капацитет (2, 4%) и Bluetooth няма да може завърши трансфера, изискващ 6% от капацитета на акумулатора.

Време за прехвърляне

Голяма част от спестяванията при потреблението на енергия са резултат от способността на UWB да прехвърля данните с висока скорост, а не защото действителната предавателна мощност е по-ниска от алтернативните технологии. Тази способност за бързо предаване на данни също е важна за цялостния опит на потребителите и това значение ще се увеличи още повече, тъй като размерите на файловете продължават да нарастват (повече мегапиксела в камерата, видео и музикално съдържание).

Дори и при използването на нашия пример за медиен плейър със скромния си (по днешните стандарти) 1-Gbyte трансфер, сравненията между различните технологии разказват историята: UWB може да прехвърли файла в 82 s (1, 024 / 12, 5) или 1, 3 min спрямо 409 s /2.5) или 6, 8 минути за Wi-Fi (виж фигура 3). Дори ако има достатъчно капацитет на батерията за завършване на прехвърлянето на файлове през Bluetooth, това ще отнеме 8192 с (1024 / 0, 125) или огромен 2, 3 часа! Не е чудно, че Bluetooth SIG гледа на UWB като средство за приспособяване към бъдещите изисквания за големи, високоскоростни файлови трансфери.

Фигура 3. За 1-Gbyte трансфер на данни, по-голямата производителност на данните на UWB предлага значително намалено време за изтегляне.

Резултатите от този сценарий на употреба, изигран с трите различни технологии, показват, че WiMedia UWB консумира значително по-малко енергия - което води до значително по-дълъг живот на батерията за потребителя.

Тези разходно-ефективни чипсети за внедряване на базирани на WiMedia радиостанции, които предлагат по своята същност ниска консумация на енергия, комбинирани с високи възможности за предаване на данни, дават на дизайнерите изключителна възможност да отговорят на нуждите за безжично свързване на следващото поколение мобилни устройства с мултимедия. ■