Υπολογισμός κατανάλωσης ισχύος για WPAN

Υπολογισμός βασικών μεγεθών του Hydrobot (Μαρτιου 2019).

Anonim

Ακολουθεί ο τρόπος με τον οποίο η χρήση ενέργειας WiMedia UWB στοιβάζεται εναντίον 802.11 και Bluetooth

ΑΠΟ ΤΟ STEVE BRIGHTMAN
WiMedia Alliance, Σαν Ραμόν, Καλιφόρνια
//www.wimedia.org
και GADI SHOR
Wisair, Campbell, CA
//www.wisair.com

Ζούμε σε έναν κόσμο αυξανόμενης κινητικότητας με την αυξανόμενη χρήση φορητών συσκευών αναπαραγωγής πολυμέσων (PMP), έξυπνων τηλεφώνων και ψηφιακών φωτογραφικών μηχανών, τόσο φωτογραφικών μηχανών όσο και βιντεοκαμερών. Κάθε συσκευή πρέπει να φορτώνει ή / και να κατεβάζει περιεχόμενο πολυμέσων, να συγχρονίζει δεδομένα ή / και να μεταδίδει περιεχόμενο για αναπαραγωγή.

Στην ιδανική περίπτωση, αυτή η συνδεσιμότητα πρέπει να είναι ασύρματο, κανείς δεν θέλει να μεταφέρει γύρω από μια φωλιά καλωδίων αρουραίων για να επιτρέψει κάθε πιθανό σενάριο διασύνδεσης. Αυτές οι συσκευές αποθηκεύουν μεγάλα ποσά δεδομένων με τη μορφή φωτογραφιών, μουσικής και βίντεο και συνεπώς απαιτούν τη δυνατότητα μετακίνησης περιεχομένου από μια συσκευή σε άλλη, συμπεριλαμβανομένων των οικιακών υπολογιστών ή των τηλεοράσεων.

Αυτό υπαγορεύει την ανάγκη για υψηλά ποσοστά δεδομένων για την υποστήριξη streaming multimedia ή για να επιτρέπεται η μεταφορά αρχείων στο συντομότερο δυνατό χρονικό διάστημα. Ταυτόχρονα, δεδομένου ότι πρόκειται για κινητές συσκευές, απαιτούμε επίσης την κατανάλωση ενέργειας να είναι όσο το δυνατόν χαμηλότερη, ώστε να μεγιστοποιηθεί η διάρκεια ζωής της μπαταρίας και να αποφευχθεί η δυσαρέσκεια των πελατών σε δύο προφανώς αντιφατικές απαιτήσεις!

Έτσι πώς μπορούμε να αντιμετωπίσουμε την ανάγκη για ασύρματη συνδεσιμότητα ενώ ελαχιστοποιούμε την κατανάλωση ρεύματος; Το πρώτο βήμα είναι να εξετάσουμε τις διαθέσιμες ασύρματες τεχνολογίες.

Συνδέσεις Wi-Fi

Το Wi-Fi είναι πανταχού παρόν και είναι προφανές υποψήφιο για την εργασία. Ωστόσο, οι πραγματικές εφαρμογές δεν είναι χωρίς δυσκολίες. Κατ 'αρχάς, τα δίκτυα Wi-Fi συνήθως δημιουργούνται ως δίκτυα υποδομών, όχι ad hoc. Αυτό σημαίνει ότι εάν, για παράδειγμα, θέλετε να στείλετε μια φωτογραφία από μια ψηφιακή φωτογραφική μηχανή (DSC) σε έναν εκτυπωτή, πρέπει πρώτα να συμμετάσχετε στο δίκτυο με το DSC και ο ίδιος ο εκτυπωτής πρέπει να αποτελεί μέρος του ιδίου δικτύου.

Το επόμενο τεύχος αφορά την εξουσία. Το Wi-Fi τυπικά έχει ρυθμιστεί ώστε να παρέχει κάλυψη ολόκληρης της οικίας, πράγμα που σημαίνει ότι είναι εγγενώς υψηλότερης ισχύος ραδιόφωνο από τα πρότυπα μικρής εμβέλειας. Τέλος, αν υποτεθεί ότι θα εφαρμοστεί ένα 802.11g, ένα εύλογο μέσο ποσοστό μεταφοράς θα ήταν περίπου 20 Mbits / s, το οποίο εξακολουθεί να είναι κάπως μικρότερο από τα ποσοστά δεδομένων που μπορούν να επιτευχθούν με άλλα πρότυπα.

Bluetooth

Η τεχνολογία Bluetooth είναι επίσης μια διαδεδομένη τεχνολογία και, λόγω της υιοθέτησής της σε κινητά τηλέφωνα και συσκευές χειρός, αναγνωρίζεται ως εγγενώς χαμηλής ισχύος τεχνολογία. Πράγματι, αυτό συμβαίνει, αλλά, όπως θα δούμε, δεν είναι ακόμη η ελάχιστα διαθέσιμη τεχνολογία. Ένα μειονέκτημα για τη χρήση του Bluetooth σήμερα είναι η διακίνηση δεδομένων, συνήθως σε μεγάλες μεταφορές αρχείων 1 Mbit / s μπορεί να χρειαστεί πολύς χρόνος.

WiMedia UWB

Το "νέο παιδί στο μπλοκ", η τεχνολογία UWB της WiMedia είναι μια ασύρματη ραδιοφωνική τεχνολογία για επικοινωνία μικρού εύρους και υψηλού εύρους ζώνης σε πολύ χαμηλά επίπεδα ενέργειας που χρησιμοποιεί μεγάλο μέρος του ραδιοφάσματος. Θεωρείται η πλέον αποδοτική τεχνολογία που χρησιμοποιείται σήμερα σε όρους joules ανά bit.

Το ασύρματο USB, γνωστό και ως πιστοποιημένο ασύρματο USB, βασίζεται στην Κοινή Ραδιοφωνική Πλατφόρμα WiMedia από τη WiMedia Alliance. Τα προϊόντα που χρησιμοποιούν αυτή την τεχνολογία άρχισαν να κυκλοφορούν στο εμπόριο κατά το δεύτερο εξάμηνο του 2007. Επειδή συνδυάζει την ταχύτητα και την ευκολία χρήσης του USB 2.0 με την άνεση της ασύρματης τεχνολογίας, το Wireless USB έχει μεγάλη υπόσχεση για μια σειρά εφαρμογών, συμπεριλαμβανομένης της υψηλής ταχύτητας ψηφιακής μεταφορά μέσων μεταξύ συσκευών σε προσωπικά και οικιακά δίκτυα.

Όταν πρόκειται για φορητές συσκευές που λειτουργούν με μπαταρία και απαιτούν υψηλό εύρος ζώνης και χαμηλή κατανάλωση ενέργειας, το WiMedia UWB και η ασύρματη εφαρμογή USB παρέχουν πολλά πλεονεκτήματα. Σε σύγκριση με άλλες ασύρματες τεχνολογίες, προσφέρει ένα πλεονέκτημα ταχύτητας που αποστέλλει 480 Mbits / s σε αποστάσεις έως 3 m και 110 Mbits / s έως 10 m, γεγονός που μεταφράζεται σε μικρότερο χρόνο για τη μεταφορά αρχείων.

Η τεχνολογία μετάδοσης τεχνολογίας σχετικά μικρής εμβέλειας μειώνεται σε σύγκριση με τις τεχνολογίες μεγαλύτερης εμβέλειας. Επιπλέον, το πρωτόκολλο UWB έχει μια καλά καθορισμένη δομή superframe που έχει συγκεκριμένες χρονικές θυρίδες.

Αυτή η δομή υπερπλασίας επιτρέπει στο πρωτόκολλο UWB να υποστηρίζει πολλαπλές λειτουργίες χαμηλής κατανάλωσης ενέργειας (εκτός από την προφανή λειτουργία αναμονής σε άλλα ασύρματα πρωτόκολλα και τη λειτουργία αδρανοποίησης σε ασύρματο USB) που μπορεί να χρησιμοποιηθεί κατά τη μετάδοση δεδομένων. Στον ασύρματο USB, αυτές οι λειτουργίες χαρακτηρίζονται έτοιμες, αναμονή και ύπνος και επιτρέπουν στον ξενιστή και τη συσκευή να κοιμούνται συγχρονισμένα για σύντομες περιόδους κατά τη διάρκεια της μετάδοσης δεδομένων. Ως αποτέλεσμα, η μέση κατανάλωση ενέργειας του UWB είναι σημαντικά χαμηλότερη από αυτή των άλλων ασύρματων τεχνολογιών. Ο συνδυασμός αυτών των παραγόντων καθιστά την UWB τεχνολογία πολύ χαμηλής ισχύος από τη φύση της.

Πραγματική σύγκριση ασύρματων τεχνολογιών

Υπάρχουν πολλά πιθανά σενάρια για τη χρήση της κινητής συσκευής. Για παράδειγμα, θα εξετάσουμε ένα φορητό media player με 8-Gbyte αποθήκευση και μια ενσωματωμένη 3.7-V Li-ion μπαταρία χωρητικότητας 630 mAh (= 2.33 Wh).

Ας υποθέσουμε ότι η συσκευή χρησιμοποιείται καθ 'όλη τη διάρκεια της ημέρας για την αναπαραγωγή μουσικής και βίντεο και έχει μείνει 5% (115 mWh), όταν ο χρήστης αποφασίσει να μεταφέρει μια ταινία 1-Gbyte σε άλλη συσκευή. Για λόγους σύγκρισης, θα λάβουμε τα ακόλουθα χαρακτηριστικά για καθεμία από τις τρεις τεχνολογίες που περιγράφηκαν προηγουμένως:

WiMedia UWB. Υποθέστε ένα μέσο ρυθμό μεταφοράς δεδομένων 100-Mbits / s. Λάβετε υπόψη ότι αυτό προϋποθέτει ενεργοποίηση του ρυθμού PHY των 400 Mbits ανά δευτερόλεπτο. Υποθέστε μια μέση κατανάλωση ισχύος 250 mW κατά την ενεργή λειτουργία. 802.11g. Για μια εφαρμογή Wi-Fi, αναλάβετε ένα μέσο ρυθμό μεταφοράς δεδομένων 20-Mbit / s και μια μέση κατανάλωση ισχύος 500 mW ενεργής λειτουργίας. Bluetooth. Για μια εφαρμογή Bluetooth, αναλάβετε ένα ρυθμό μεταφοράς δεδομένων 1-Mbits / s και έναν μέσο όρο 60 mW ενεργού κατανάλωσης ενέργειας.

Κατανάλωση ισχύος και χρήση μπαταρίας

Για το UWB, η μετάδοση 1 Gbyte δεδομένων στον αέρα θα καταναλώσει 5, 4 mWh. Η εφαρμογή Wi-Fi θα καταναλώσει 56, 6 mWh και το Bluetooth θα απαιτούσε 136 mWh. Προφανώς υπάρχουν σημαντικές διαφορές μεταξύ των τεχνολογιών όπως απεικονίζεται στο σχήμα 1.

Σχήμα 1. Το UWB επιτυγχάνει σημαντικά χαμηλότερη κατανάλωση ενέργειας λόγω του συνδυασμού υψηλής απόδοσης και αποτελεσματικής δομής υπερπλασίας

Για το παράδειγμά μας υποθέσαμε ότι είχαμε το 5% της χωρητικότητας της μπαταρίας να παραμένει στην αρχή της μεταφοράς (βλ. Σχήμα 2). Εάν υπολογίζουμε τώρα την κατανάλωση ενέργειας από την άποψη της χωρητικότητας της μπαταρίας, μπορούμε να δούμε πώς αυτό μπορεί να επηρεάσει την εμπειρία του χρήστη.

Η κατανάλωση της UWB των 5, 4 mWh αντιστοιχεί σε μόλις 0, 2% της συνολικής χωρητικότητας της μπαταρίας. Το 56, 6 mWh Wi-Fi αντιστοιχεί στο 2, 4% της μπαταρίας, περίπου το μισό της χωρητικότητας που απομένει. Το Bluetooth, από την άλλη πλευρά, στα 136 mWh απαιτεί περισσότερη χωρητικότητα μπαταρίας (6%) από ό, τι ήταν διαθέσιμη στην αρχή της μεταφοράς.

Εικόνα 2. Με το 5% της χωρητικότητας της μπαταρίας που απομένει στην αρχή της μεταφοράς, το UWB εξαντλεί την χωρητικότητα μόνο κατά 0, 2% ενώ το Wi-Fi απαιτεί το ήμισυ της υπόλοιπης χωρητικότητας (2, 4%) και το Bluetooth δεν θα μπορούσε ολοκληρώστε τη μεταφορά, απαιτώντας το 6% της χωρητικότητας της μπαταρίας.

Χρόνος μεταφοράς

Μεγάλο μέρος της εξοικονόμησης στην κατανάλωση ενέργειας προκύπτει από την ικανότητα της UWB να μεταφέρει τα δεδομένα με υψηλό ρυθμό και όχι επειδή η πραγματική ισχύς εκπομπής είναι χαμηλότερη από τις εναλλακτικές τεχνολογίες. Αυτή η δυνατότητα γρήγορης μεταφοράς δεδομένων είναι επίσης σημαντική για τη συνολική εμπειρία του χρήστη και αυτή η σημασία θα αυξηθεί περαιτέρω καθώς τα μεγέθη αρχείων θα συνεχίσουν να αυξάνονται (περισσότερα megapixels στην κάμερα, το βίντεο και το μουσικό περιεχόμενο).

Ακόμη και με το παράδειγμα του media player με τη μέτρια μεταβίβαση του 1-Gbyte, οι συγκρίσεις μεταξύ των διαφόρων τεχνολογιών αποκαλύπτουν την ιστορία: το UWB μπορεί να μεταφέρει το αρχείο σε 82 s (1.024 / 12.5) ή 1.3 min έναντι 409 s (1.024 /2, 5) ή 6, 8 λεπτά για Wi-Fi (βλ. Σχήμα 3). Ακόμα κι αν υπήρχε αρκετή χωρητικότητα μπαταρίας για να ολοκληρωθεί η μεταφορά αρχείων μέσω Bluetooth, θα χρειαζόταν 8192 s (1024 / 0, 125) ή μια επιβλητική 2, 3 ώρες! Δεν είναι περίεργο το γεγονός ότι το Bluetooth SIG αναζητά το UWB ως μέσο για να ικανοποιήσει τις μελλοντικές απαιτήσεις για μεγάλες μεταφορές αρχείων υψηλής ταχύτητας.

Εικ. 3. Για μεταφορά δεδομένων 1-Gbyte, η μεγαλύτερη απόδοση δεδομένων UWB προσφέρει σημαντικά μειωμένο χρόνο λήψης.

Τα αποτελέσματα αυτού του σεναρίου χρήσης που διαδραματίστηκαν με τις τρεις διαφορετικές τεχνολογίες καθιστούν σαφές ότι το WiMedia UWB καταναλώνει σημαντικά λιγότερη ισχύ - με αποτέλεσμα την αξιοσημείωτη διάρκεια ζωής της μπαταρίας για τον χρήστη.

Αυτά τα οικονομικά αποδοτικά chipset για την εγκατάσταση ασύρματων ραδιοτηλεφώνων που προσφέρουν εγγενώς χαμηλή κατανάλωση ενέργειας, σε συνδυασμό με τις υψηλές δυνατότητες μετάδοσης δεδομένων, δίνουν στους σχεδιαστές μια εξαιρετική επιλογή για την αντιμετώπιση των ασύρματων αναγκών σύνδεσης της επόμενης γενιάς εξελιγμένων κινητών συσκευών πολυμέσων. ■