為什么長電池壽命是線程物聯(lián)網(wǎng)傳感器的命脈

通過提供基于 IPv6 的安全低功耗無線技術(shù)，Thread支持防篡改家用傳感器，以實(shí)現(xiàn)舒適性、娛樂性、安全性和能源效率。Thread起源于家庭和樓宇自動(dòng)化，可在各種消費(fèi)、可穿戴、醫(yī)療和工業(yè)市場中實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。谷歌還發(fā)布了一個(gè)名為OpenThread的輕量級開源Thread實(shí)現(xiàn)。雖然它并不完全類似于Android的智能手機(jī)，但OpenThread有望成為Thread采用的絕佳推動(dòng)者。Thread加入了其他幾個(gè)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，包括Zigbee，NB-IoT，LoRa，SigFox和Bluetooth LE。

在考慮物聯(lián)網(wǎng)的無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)時(shí)，許多人會(huì)想到諸如MAC協(xié)議，開放IP堆棧，互操作性，應(yīng)用層，安全性以及支持點(diǎn)對點(diǎn)以及端點(diǎn)到云通信的能力等問題。這些都是重要的問題，由線程組解決。但是，由于這些應(yīng)用的核心基礎(chǔ)是高效運(yùn)行，因此電源管理是留給系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員解決的最關(guān)鍵問題！忽視它，后果自負(fù)。雖然電源問題可能是其他物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的共同問題，但我們將在這篇文章中重點(diǎn)介紹線程。

線程如何實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)和智能節(jié)點(diǎn)設(shè)備基于幾個(gè)關(guān)鍵要求構(gòu)建：

安裝簡單快捷

安全通信

添加新端點(diǎn)設(shè)備和應(yīng)用層的可擴(kuò)展性

開源實(shí)現(xiàn)互操作性和大型生態(tài)系統(tǒng)

低功耗，延長電池壽命

Thread 使用經(jīng)過驗(yàn)證的 2.4GHz 802.15.4 無線電（868MHz/915MHz 頻段可選）結(jié)合 IPv6 和 AES 加密作為基礎(chǔ)，并支持可擴(kuò)展的無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，可以按需添加新的經(jīng)過身份驗(yàn)證的節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)可以是路由器或端點(diǎn)設(shè)備。定義了幾種類型的端點(diǎn)設(shè)備和路由器。線程領(lǐng)導(dǎo)是自選的路由器，用于管理單個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的所有路由器。雖然每個(gè)網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)數(shù)量有限制，但線程網(wǎng)絡(luò)可以使用多個(gè)線程領(lǐng)導(dǎo)者來增長。Thread 依賴于無線電 （PHY） 和 MAC 的 802.15.4 標(biāo)準(zhǔn)組。它與應(yīng)用程序?qū)訜o關(guān)，或者更確切地說，對它視而不見;如果它是低帶寬并支持IPv6，則任何應(yīng)用程序都可以在其上運(yùn)行。

IEEE 802.15 標(biāo)準(zhǔn)概覽

無線個(gè)人局域網(wǎng) （WPAN） 的 802.15 標(biāo)準(zhǔn)包括：

藍(lán)牙或 802.15.1

UWB 高數(shù)據(jù)速率標(biāo)準(zhǔn)，如用于視頻和音樂的 802.15.3

用于無線電 （PHY） 和 MAC 層的低數(shù)據(jù)速率和低功耗 802.15.4 標(biāo)準(zhǔn)組，具有變體、上層增強(qiáng)功能和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，例如 Zigbee、6LowPAN（低功耗個(gè)人局域網(wǎng)上的 IPv6）、無線 HART、MiWi和 ISA100.11A

802.15.5 是 802.15.4 的無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)版本

體域網(wǎng)或 802.15.6

通過利用 802.15.4 無線電架構(gòu)，Thread 系統(tǒng)利用低功耗、低帶寬框架，同時(shí)支持 20-30m 范圍內(nèi)的多個(gè)頻段，數(shù)據(jù)速率高達(dá) 250Kbps。通過TDMA和CSMA選項(xiàng)，802.15.4還提供實(shí)時(shí)通信功能。

6用于安全通信的低廣域網(wǎng)

Thread 使用 6LowPAN 或 IPv6 over Low-power Personal Area Networks。6LowPAN由互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組（IETF）開發(fā)，不僅可以在傳統(tǒng)的基于以太網(wǎng)的WAN/LAN網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（IP）流量，還可以在低功耗個(gè)人局域網(wǎng)（PAN）上實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（IP），例如藍(lán)牙LE和802.15.4，用于各種低功耗應(yīng)用，例如消費(fèi)類可穿戴設(shè)備和工廠自動(dòng)化。它定義了用于連接的邊緣路由器。路由器可以連接到多個(gè)終端設(shè)備和其他路由器。邊界路由器，正如線程組所稱的那樣，將線程網(wǎng)絡(luò)連接到非線程網(wǎng)絡(luò)，例如Wi-Fi。通過采用6LowPAN，Thread將安全通信的所有優(yōu)勢帶到無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中，所有設(shè)備都經(jīng)過身份驗(yàn)證，所有通信都經(jīng)過加密，并且可以按需添加新設(shè)備。

延長線程物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的電池壽命

如何延長便攜式應(yīng)用的電池壽命？線程不定義電池壽命 - 這留給系統(tǒng)架構(gòu)師。當(dāng)Maxim團(tuán)隊(duì)發(fā)明毫微功耗電源管理產(chǎn)品時(shí)，工程師們主要牢記兩個(gè)主要目標(biāo)：

將靜態(tài)電流 （IQ） 降低到納安 （nA），以延長電池壽命

在整個(gè)負(fù)載范圍內(nèi)提供從不到 1% 一直到滿負(fù)載的平穩(wěn)高效率 - 對于插入式應(yīng)用至關(guān)重要

負(fù)載范圍內(nèi)的平坦效率對于插入式應(yīng)用至關(guān)重要（降壓，采用 1.2V 電壓）外).

這不是簡單的挑戰(zhàn)，但這是你成功所需要的。在考慮電源需求時(shí)，大量始終開啟、支持線程的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備大部分時(shí)間都處于輕負(fù)載狀態(tài)（關(guān)斷狀態(tài)），偶爾進(jìn)行低功耗數(shù)據(jù)采集，消耗幾μA負(fù)載電流（待機(jī)）。最后，在滿載條件下，一旦在藍(lán)月亮中傳輸數(shù)據(jù)，這些器件需要500mA至1A。在始終在線的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備所需的三種負(fù)載電流模式下，IC平均僅消耗nA電流，可顯著延長便攜式應(yīng)用的電池壽命。雖然今天Thread傳感器主要由電池供電，但隨著采用的繼續(xù)，即使通信是無線的，預(yù)計(jì)有些傳感器也會(huì)插入。重要的是，即使在插入式應(yīng)用中，也要在負(fù)載曲線上保持平坦的效率，以降低幻象功耗。

審核編輯：郭婷