如何使物聯(lián)網邊緣設備高效節(jié)能？

作者：e絡盟技術團隊

電源效率對于物聯(lián)網的成功至關重要。設備的效率越高，其功能壽命就越長，用戶體驗就越好。您是否在組織中實施了物聯(lián)網解決方案，以提高物聯(lián)網邊緣設備的能源效率？本文重點介紹了您應該考慮的15個關鍵因素。

要點

• 物聯(lián)網設備依靠睡眠模式和低功耗管理來節(jié)省能源，延長電池壽命。
• 電池供電的物聯(lián)網設備必須節(jié)能。您必須采用低功耗組件和優(yōu)化通信協(xié)議等方法來節(jié)省電力。
• 在邊緣處理本地數據可以有效降低功耗。
• 定期更新軟件對于提高物聯(lián)網設備電源效率，解決電源相關問題至關重要。

背景

物聯(lián)網是一個龐大的網絡，它由聯(lián)網的實體設備組成，通過無線和蜂窩連接進行無縫通信。該網絡應用了許多嵌入式傳感器、軟件和其他技術，有助于通過互聯(lián)網連接其他系統(tǒng)和設備，并交換數據。物聯(lián)網應用的爆發(fā)性增長和節(jié)能方法的采用，推動了行業(yè)向邊緣數據處理轉變。

運行基礎知識

下圖所示為物聯(lián)網設備的典型電流曲線模式。這些設備通常處于閑置狀態(tài)，從而節(jié)省能源，延長電池壽命?，F(xiàn)代MCU具有多種不同功能的低功耗模式，以降低功耗。喚醒方法可根據睡眠模式深度，在外部事件發(fā)生時恢復功能。

物聯(lián)網設備的典型省電模式

低功耗管理的發(fā)展可實現(xiàn)對功耗進行精細控制。超低功耗睡眠模式（如待機、低耗電、睡眠和深度睡眠）消耗的電流極?。◤奈驳郊{安不等）。由于物聯(lián)網處理器采用了CMOS技術，功耗會隨時鐘頻率的提高而線性增加。

功耗最低的待機模式消耗的電流約為功耗最高模式的三分之一，但可以將處理器保持在最低限度使用的狀態(tài)。某些物聯(lián)網應用可能需要最低功耗的睡眠模式，同時保留緩存，以最大程度地減少活動模式處理所需的周期數。為了最大限度地延長電池壽命，大多數物聯(lián)網系統(tǒng)都會事先預處理和收集數據。只有當有足夠的有用數據需要傳輸時，物聯(lián)網系統(tǒng)才會打開通信電路。您可以使用物聯(lián)網電池壽命工具，來確定您在合并數據以降低發(fā)送頻率時會發(fā)生什么情況。

竅門和技巧

電源效率至關重要，因為物聯(lián)網邊緣設備運行時間長且通過電池供電。我們將總結為物聯(lián)網設備供電時的各種竅門和技巧。

1. 對物聯(lián)網設備采用睡眠模式：巧妙利用睡眠模式來降低非活動時間的功耗。當設備不主動處理數據或執(zhí)行操作時，將其設置為低功耗睡眠模式，以延長電池壽命。

2. 能量收集技術：考慮使用太陽能、動能或熱能等能量收集方法來為設備電池充電或補電。這確保了在不使用傳統(tǒng)電池的情況下持續(xù)運行。

3. 避免過多的推送通知：限制發(fā)送到物聯(lián)網設備的推送警報的頻率和內容。僅在必要時才允許此類通知。這些警報可能會“喚醒”設備，并在不必要的情況下耗盡電池電量。

4. 物聯(lián)網設備傳輸信息的時間和方式：批量或按預定時間間隔發(fā)送信息，而不是連續(xù)發(fā)送，從而優(yōu)化數據傳輸。這樣可以減少反復連接和斷開的問題，并節(jié)省電量。

5. 功能如何影響電池壽命：進行全面的電源分析，以了解物聯(lián)網設備如何使用電源來運行其功能和組件。確定高耗能的組件，并優(yōu)先考慮節(jié)能替代方案或優(yōu)化方案。

6. 選擇最合適的無線協(xié)議：根據物聯(lián)網用例和功率限制選擇合適的無線通信協(xié)議。各種無線通信技術，包括 Wi-Fi?、低功耗Bluetooth?、Thread和 Zigbee?，以及新興的 MATTER協(xié)議，可在家庭和樓宇自動化系統(tǒng)中實現(xiàn)設備到設備、設備到云和設備到移動設備的通信。

7. 使用低功耗傳感器：選擇功耗最低的傳感器，并使用自適應采樣技術，根據環(huán)境變化來更改傳感器的數值，以減少不必要的傳感器數據讀取，同時節(jié)省能源。

8. 管理固件和軟件更新：確保高能效地進行固件和軟件更新，并盡可能專注于改善功耗。定期更新設備，進行節(jié)能升級和錯誤修復。

9. 低功耗組件：使用低功耗微控制器、傳感器和通信模塊。有條件最好使用最新的節(jié)能技術和解決方案?？紤]使用待機較少且需要最小運行功率的組件。

10. 睡眠模式和喚醒：有效利用睡眠模式，在不活動期間節(jié)省電量。僅當外部事件或計時器需要時才允許喚醒設備。減少處于活動模式的時間。

11. 高效通信協(xié)議：根據具體用例和網絡要求，使用 MQTT-SN、CoAP或 LoRaWAN等節(jié)能通信協(xié)議。

12. 負載循環(huán)：采用負載循環(huán)技術，定期喚醒設備以執(zhí)行任務，然后重新進入睡眠狀態(tài)。這降低了總體功耗，尤其對于需要處理突發(fā)數據的設備而言。

13. 本地數據處理：數據預處理和過濾必須在邊緣完成，以減少傳輸到云端的數據量。這將顯著降低通信過程中的功耗。

14. 電源管理集成電路：僅使用專用電源管理集成電路，這些集成電路旨在通過調節(jié)各種組件的電源供應來最大限度地提高能源效率。

15. 優(yōu)化顯示屏使用：使用低功耗顯示屏技術。如果設備有顯示屏，請使用低功耗顯示屏技術，并在不使用時關閉顯示屏。

必須定期優(yōu)化和更新設備的固件，以修復問題并提高電源效率。根據組件的性能要求，使用動態(tài)電壓調節(jié)技術來改變組件的工作電壓。這樣做有助于在各種工作負載情況下優(yōu)化電源使用情況。減少數據量，降低傳輸頻率。為了最大限度地減少通信期間的電力消耗，使用數據壓縮技術并僅發(fā)送必要信息。將某些功能外包給云或邊緣服務器，減少設備的數據處理工作量。這有助于降低設備的處理需求，從而降低功耗。