基于LoRa的WOR（空中喚醒）喚醒技術(shù)

隨著科技的發(fā)展，越來越多的便攜式設(shè)備也如雨后春筍般地誕生，但便攜式設(shè)備都會面臨同樣的難題——續(xù)航，影響著續(xù)航的兩大因素就是電池容量和設(shè)備功耗。

電池容量通常跟設(shè)備體積相關(guān)聯(lián)，電池容量越大同時(shí)意味著設(shè)備體積越大。

因此在同樣電池容量下，提高續(xù)航能力就意味著降低設(shè)備低功耗，WOR（Wake On Radio）技術(shù)就是為了低功耗設(shè)備量身定制的技術(shù)。

空中喚醒

WOR（Wake on Radio）技術(shù)是通過減少接收端射頻處于接收狀態(tài)時(shí)間，其余時(shí)間工作在深度睡眠模式來降低設(shè)備整體功耗，同時(shí)能保證設(shè)備能正常接收，但發(fā)送端需要發(fā)送更長的時(shí)間來保證接收端被喚醒。?

WOR接收電流示意圖如下所示：

而通常處于接收模式的電流消耗圖如下所示：

若一般模式下的接收電流為15mA左右，休眠電流為5uA左右，T1為1000ms（WOR周期），T2（深度睡眠模式時(shí)間）為970ms，T3（接收模式時(shí)間時(shí)間）為30ms，則功耗只有正常接收電流的3%左右，能大幅度降低整體功耗。

LoRa（Long Range）是一種基于CCS（線性調(diào)制擴(kuò)頻技術(shù)）的長距離無線電，其封包格式如下所示：

?

WOR（空中喚醒）最重要的一點(diǎn)是如何確認(rèn)空中是否有需要的數(shù)據(jù)存在，Semtech旗下的LoRa產(chǎn)品一般都會有前導(dǎo)碼檢測中斷，有了前導(dǎo)碼檢測中斷的硬件基礎(chǔ)，便可通過外部MCU周期性喚醒LoRa芯片進(jìn)入接收模式并檢測前導(dǎo)碼中斷是否被觸發(fā)。

若前導(dǎo)碼中斷未被觸發(fā)，則一段時(shí)間后（T3）再次進(jìn)入深度睡眠模式（T2）；

若前導(dǎo)碼中斷被觸發(fā)，則可在前導(dǎo)碼中斷中繼續(xù)延長接收時(shí)間（T3）來保證接收完整包數(shù)據(jù)，接收并處理完成數(shù)據(jù)后整個(gè)系統(tǒng)再次進(jìn)入深度睡眠模式，其時(shí)序圖如下圖所示。

為了保證接收端能穩(wěn)定的收到數(shù)據(jù)，發(fā)送端的前導(dǎo)碼長度必須大于一個(gè)WOR周期，時(shí)間過短會導(dǎo)致接收方丟包。

WOR角色一般分為發(fā)送方和接收方：

發(fā)送方（TX）：發(fā)送數(shù)據(jù)前添加一個(gè)WOR周期長的前導(dǎo)碼來喚醒接收方；

接收方（RX）：周期性進(jìn)入接收模式，其余時(shí)間處于深度睡眠以減少耗電。

單點(diǎn)喚醒

然而上述的WOR方式在同信道下前導(dǎo)碼會被所有設(shè)備無差別識別，導(dǎo)致范圍內(nèi)所有的設(shè)備全部被喚醒，直到發(fā)送端發(fā)送完數(shù)據(jù)才能再次進(jìn)入深度睡眠模式。為了解決這一難題，E330-400T13S提出了單點(diǎn)喚醒來解決這個(gè)問題。

與上述的WOR方式不同，單點(diǎn)喚醒在喚醒時(shí)不會持續(xù)喚醒非目標(biāo)設(shè)備，E330-400T13S采用FSK/GFSK調(diào)制，故其封包和LoRa有所不同，最重要的是FSK/GFSK具有同步字（SYNCWORD）過濾機(jī)制。將地址設(shè)置為同步字，當(dāng)同步字不一樣時(shí)數(shù)據(jù)會直接被硬件過濾導(dǎo)致無法通信。

單點(diǎn)喚醒不再采用LoRa發(fā)送很長的前導(dǎo)碼，因?yàn)樵谕恍诺老掳l(fā)送前導(dǎo)碼一定會喚醒同類型的所有設(shè)備，且會保持喚醒狀態(tài)，導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)雖然不應(yīng)該接收數(shù)據(jù)，但卻一直被強(qiáng)制性的喚醒進(jìn)入接收模式。

單點(diǎn)喚醒在此點(diǎn)上做出了優(yōu)化，選擇使用短前導(dǎo)碼+同步字+ 0（DATA）形式的短封包取代很長的前導(dǎo)碼，如下圖所示，短封包發(fā)送時(shí)間也應(yīng)是大于一個(gè)WOR周期。

不同之處在于，單點(diǎn)喚醒利用了硬件同步字過濾的功能：

當(dāng)同步字不同時(shí)，直接丟棄后續(xù)數(shù)據(jù)并進(jìn)入休眠模式，等待下個(gè)周期進(jìn)入接收模式；

當(dāng)同步字相同時(shí)，會自動延長接收時(shí)間，直到接收完整包數(shù)據(jù)。

如上圖時(shí)序圖所示：

當(dāng)發(fā)送端發(fā)送的同步字和接收端相同時(shí)，接收端表現(xiàn)與LoRa的WOR喚醒是一致的；

但當(dāng)發(fā)射端發(fā)送的同步字與接收端不同時(shí)，接收端會立刻再次進(jìn)入休眠模式，直到下個(gè)周期再次進(jìn)入接收模式才能接收到其他的數(shù)據(jù)。

低功耗+空中喚醒?更多產(chǎn)品切入點(diǎn)

超長續(xù)航

低功耗下的超長續(xù)航和功能優(yōu)化，成為更外移動智能產(chǎn)品的訴求點(diǎn)，低功耗技術(shù)能有效減少智能終端產(chǎn)能過剩，優(yōu)化智能終端設(shè)備的功耗，降低能耗浪費(fèi)，從而提高設(shè)備的續(xù)航時(shí)間，提升設(shè)備續(xù)航表現(xiàn)。

比如低功耗藍(lán)牙芯片的使用使無線耳機(jī)的續(xù)航能力明顯增強(qiáng)。對于高度集成的智能產(chǎn)品而言，決定其續(xù)航能力的往往在于功耗控制上。

靈活設(shè)計(jì)

低功耗技術(shù)的應(yīng)用給產(chǎn)品的外形設(shè)計(jì)和功能設(shè)計(jì)帶來更大的想象空間，更加靈活的設(shè)計(jì)，產(chǎn)品的適應(yīng)能力更強(qiáng)，擺脫束縛。

安裝便捷

低功耗智能終端設(shè)備在安裝和操作上，擺脫繁瑣而專業(yè)的安裝要求，沒有額外的輔助硬件，有些設(shè)備已經(jīng)可實(shí)現(xiàn)一體化安裝和簡潔化操作，用戶可自行安裝，極大降低了運(yùn)營成本。擺脫電源線路接入環(huán)境，極大減少了安全隱患。

盡可能休眠，最大限度降低功耗，節(jié)點(diǎn)能盡可能及時(shí)地收發(fā)無線數(shù)據(jù)，空中喚醒做到了。如果說低功耗為產(chǎn)品插上了想象的翅膀，空中喚醒則使想象成真。

編輯：黃飛

?