在眾多無線技術(shù)中，Wi-Fi無疑是非常成功的。根據(jù)Strategy Analytics預(yù)測，在2022年至2027年間，全球Wi-Fi系統(tǒng)出貨量將以每年7.5%的速度增長。而且值得注意的是，在所有部署Wi-Fi的設(shè)備中，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的比例越來越高，這也就意味著除了PC、手機(jī)、平板電腦這些Wi-Fi傳統(tǒng)的優(yōu)勢領(lǐng)域外，其在智能家居、可穿戴、工業(yè)、醫(yī)療等物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域中的應(yīng)用空間也在不斷擴(kuò)展。

物聯(lián)網(wǎng)Wi-Fi的興起

作為Wi-Fi的“重度用戶”，如果讓我們列舉Wi-Fi的優(yōu)勢，大家都能侃侃而談：數(shù)據(jù)吞吐量更高，可以幾乎沒有延遲地傳輸音頻和視頻流；覆蓋范圍足夠大，可以滿足局域網(wǎng)的連接需求；能夠提供持續(xù)的云連接，而無需額外的網(wǎng)關(guān)……不過從這些優(yōu)勢中，我們也可以明顯看出，Wi-Fi從“出身”上來講并不是為物聯(lián)網(wǎng)而設(shè)計(jì)的，與其他物聯(lián)網(wǎng)無線技術(shù)相比，部署并應(yīng)用數(shù)據(jù)吞吐量更大的Wi-Fi，注定需要更復(fù)雜的協(xié)議、更高的功率，以及更高的成本，這與物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的“調(diào)性”顯然是相悖的。

然而，龐大的物聯(lián)網(wǎng)市場實(shí)在是太誘人了，坐擁海量用戶的Wi-Fi如果不摻和一下，肯定是心有不甘；而且更重要的是，Wi-Fi雖然有短板，但是人們逐漸發(fā)現(xiàn)其在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域也有獨(dú)特的優(yōu)勢。

以我們所熟悉的智能家居應(yīng)用為例，其中很多智能化設(shè)備（如智能鎖、傳感器、智能燈泡、恒溫器和開關(guān)燈等）都是由電池供電的，因此它們大都采用BLE、Zigbee、Z-Wave等低功耗、低吞吐量的無線連接技術(shù)，而這些無線協(xié)議并非基于IP，因此無法直接連接到互聯(lián)網(wǎng)以實(shí)現(xiàn)云端互聯(lián)或遠(yuǎn)程訪問，這就需要部署一個(gè)專門的網(wǎng)關(guān)做協(xié)議的轉(zhuǎn)換處理，相應(yīng)地也就增加了物聯(lián)網(wǎng)部署的成本和復(fù)雜性。

而標(biāo)準(zhǔn)Wi-Fi協(xié)議是基于IP的，因此可以直接連接到家庭無線路由器，并與云端實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，在部署時(shí)不會(huì)增加額外的集線器或網(wǎng)關(guān)成本。與其他物聯(lián)網(wǎng)無線技術(shù)相比，這顯然是一個(gè)明顯優(yōu)勢。因此基于標(biāo)準(zhǔn)Wi-Fi協(xié)議，一種中低吞吐量（足夠支持物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸）、功耗更低的物聯(lián)網(wǎng)Wi-Fi也就應(yīng)運(yùn)而生。這種具有低功耗、低資源使用率、支持遠(yuǎn)程局域連接、具有安全功能且低成本的無線技術(shù)，自然是很多物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備開發(fā)的理想選擇。

圖1：各種無線技術(shù)性能比較

（圖源：Silicon Labs）

構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)Wi-Fi的技術(shù)考量

雖然物聯(lián)網(wǎng)Wi-Fi基于標(biāo)準(zhǔn)Wi-Fi協(xié)議，但是其定位與那些追求更高傳輸速率、更大數(shù)據(jù)吞吐量的傳統(tǒng)Wi-Fi應(yīng)用還是有差異的，因此在構(gòu)建時(shí)需要更細(xì)致的技術(shù)考量。

基于IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)的Wi-Fi技術(shù)經(jīng)過20多年的發(fā)展，歷經(jīng)多次技術(shù)更迭，形成了多種技術(shù)規(guī)格，而其中并非所有的技術(shù)規(guī)格都適用于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。具體來講，“版本較低”的802.11 b/g/n是當(dāng)下物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中使用的主流Wi-Fi規(guī)格，其主要原因也不難理解：一是速率更高的802.11ac （Wi-Fi 5）會(huì)帶來更高的協(xié)議復(fù)雜性、更高的功耗和系統(tǒng)成本，在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中并不劃算；二是802.11 b/g/n這幾個(gè)Wi-Fi規(guī)格是基于2.4 GHz的（其中802.11 n，即Wi-Fi 4，可同時(shí)支持2.4 GHz和5 GHz雙頻段），與5 GHz的802.11ac相比具有更大的傳輸范圍和更強(qiáng)的穿透力，這也是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中一個(gè)很關(guān)鍵的性能指標(biāo)。

好消息是，最新的802.11ax（Wi-Fi 6）規(guī)格針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的需要，在支持更多數(shù)量的設(shè)備聯(lián)網(wǎng)、低功耗特性等方面做了卓有成效的優(yōu)化，而且由于向后兼容以前Wi-Fi規(guī)格的產(chǎn)品，這對(duì)于未來物聯(lián)網(wǎng)Wi-Fi的發(fā)展將是一個(gè)有力的推動(dòng)。

圖2：不同Wi-Fi技術(shù)規(guī)格的特性

（圖源：Silicon Labs）

從元器件層面考慮，物聯(lián)網(wǎng)Wi-Fi芯片級(jí)解決方案在鎖定合適的Wi-Fi規(guī)格基礎(chǔ)上，也需要在以下這些方面進(jìn)行特別的優(yōu)化。

低功耗

芯片的設(shè)計(jì)需要根據(jù)目標(biāo)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，特別在數(shù)據(jù)吞吐量和功耗之間實(shí)現(xiàn)最佳的平衡；同時(shí)也需要綜合利用低功耗設(shè)計(jì)和工藝技術(shù)，滿足這個(gè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的剛需。

多協(xié)議

在越來越多的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景中，需要支持多種無線協(xié)議，比如同時(shí)支持Wi-Fi和藍(lán)牙，這有利于將采用非IP無線協(xié)議的設(shè)備輕松配置到Wi-Fi無線路由器中，也可以讓不同的無線技術(shù)互為備份，增強(qiáng)連接的可靠性。

安全性

由于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備面臨的安全威脅越來越嚴(yán)峻，因此提供足夠的安全性，也是物聯(lián)網(wǎng)Wi-Fi芯片必須應(yīng)對(duì)的挑戰(zhàn)。

足夠的算力

隨著物聯(lián)網(wǎng)邊緣設(shè)備越來越智能，Wi-Fi芯片在性能上除了要運(yùn)行無線通信協(xié)議外，還要有“余力”運(yùn)行應(yīng)用程序、支持安全功能，甚至是實(shí)現(xiàn)機(jī)器學(xué)習(xí)和AI應(yīng)用，這就需要可擴(kuò)展的軟硬件架構(gòu)進(jìn)行支撐。

簡化的開發(fā)

簡化物聯(lián)網(wǎng)Wi-Fi應(yīng)用開發(fā)過程非常重要，此舉能夠?yàn)?a target="_blank">開發(fā)者提供更大的增值、無線和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧、完備的軟硬件開發(fā)工具、與云服務(wù)平臺(tái)的完整連接方案等，這些都是需要考慮整合的資源。

物聯(lián)網(wǎng)Wi-Fi的開發(fā)平臺(tái)

了解了上述物聯(lián)網(wǎng)Wi-Fi芯片級(jí)解決方案的要求，開發(fā)者在芯片方案的選擇上就可以按圖索驥、有的放矢了。不過在實(shí)際的選型開發(fā)中，我們經(jīng)常會(huì)發(fā)現(xiàn)某款產(chǎn)品在某些方面具有很獨(dú)特的優(yōu)勢，但是如果想要找到一款在上述各個(gè)方面表現(xiàn)都很出色的“全能型”的芯片平臺(tái)，卻并不容易。

今天，我們就為大家找到了這樣一款物聯(lián)網(wǎng)Wi-Fi芯片平臺(tái)——Silicon Labs的RS9116系列SoC。它有哪些能夠讓人眼前一亮的“芯”技能？我們一起來探究一番。

圖3：RS9116系列SoC

（圖源：Silicon Labs）

低功耗

在低功耗方面，RS9116系列SoC具有多種電源管理模式，包括傳輸、接收和睡眠模式等，可以讓“始終在線”的物聯(lián)網(wǎng)無線連接應(yīng)用實(shí)現(xiàn)更低的功耗。從以下這些關(guān)鍵參數(shù)來看，其性能表現(xiàn)十分搶眼，如：Wi-Fi備用關(guān)聯(lián)模式電流50μA（1秒信標(biāo)廣播間隔）；Wi-Fi 1 Mbps偵聽電流14mA；Wi-Fi LP鏈Rx電流19mA；深度睡眠電流小于1μA，待機(jī)電流（關(guān)閉模式）小于10μA。

圖4：RS9116系列SoC系統(tǒng)框圖

（圖源：Silicon Labs）

多協(xié)議

支持多協(xié)議也是RS9116系列SoC的一大亮點(diǎn)，在RS9116內(nèi)部，配置有協(xié)議仲裁管理器管理多個(gè)無線協(xié)議共存。在Wi-Fi協(xié)議方面，RS9116系列不僅支持主流的802.11 a/b/g/n（2.4GHz和5GHz），還支持802.11j這個(gè)針對(duì)日本4.9GHz-5GHz頻段的協(xié)議；此外RS9116還支持雙模藍(lán)牙5，以及802.15.4——也就是說在該SoC上能夠運(yùn)行Thread或Zigbee協(xié)議，這就為探索多協(xié)議無線物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供了更大的空間。

圖5：RS9116系列SoC和模塊支持多模無線電，并可擴(kuò)展支持5GHz頻段
（圖源：Silicon Labs）

安全性

為了確保安全性，RS9116系列SoC內(nèi)置了多種安全功能，如AES128/256等加速器、支持WPA/WPA2個(gè)人版和企業(yè)版客戶端等。同時(shí)，RS9116使用PUF（物理不可克隆功能）進(jìn)行硬件設(shè)備識(shí)別和密鑰存儲(chǔ)，以提供更全面的安全保障。

靈活性

RS9116系列SoC可支持托管（n-Link）和嵌入式（WiSeConnect）兩種不同的工作模式，它們分別對(duì)應(yīng)著不同的軟件架構(gòu)和主機(jī)接口，以便與不同的處理器系列和操作系統(tǒng)集成，這為開發(fā)帶來了極大的靈活性。

圖6：RS9116系列SoC的兩種工作模式

（圖源：Silicon Labs）

在托管模式中，RS9116可通過SDIO 2.0和USB HS接口與一個(gè)32位的MCU主機(jī)連接，Wi-Fi協(xié)議棧、藍(lán)牙以及ZigBee、Thread等無線協(xié)議棧和配置文件以及所有網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧都在主機(jī)上運(yùn)行。而在嵌入式模式下，RS9116通過UART、SPI、SDIO和USB CDC接口與一個(gè)主機(jī)連接，這時(shí)Wi-Fi協(xié)議棧、TCP/IP協(xié)議棧、IP模塊、藍(lán)牙協(xié)議棧和ZigBee PRO協(xié)議棧都在RS9116W中運(yùn)行，僅有部分藍(lán)牙配置文件和所有ZigBee配置文件由主機(jī)處理，這時(shí)只需一顆8位MCU作為主機(jī)就可勝任。開發(fā)者可以根據(jù)自己的目標(biāo)應(yīng)用，選擇最合適的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作模式。

開發(fā)資源豐富

豐富的配套開發(fā)資源，是RS9116系列一個(gè)非常顯著的優(yōu)勢。比如通過Simplicity Studio這個(gè)集成各種Silicon Labs技術(shù)、SoC和模塊的統(tǒng)一開發(fā)環(huán)境，用戶可以訪問Web和SDK資源、軟件和硬件配置工具，以優(yōu)化開發(fā)流程，加速項(xiàng)目的實(shí)施。

Silicon Labs還為RS9116 SoC和模塊提供配套的開發(fā)套件，如下面這個(gè)RS9116 WiSeConnect開發(fā)工具，就可以很方便地用來評(píng)估RS9116 SoC和模塊，其可在托管模式和嵌入式模式配置下使用，具有低功耗、多軟件架構(gòu)和不同的主機(jī)接口。該開發(fā)套件的軟件開發(fā)工具包中還提供基于無線簡單API（SAPI）的示例、開源Linux驅(qū)動(dòng)程序、快速評(píng)估所需的演示示例，可以說RS9116系列SoC和模塊評(píng)估和開發(fā)所需的資源，已經(jīng)盡在其中。

圖7：RS9116 WiSeConnect開發(fā)工具

（圖源：Silicon Labs）

綜上所述，RS9116系列就是專為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)的低功耗 Wi-Fi SoC，在提供足夠性能的同時(shí)，通過全方位的優(yōu)化顯著降低了功耗、支持多協(xié)議無線應(yīng)用、減少了MIPS要求，并實(shí)現(xiàn)了足夠高的安全性，加之豐富易用的開發(fā)資源，為大家提供了一個(gè)理想的物聯(lián)網(wǎng)Wi-Fi解決方案。

賦能物聯(lián)網(wǎng)Wi-Fi應(yīng)用

RS9116物聯(lián)網(wǎng)Wi-Fi解決方案的優(yōu)勢特性，使其在很廣泛的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中都可以施展拳腳。

比如Kudelski公司基于RS9116無線模塊開發(fā)了一塊新型無線資產(chǎn)跟蹤設(shè)備——RecovR，既能滿足汽車經(jīng)銷商對(duì)車輛在展廳、車庫以及室外對(duì)車輛進(jìn)行跟蹤的需求，實(shí)現(xiàn)輕松高效的批次管理，又能為消費(fèi)者提供安全的失竊尋回解決方案。在其中，RS9116無線模塊的低成本、多協(xié)議無線通信（藍(lán)牙和Wi-Fi）和低功耗的優(yōu)勢發(fā)揮得淋漓盡致：Wi-Fi + 藍(lán)牙的雙模功能，可以提供高吞吐量和更大的覆蓋范圍，以及更穩(wěn)定的連接；同時(shí)，基于BLE藍(lán)牙低功耗技術(shù)，RecovR還可提供室內(nèi)定位的功能，作為GPS室外定位功能的延展；整個(gè)方案價(jià)格適中，采用電池供電并支持?jǐn)?shù)年的續(xù)航。

特別值得一提的是，RS9116物聯(lián)網(wǎng)Wi-Fi產(chǎn)品也已經(jīng)被整合到Silicon Labs完整的Matter開發(fā)解決方案中，與Silicon Labs的2.4 GHz無線MG24 SoC配合使用，可以支持Matter over Wi-Fi 4的開發(fā)，并在未來無縫而輕松地過渡到Silicon Labs的Wi-Fi 6單芯片Matter SoC上，徹底解決智能家居領(lǐng)域產(chǎn)品“碎片化”的難題。

圖9：基于RS9116的Matter over Wi-Fi 4解決方案

（圖源：Silicon Labs）

本文小結(jié)

物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用通常受到功率、尺寸和資源的約束，與此同時(shí)又會(huì)面臨不斷增加的數(shù)據(jù)吞吐量、安全威脅方面的挑戰(zhàn)。在很多應(yīng)用場景中，物聯(lián)網(wǎng)Wi-Fi不失為一種理想的解決方案。

Silicon Labs的RS9116系列產(chǎn)品（包括SoC芯片和模塊）為開發(fā)者提供了一個(gè)綜合表現(xiàn)非常出眾的開發(fā)平臺(tái)，特別是多電源管理模式帶來的低功耗特性、多協(xié)議無線功能帶來的應(yīng)用擴(kuò)展性、不同工作模式帶來的開發(fā)靈活性，為大家入門低功耗、多模物聯(lián)網(wǎng)Wi-Fi開發(fā)，提供了一塊“敲門磚”。相信你一旦用上了它，就會(huì)愛不釋手！

RS9116系列產(chǎn)品

RS9116系列SoC，了解詳情>>

RS9116 WiSeConnect開發(fā)工具，了解詳情>>

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