エネルギー効率の高い IoT デバイスに最適な低消費電力 Wi-Fi
Wi-Fi は、低消費電力のアプリケーションを検討する際に、最初に考慮するワイヤレス技術ではないかもしれませんが、考慮されるべきでしょう。
IoT は世界で最も急速に成長しているセクターの 1 つで、毎日より多くのデバイスがインターネットに追加されています。私たちは、可能な限り最も効率的かつ安全な方法で、最小限の遅延で情報や知識にアクセスする必要があります。家電製品、特にウェアラブル機器は、おそらく、今年末までに 10 億台以上のデバイスが使用されると予想されている、最も目に見える形に表れている証拠です。この普及を、1 つの特定のプロトコルに当てはめることは困難です。例えば、スマートウォッチを取ってみても、フィットネスデータの同期には Wi-Fi ネットワークを使用し、イヤホンにオーディオをストリーミングするためのクラシックな Bluetooth、心拍数センサーデータを伝送する ANT、スマートフォンに通知を送信する Bluetooth Low Energy (LE) などがあります。
IoT デバイス用 Wi-Fi プロトコルを選ぶ理由
Wi-Fi は、220 億台以上のデバイスに広く導入されているプロトコルです。つまり、ほとんどの家庭や商業環境で利用できる事実上のユビキタスです。Wi-Fi は、ほとんどの IoT プロトコルよりも約 10～100 倍高いデータ・スループットを実現し、ほぼ遅延のないオーディオとビデオのストリーミングを可能にします。高いデータレートと範囲により、さまざまなアプリケーションが可能になります。最後に、Wi-Fi は、一定のクラウド接続を提供するため、ゲートウェイは不要になります。これらのメリットにより、Wi-Fi は組み込みソリューションの確固たる選択肢として発展中です。
IoT デバイス向け Wi-Fi 4 と Wi-Fi 5、Wi-Fi 6 の比較
Wi-Fi 仕様の進化を見てみると、802.11n（Wi-Fi 4）は 802.11ac（Wi-Fi 5）よりも IoT アプリケーションに適しています。その理由の 1 つは、802.11n がデュアルバンド（2.4 GHz および 5 GHz）であるのに対し、802.11ac は 5 GHz ベースのシングルバンドであるためです。組み込みアプリケーションでは、5 GHz の周波数と比較して、その範囲と 2.4 GHz の優れたオブジェクト浸透が有用です。また、802.11ac ベースのシステムのコストと消費電力は、プロトコルがより複雑なため、より高くなります。11ac は強化されたスループットを提供しますが、802.11n が提供するデータレートは、ほとんどのバッテリ駆動 IoT アプリケーションには十分すぎるほどです。802.11ax（Wi-Fi 6）はこの仕様の最新バージョンで、Wi-Fi 5 の 3.5 Gbps、Wi-Fi 4 の 600 Mbps と比較しても、9.6 Gbps の最大スループット速度を約束します。Wi-Fi 6 は主に、IoT デバイスに対する需要の高まりによって、Wi-Fi ネットワーク上のデバイスの急増に対応するために導入されました。
独自の IoT アプリケーション向けの、低消費電力 Wi-Fi 設計という決断
最新の Wi-Fi 規格で利用可能な低消費電力機能は、超低消費電力により電池寿命が延び、今日の多くのIoT機器が「 常時オン」になっていることを意味してます。例えば、Wi-Fi/Bluetooth LE スマートロック・アプリケーションは、Wi-Fi を介してクラウドに接続してリモートアクセスし、Bluetooth LE を使用して Wi-Fi ネットワークにそのロックをプロビジョニングします。クラウド接続（TLS 証明書交換）、ネットワーク通信（クラウドと通信するための MQTT）、無線（OTA）の更新などの操作はバックグラウンドで行われ、さらにシステムの消費電流に影響することに注意してください。消費電力を最適化することで、「常時接続」されているスマートロックの一般的な電池寿命は、混雑の少ない環境では 3 年、密集した混雑したワイヤレス環境では 2 年になります。
スマートウォッチなどの小型デバイスには、スペースと電池寿命という課題があります。スモール・フォーム・ファクタの SiP モジュールは、製品化までの時間が短いスマートな設計に最適です。ウェアラブルでは、位置情報の追跡に GPS 接続、クラウド接続に Wi-Fi、音楽ストリーミングに Bluetooth A2DP、センサーに接続するために Bluetooth LE が必要になることがよくあります。これらの操作はすべて、OTA の更新に加えて実行する必要があります。同時に、1 回の充電で電池寿命をできるだけ長くする必要があります。リスニングモードの Wi-Fi クライアント・デバイスは、データを受信するときと同じくらいの電力を消費します。このため、Silicon Labs の SoC RS9116 ファミリの は「常時オン」機能は、超低消費電力で高い性能を提供する上で不可欠です。
スタンドアロンまたはマルチプロトコルモードの IoT デバイスにより勢いを増す Wi-Fi などの広範な技術により、業界を変革する大きな可能性を提供します。低消費電力 Wi-Fi アプリケーションの設計の詳細については、当社のホワイトペーパー、「The Future of Wi-Fi in Low-Power IoT Devices」をご覧ください。
