Silicon Labs SiWx917 Wi-Fi 6 SoC 、堅牢な接続性と複数年の IoT 電池寿命を実現
電池寿命は、ワイヤレス IoT デバイス上で購入者が比較する最初の特徴の一つです。長ければ長いほど望ましいものとなります。Novus Labs が実施した相互運用性と消費電力テストによると、SiWx917 Wi-Fi 6 SoC は極端な輻輳下でも、堅牢でエネルギー効率の高い接続を提供することが証明されました。その結果、SiWx917は最大 5 年の電池寿命があるスマートロックを実現すると推定され、デバイスメーカーに貴重な競争上の優位性がもたらされました。ネットワークのさまざまな輻輳下におけるSiWx917消費電力、処理能力、電池寿命の詳細については、このブログをご覧ください。
Wi-Fi IoT デバイスと接続されたスリープモード
スマートロック、セキュリティカメラ、センサーなどの Wi-Fi IoT デバイスは、Wi-Fi アクセス・ポイント (AP) と関連付けられ、クラウドに接続されている間の、ほとんどの時間をスリープ状態で過ごします。このいわゆる接続されたスリープモード（WLAN関連モード）は、IoTデバイスの消費電力を削減し、Wi-Fiネットワークからデバイスにアクセスできる状態を維持しながら電池寿命を延ばします。つまり、クラウド・アプリケーションとユーザーは、必要に応じてデバイスとデータ通信を開始できます。通常、アクティブな通信期間はわずか数秒または数分間続き、その後デバイスは接続されたスリープモードに戻ります。IoT の動作サイクルが非常に「眠い」状態なので、接続されたスリープモードのまま低消費電力でWi-Fi APに接続し続けるデバイスの能力は、デバイスのバッテリーの持続時間に影響を与える最も重要な要因となります。
SiWx917 Wi-Fi 6 SoC
Silicon Labs の SiWx917 Wi-Fi 6 SoC は、エネルギー効率の高さで定評があります。Wi-Fi 6接続スリープモード (TWT 60s) の消費電力は 22μA で、業界最低水準です。Wi-Fi 6接続スリープとMCUの統合システム消費電力は、わずか37μAです。これは、執筆時点でこの市場セグメントの他のどのWi-Fi製品よりも少ない消費電力です。
しかし、理想的な条件下における単一の Wi-Fi AP による測定だけでは、エネルギー効率の全体像は把握できません。Wi-Fi チャネルの輻輳やAPモデルは、相互運用性や消費電力に影響を与える可能性があります。
さまざまなネットワーク輻輳シナリオにおける SiWx917 のパフォーマンス、さまざまなAPモデルとの相互運用性、およびこれらの側面が電池寿命にどのように反映されるかをより包括的な見解を得るために、当社は世界的な独立系ワイヤレス・エンジニアリング専門企業であるNovus Labsを雇い、最も厳格なワイヤレス・テスト・プログラムでSiWx917当社の主力 Wi-Fi 6 SoC をテストしました。
SiWx917 Wi-Fi 相互運用性および消費電力テスト
このテストの目的は、世界的に使用されている100個の一般的な Wi-Fi AP モデル全体で、接続の堅牢性、消費電力、処理能力の点でSiWx917がどの程度優れたパフォーマンスを発揮するかを明らかにすることでした。
各APについて25 分間のテストを実施し、異なるネットワーク輻輳レベルにおける堅牢性と消費電力を測定した結果、それぞれ、5分で0%、20%、40%、70%、90%となりました。最終的な結果は Novus Labs によって集計されており、 IoT デバイス・メーカーはSilicon Labs を評価する際に、SiWx917さまざまな実生活条件下における電池寿命を算出したり、ユースケースにおける AP 間の変動を予測したりするための堅牢性の指標として活用できます。
以下のセクションでは、Novus Labsが実施した3つのテストについて説明します。
テスト1：SiWx917 待機関連モードにおける消費電力
Novus Labs のテスト1では、待機関連モード (接続されたスリープ状態) におけるSiWx917の消費電力を測定しました。これは、1秒のリスン間隔（DTIM10）と55秒のMTTQキープ・アライブ（TWTなし）を持つ100APに対して、複数週間にわたって実施されました。結果は、最も過酷なチャネル輻輳シナリオ下でも、テストされたAP全体でSiWx917が優れたエネルギー効率を維持していることを明確に示しています。
下のグラフは、1 秒のリスン間隔 (DTIM10) と55 秒のMTTQキープ・アライブの条件の下で、すべての Wi-Fi 4 (802.11n) および Wi-Fi 6 (802.11ax) APでテストされた各輻輳シナリオの平均電流消費量 (0%...90%) を示しています。
結果：クリーン・チャネル・シナリオの平均消費電力はわずか約90μAで、「飽和状態に近い」トラフィック・シナリオの消費電力は約217μAとなりました。これは、極端なチャネル輻輳を考慮すれば、依然として非常に効率的です。すべてのテストは、切断0で合格しました。
テスト 2: SiWx917 TWTを使用した待機関連モードにおける消費電力
SiWx917 は、Wi-Fi6（802.11ax）対応のワイヤレス MCU で、目標覚醒時間（TWT）など、多くの高度なエネルギー最適化機能を備えています。データの送受信のためにいつ、どのくらいの頻度で覚醒するかを決定できるので、消費電力を削減し、電池寿命を延ばすことができます。テスト2では、Novus Labs は 30秒のTWTレイテンシと55秒のMQTTキープ・アライブ・インターバルで、10のAPを使用して5つの輻輳シナリオにおけるSiWx917接続されたスリープ消費電力を測定しました。
テスト結果は、TWTを使用したSiWx917による大幅な効率上の利点を明確に示しています。平均消費電力は、「クリーン・チャネル」シナリオではわずか 49μA、「飽和状態に近い」トラフィック・シナリオでは 74μA でした。
テスト1の結果（DTIM10）と比較して、TWTはクリーン・チャネル・シナリオでは消費電力を45%減少させました。飽和状態に近いシナリオでは、SiWx917のTWT 消費電力はDTIM10の消費電力のわずか 1/3 でした。結論として、TWTを使用したSiWx917 は、IoT デバイス、特に輻輳ネットワークにおける電池寿命を劇的に延長できます。
テスト 3: SiWx917処理能力
テスト3でNovus Labs は、Bluetooth LE 共存下におけるSiWx917のWi-Fi TCP TX 処理能力をテストしました。（SiWx917には、Bluetooth LE無線も搭載されています。）Wi-Fi/Bluetooth LE共存処理能力は、スマートフォンがペアリングされ、接続されたアイドル状態で測定されました。結果で確認されるよう、SiWx917は、「クリーン・チャネル」シナリオでは最大36Mbpsの処理能力を達成し、「飽和状態に近い」シナリオでも堅牢な6Mbpsの処理能力を維持できました。
SiWx917によるスマートロックの電池寿命の推定
SiWx917 は、IoT 電池寿命を延ばすために、接続されたスリープモードで非常に低い消費電力を提供する、IoT に最適化されたWi-Fiソリューションです。Novus Labs は、電池寿命に対するチャネル輻輳の影響を定量化するために、次の 2 つのシナリオについて推定値を算出しました。
- テレビや数台のスマートフォンやノートパソコンから生成されるワイヤレス・トラフィックがある、一戸建て住宅の低輻輳シナリオ。
- アパート、ホテル、企業、オフィス、小売スペースなど、複数のユーザーが住む環境を模倣した高輻輳のシナリオ。
電池寿命の推定は、6Vで3000mAhを提供する4x Energizer Lithium AAセルに基づいています。
結果：Novus Labsは、SiWx917がスマートロックに長い電池寿命を提供できると推定しました。具体的には、高輻輳シナリオでは1秒のレイテンシと55秒単位のアプリケーション・ハンドシェイクで約3年の電池寿命が、低輻輳シナリオではTWT30秒を使用することで最大で約5年の電池寿命が得られるとしています。
計算に関するすべての詳細については、Novus Labs の「SiWx917 Wi-Fi 相互運用性および消費電力テスト」レポートを参照してください。
SiWx917 Wi-Fi 6 SoC Novus Labs テストの結論
電池寿命は、IoTデバイスにおける最も重要な購入基準の一つです。電池寿命が長いということは、消費者にとって、バッテリー交換、充電、無駄、コストが削減されることを意味します。産業や企業にとっては、電池寿命が長くなると、センサーの電池消耗による現場訪問やシステム停止の回数が減るなど、OPEXの節約につながります。上記の Novus Labs のテストは、SiWx917 の比類のない超低消費電力の利点を明確に証明しており、ワイヤレスのパフォーマンス、コンピューティング、セキュリティ、その他の重要な IoT 機能を損なうことなく、スマートロックの電池寿命を最大5 年まで延ばすことができます。
