电池寿命可以制造或破坏物联网设备. 如果传感器早期死亡, 整个部署都受到影响. 在无线协议的世界中, 洛拉万 因实现超低功耗设备而经常受到称赞. 但是什么使它变得如此高效? 开发人员如何进一步推动它? 让我们看一下影响因素 洛拉万 功耗, 如何减少它, 以及它如何与 NB-IoT 等替代方案相比较.
为什么 LoRaWAN® 功耗低？
洛拉万® 设计时考虑了低功耗. 设备通常保持睡眠状态，仅在发送数据时唤醒. 通信本身使用线性调频扩频调制, 允许以低功率水平进行长距离传输. 不需要像某些设备那样持续连接 蜂窝协议, 这意味着设备的传输间隔可以是数小时甚至数天.
另一个原因是如何 LoRaWAN® 处理上行链路和下行链路. 大多数情况下, 上行链路是设备发起的，下行链路是可选的. 这种事件驱动的方法避免了不必要的通信, 大部分时间保持收音机关闭并延长电池寿命.
影响因子 LoRaWAN® 功耗
睡眠/活动模式
LoRaWAN® 设备 他们一生的大部分时间都在睡眠模式中度过. 当他们醒来时——收集数据或发送消息——电流峰值. 这就是为什么管理唤醒时间至关重要. 清醒的时间越少, 平均电流消耗越低. 微控制器通常支持不同的电源状态，例如睡眠和深度睡眠. 选择正确的模式并快速转换会带来真正的改变.
芯片组
一个典型的 LoRaWAN® 节点的电源行为依赖于两个核心部分: MCU 和 LoRa 收发器. 他们设定了基线.
在单片机上, 善用内置低功耗模式: 积极的, 睡觉, 深度睡眠, 并关闭. 深度睡眠保留 RAM 和寄存器，并可以从 RTC 唤醒, 看门狗, 或外部事件. 关机仅保留 RTC 等必需设备并丢失 RAM, 所以很少使用. 在实践中, 大部分时间让设备处于深度睡眠状态.
在 LoRa 无线电上, 能量主要跟随播出时间. 扩频因子 (SF7 至 SF12) 设置给定帧的比特率和播放时间. 较高的 SF 可扩展范围，但会增加通话时间和功耗. 自适应数据速率可以降低良好链路上的 SF，从而缩短通话时间.
电源管理设计
这不仅仅是芯片的问题. 高效电源设计包括电压调节, 元件选择, 并控制外设何时开启. 例如, 传感器仅在需要时启动并在需要后立即关闭，减少能源浪费. 有些设备甚至控制屏幕刷新或 LED 闪烁频率以节省电量. 这里的小选择加起来.
网络 & 配置
广播设置决定广播时间.
- 扩频因子: 更高的 SF 增加了射程，但也增加了空气和能量的时间.
- 美国存托凭证: 自适应数据速率可以降低 SF，以获得良好的链路, 削减播出时间. 在设备大部分静止并且链路稳定的情况下使用它.
- 已确认与未确认的上行链路: acks 添加下行链路并重试. 仅当您需要保证交付时才使用确认.
- 某些频段存在区域占空比限制. 它们限制了您传输的频率，并且可能会强制延长间隔时间.
如何最小化 LoRaWAN® 功耗?
选择正确的 LoRaWAN® 班级
选择权利 LoRaWAN® 课程实际上是关于下行链路需求. 如果你想知道 如何选择 LoRaWAN® 等级, 几乎所有电池设备均从 A 类开始. 它按照自己的时间表发送, 打开两个短接收窗口, 然后回去睡觉. 仅当您需要预定的网络信标时才移至 B 类. 仅将 C 类用于接近连续的下行链路，并做好电力成本准备.
选择合适的硬件组件
使用专为低功耗而设计的组件. 选择具有快速启动时间和低待机电流的传感器. 避免模块在空闲模式下保持部分活动状态. 选择具有睡眠模式的 MCU，可保留内存而不会出现高泄漏. 比较每个周期的能量, 不仅仅是一个“典型电流”数字.
最大化睡眠时间
节省能量最有效的方法就是尽可能多睡觉. 尽量减少唤醒次数. 将传感器读数分组在一起，以便它们一次性发生. 甚至蓝牙广告也能产生影响. 如果您必须通过蓝牙做广告, 除非有明确需要，否则保持较长的间隔. 调整 BLE 广播间隔从 1 其次 6 秒几乎使总能源消耗减半.
优化有效负载大小
发送更少的数据需要更少的广播时间. 通话时间越短意味着能量越少. 削减你的有效负载. 使用紧凑格式. 避免频繁的固件日志记录或冗余值. 如果传感器只需要在值变化时报告, 使用阈值逻辑或增量更新来减少不必要的消息.
最小化下行链路通信
接收数据也需要电力. 如果您不需要远程命令, 避开他们. 除非绝对必要，否则跳过已确认的消息. 涉及的确认和网络响应越少, 你的电池续航能力越好. LoRaWAN® 当设备说的多于听的时效果最好.
延长传输间隔
当信号允许时减少报告频率. 慢的, 非关键变量不需要分钟级别的报告. 使用事件驱动的触发器来发出警报和阈值交叉. 对于快速或安全关键信号, 保持较短的间隔并相应地调整电池大小. 仅当传感器预热时间较短时，拉伸间隔才有帮助. 长时间的热身会削弱增益.
结论
构建超低功耗物联网设备 LoRaWAN® 需要的不仅仅是选择正确的芯片. 它需要系统级方法: 调整睡眠时间表, 切割有效载荷, 管理通话时间, 选择高效的硬件, 并尽可能保持收音机安静. LoRaWAN®的灵活性和轻量化特性使其成为电池供电应用的有力候选者. 但设备的使用寿命取决于它的用途, 它多久说话一次, 以及它的设计有多精心。如果您认真对待电源, 从基础开始. 多睡觉. 少发. 测量一切.
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