在眾多無線技術中，Wi-Fi無疑是非常成功的。根據Strategy Analytics預測，在2022年至2027年間，全球Wi-Fi系統出貨量將以每年7.5%的速度增長。而且值得注意的是，在所有部署Wi-Fi的設備中，物聯網設備的比例越來越高，這也就意味著除了PC、手機、平板電腦這些Wi-Fi傳統的優勢領域外，其在智能家居、可穿戴、工業、醫療等物聯網領域中的應用空間也在不斷擴展。

物聯網Wi-Fi的興起

作為Wi-Fi的“重度用戶”，如果讓我們列舉Wi-Fi的優勢，大家都能侃侃而談：數據吞吐量更高，可以幾乎沒有延遲地傳輸音頻和視頻流；覆蓋范圍足夠大，可以滿足局域網的連接需求；能夠提供持續的云連接，而無需額外的網關……不過從這些優勢中，我們也可以明顯看出，Wi-Fi從“出身”上來講并不是為物聯網而設計的，與其他物聯網無線技術相比，部署并應用數據吞吐量更大的Wi-Fi，注定需要更復雜的協議、更高的功率，以及更高的成本，這與物聯網應用的“調性”顯然是相悖的。

然而，龐大的物聯網市場實在是太誘人了，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，但是人們逐漸發現其在物聯網領域也有獨特的優勢。

以我們所熟悉的智能家居應用為例，其中很多智能化設備（如智能鎖、傳感器、智能燈泡、恒溫器和開關燈等）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，而這些無線協議并非基于IP，因此無法直接連接到互聯網以實現云端互聯或遠程訪問，這就需要部署一個專門的網關做協議的轉換處理，相應地也就增加了物聯網部署的成本和復雜性。

而標準Wi-Fi協議是基于IP的，因此可以直接連接到家庭無線路由器，并與云端實現互聯，在部署時不會增加額外的集線器或網關成本。與其他物聯網無線技術相比，這顯然是一個明顯優勢。因此基于標準Wi-Fi協議，一種中低吞吐量（足夠支持物聯網設備數據傳輸）、功耗更低的物聯網Wi-Fi也就應運而生。這種具有低功耗、低資源使用率、支持遠程局域連接、具有安全功能且低成本的無線技術，自然是很多物聯網設備開發的理想選擇。

圖1：各種無線技術性能比較

（圖源：Silicon Labs）

構建物聯網Wi-Fi的技術考量

雖然物聯網Wi-Fi基于標準Wi-Fi協議，但是其定位與那些追求更高傳輸速率、更大數據吞吐量的傳統Wi-Fi應用還是有差異的，因此在構建時需要更細致的技術考量。

基于IEEE 802.11標準的Wi-Fi技術經過20多年的發展，歷經多次技術更迭，形成了多種技術規格，而其中并非所有的技術規格都適用于物聯網應用。具體來講，“版本較低”的802.11 b/g/n是當下物聯網設備中使用的主流Wi-Fi規格，其主要原因也不難理解：一是速率更高的802.11ac （Wi-Fi 5）會帶來更高的協議復雜性、更高的功耗和系統成本，在物聯網應用中并不劃算；二是802.11 b/g/n這幾個Wi-Fi規格是基于2.4 GHz的（其中802.11 n，即Wi-Fi 4，可同時支持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的穿透力，這也是物聯網應用中一個很關鍵的性能指標。

好消息是，最新的802.11ax（Wi-Fi 6）規格針對物聯網應用的需要，在支持更多數量的設備聯網、低功耗特性等方面做了卓有成效的優化，而且由于向后兼容以前Wi-Fi規格的產品，這對于未來物聯網Wi-Fi的發展將是一個有力的推動。

圖2：不同Wi-Fi技術規格的特性

（圖源：Silicon Labs）

從元器件層面考慮，物聯網Wi-Fi芯片級解決方案在鎖定合適的Wi-Fi規格基礎上，也需要在以下這些方面進行特別的優化。

低功耗

芯片的設計需要根據目標物聯網應用，特別在數據吞吐量和功耗之間實現最佳的平衡；同時也需要綜合利用低功耗設計和工藝技術，滿足這個物聯網應用的剛需。

多協議

在越來越多的物聯網應用場景中，需要支持多種無線協議，比如同時支持Wi-Fi和藍牙，這有利于將采用非IP無線協議的設備輕松配置到Wi-Fi無線路由器中，也可以讓不同的無線技術互為備份，增強連接的可靠性。

安全性

由于物聯網設備面臨的安全威脅越來越嚴峻，因此提供足夠的安全性，也是物聯網Wi-Fi芯片必須應對的挑戰。

足夠的算力

隨著物聯網邊緣設備越來越智能，Wi-Fi芯片在性能上除了要運行無線通信協議外，還要有“余力”運行應用程序、支持安全功能，甚至是實現機器學習和AI應用，這就需要可擴展的軟硬件架構進行支撐。

簡化的開發

簡化物聯網Wi-Fi應用開發過程非常重要，此舉能夠為開發者提供更大的增值、無線和網絡協議棧、完備的軟硬件開發工具、與云服務平臺的完整連接方案等，這些都是需要考慮整合的資源。

物聯網Wi-Fi的開發平臺

了解了上述物聯網Wi-Fi芯片級解決方案的要求，開發者在芯片方案的選擇上就可以按圖索驥、有的放矢了。不過在實際的選型開發中，我們經常會發現某款產品在某些方面具有很獨特的優勢，但是如果想要找到一款在上述各個方面表現都很出色的“全能型”的芯片平臺，卻并不容易。

今天，我們就為大家找到了這樣一款物聯網Wi-Fi芯片平臺——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”的物聯網無線連接應用實現更低的功耗。從以下這些關鍵參數來看，其性能表現十分搶眼，如：Wi-Fi備用關聯模式電流50μA（1秒信標廣播間隔）；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，待機電流（關閉模式）小于10μA。

圖4：RS9116系列SoC系統框圖

（圖源：Silicon Labs）

多協議

支持多協議也是RS9116系列SoC的一大亮點，在RS9116內部，配置有協議仲裁管理器管理多個無線協議共存。在Wi-Fi協議方面，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這個針對日本4.9GHz-5GHz頻段的協議；此外RS9116還支持雙模藍牙5，以及802.15.4——也就是說在該SoC上能夠運行Thread或Zigbee協議，這就為探索多協議無線物聯網應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內置了多種安全功能，如AES128/256等加速器、支持WPA/WPA2個人版和企業版客戶端等。同時，RS9116使用PUF（物理不可克隆功能）進行硬件設備識別和密鑰存儲，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，它們分別對應著不同的軟件架構和主機接口，以便與不同的處理器系列和操作系統集成，這為開發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32位的MCU主機連接，Wi-Fi協議棧、藍牙以及ZigBee、Thread等無線協議棧和配置文件以及所有網絡協議棧都在主機上運行。而在嵌入式模式下，RS9116通過UART、SPI、SDIO和USB CDC接口與一個主機連接，這時Wi-Fi協議棧、TCP/IP協議棧、IP模塊、藍牙協議棧和ZigBee PRO協議棧都在RS9116W中運行，僅有部分藍牙配置文件和所有ZigBee配置文件由主機處理，這時只需一顆8位MCU作為主機就可勝任。開發者可以根據自己的目標應用，選擇最合適的系統結構和工作模式。

開發資源豐富

豐富的配套開發資源，是RS9116系列一個非常顯著的優勢。比如通過Simplicity Studio這個集成各種Silicon Labs技術、SoC和模塊的統一開發環境，用戶可以訪問Web和SDK資源、軟件和硬件配置工具，以優化開發流程，加速項目的實施。

Silicon Labs還為RS9116 SoC和模塊提供配套的開發套件，如下面這個RS9116 WiSeConnect開發工具，就可以很方便地用來評估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、多軟件架構和不同的主機接口。該開發套件的軟件開發工具包中還提供基于無線簡單API（SAPI）的示例、開源Linux驅動程序、快速評估所需的演示示例，可以說RS9116系列SoC和模塊評估和開發所需的資源，已經盡在其中。

圖7：RS9116 WiSeConnect開發工具

（圖源：Silicon Labs）

綜上所述，RS9116系列就是專為物聯網設計的低功耗 Wi-Fi SoC，在提供足夠性能的同時，通過全方位的優化顯著降低了功耗、支持多協議無線應用、減少了MIPS要求，并實現了足夠高的安全性，加之豐富易用的開發資源，為大家提供了一個理想的物聯網Wi-Fi解決方案。

賦能物聯網Wi-Fi應用

RS9116物聯網Wi-Fi解決方案的優勢特性，使其在很廣泛的物聯網應用中都可以施展拳腳。

比如Kudelski公司基于RS9116無線模塊開發了一塊新型無線資產跟蹤設備——RecovR，既能滿足汽車經銷商對車輛在展廳、車庫以及室外對車輛進行跟蹤的需求，實現輕松高效的批次管理，又能為消費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、多協議無線通信（藍牙和Wi-Fi）和低功耗的優勢發揮得淋漓盡致：Wi-Fi + 藍牙的雙模功能，可以提供高吞吐量和更大的覆蓋范圍，以及更穩定的連接；同時，基于BLE藍牙低功耗技術，RecovR還可提供室內定位的功能，作為GPS室外定位功能的延展；整個方案價格適中，采用電池供電并支持數年的續航。

特別值得一提的是，RS9116物聯網Wi-Fi產品也已經被整合到Silicon Labs完整的Matter開發解決方案中，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，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域產品“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

物聯網應用通常受到功率、尺寸和資源的約束，與此同時又會面臨不斷增加的數據吞吐量、安全威脅方面的挑戰。在很多應用場景中，物聯網Wi-Fi不失為一種理想的解決方案。

Silicon Labs的RS9116系列產品（包括SoC芯片和模塊）為開發者提供了一個綜合表現非常出眾的開發平臺，特別是多電源管理模式帶來的低功耗特性、多協議無線功能帶來的應用擴展性、不同工作模式帶來的開發靈活性，為大家入門低功耗、多模物聯網Wi-Fi開發，提供了一塊“敲門磚”。相信你一旦用上了它，就會愛不釋手！

RS9116系列產品

RS9116系列SoC，了解詳情>>

RS9116 WiSeConnect開發工具，了解詳情>>

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