Режим энергосбережения wifi что это

Обновлено: 10.01.2025

В статье рассмотрены различные методы снижения потребляемой мощности в таких беспроводных приложениях как WLAN и Bluetooth. Описаны особенности применения беспроводных протоколов, энергосберегающих режимов, а также пути оптимизации взаимодействия различных узлов в беспроводной системе. Обсуждаются некоторые методы снижения энергопотребления при разработке беспроводных схем и особенности применяемой технологии.

В стандартах WLAN и Bluetooth определено несколько протоколов, с помощью которых возможно снижение энергопотребления системы, однако многие их них являются необязательными. Кроме того, в зависимости от метода реализации беспроводного протокола в чипе его потребляемая мощность может в большой степени отличаться от прибора к прибору. Таким образом, ясное понимание режимов работы протоколов является весьма важным для разработчиков системы, которые ищут возможность минимизировать потребляемую мощность.

При работе беспроводных устройств имеется пять состояний их физического уровня.
– Выключено. Единственным потребляемым током является ток утечки в схеме, но выход из этого состояния может занять достаточно длительное время (несколько мс).
– Спящий/дежурный режим. В этом режиме устройство может потреблять всего 175 мкВт и способно быстро перейти в активный режим.
– Ожидание. Устройство ожидает появление пакета, поэтому большинство узлов радиоприемника должно быть включено. В настоящее время устройства WLAN и Bluetooth потребляют в этом режиме 110 и 46 мВт, соответственно.
– Активный Rx. Режим подобен состоянию ожидания, но включение дополнительных блоков системы может повысить потребление мощности устройств WLAN и Bluetooth до 140 и 52 мВт, соответственно.
– Активный Tx. В состоянии передачи включается усилитель РЧ-мощности, энергопотребление которого доминирует в системе. В настоящее время для устройств WLAN (802.11g) потребляемая мощность составляет 450 мВт при выходной мощности передатчика 15 дБм. Для Bluetooth-устройств значения мощности потребления составляют 78 мВт при 3 дБм и 55 мВт при 18 дБм.
Эти физические состояния используются в различных сочетаниях в следующих режимах беспроводных протоколов:
– поиск сети;
– соединено, но незанято (холостой ход);
– поток медиатрафика;
– поток с максимальной пропускной способностью.

Для иллюстрации режимов работы протоколов на рисунке 1 показано количество времени, которое занимают различные состояния системы в режиме поиска сети, а на рисунке 2 — в режиме потока медиатрафика. Отметим, что при поиске сети устройство почти все время находится в дежурном режиме.

Рис. 1. Беспроводной режим потребления мощности: поиск сети Рис. 2. Беспроводной режим потребления мощности: режим поток медиатрафика

Более того, устройство продолжает основную часть времени находиться в дежурном режиме и во время передачи и приема медиатрафика. Требуемая в этом случае скорость передачи данных ниже, чем радиоемкость, и устройство может находиться в этом состоянии непрерывно в течение нескольких часов.
В режиме максимальной пропускной способности беспроводное устройство старается передать необходимый объем данных как можно быстрее (например, при передаче файлов). Устройства находятся в этом режиме весьма короткое время. Чем выше скорость передачи, тем быстрее устройство возвращается в режим холостого хода.

Может показаться, что путем минимизации рассеиваемой мощности в каждом режиме можно добиться снижения общей потребляемой мощности. Однако это представление далеко от истины. В действительности, все зависит от способа применения протоколов.
Для того чтобы понять это соображение, рассмотрим стандартные энергосберегающие протоколы, доступные на сегодняшний день:
– наследуемый энергосберегающий режим (Legacy Power-save Mode), основополагающий метод энергосбережения стандарта 802.11;
– технология Unscheduled Automatic Power Save Delivery (u-APSD), которая была определена в улучшенной версии стандарта 802.11 — 802.11e;
– режим энергосбережения технологии «множественного входа, множественного выхода» (Multiple-input/multiple-output — MIMO), определенной в стандарте 802.11n;
– режим энергосберегающего множественного опроса (Power Save Multi-Poll — PSMP), также определенный в стандарте 802.11n.
Рисунок 3 иллюстрирует принцип работы наследуемого энергосберегающего режима. Устройство в этом режиме сообщает точке доступа, что оно собирается перейти в спящий режим. Пока устройство находится в спящем режиме, точка доступа хранит данные, предназначенные для этого устройства.

Технология u-APSD

Этот протокол основан на опросах устройством точек доступа, подобно описанному выше наследуемому энергосберегающему режиму, но в данном случае периоды дежурного/активного состояния устройства имеют намного более мелкую структуру. По этой причине такую технологию наиболее целесообразно применять в системах VoIP.
Рисунок 4 иллюстрирует принцип действия технологии u-APSD. Обычно WLAN-устройство, принимающее голосовой трафик, все время находится в режиме ожидания, потому что ему не известно, когда поступит пакет с информацией. Когда это устройство получает информацию для пересылки, оно переходит в режим передачи.

Устройство имеет возможность перехода в спящий режим и обратно в активный для приема следующего сигнала маяка, т.к. этот период времени составляет примерно 100 мс, а VoIP-пакеты могут идти с периодом 10 или 20 мс.

В технологии u-APSD устройство сообщает точке доступа, что оно работает в соответствии с этим протоколом и точка доступа сохраняет переданный по нисходящему каналу пакет для этого устройства. В этом случае, однако, как только точка доступа обнаружит пакет по восходящему каналу для этого устройства, она автоматически разблокирует любые пакеты для этого устройства по нисходящему каналу.

Это позволяет устройству находиться в дежурном режиме до тех пор, пока ему не придется переслать VoIP-пакет по восходящему каналу. Имеется небольшая задержка в режиме ожидания, когда точка доступа собирает и отправляет пакеты по нисходящему каналу, во время которой устройство переходит в режим приема.
Получив все пакеты по нисходящему каналу (в последнем пакете имеется специальный индикатор окончания), устройство немедленно возвращается в спящий режим с малым энергопотреблением. Интересно, что увеличение скорости передачи данных улучшает эффективность потребления энергии, поскольку сокращается время активных режимов Tx и Rx, а время дежурного режима увеличивается. Итак, этот метод может привести к значительному снижению потребляемой мощности при передаче голоса — примерно на одну шестую часть той мощности, которая потребляется системой без u-APSD.

Режим энергосбережения технологии MIMO

Потенциально режим энергосбережения, используемый в технологии MIMO, более эффективен, т.к. использование множественных каналов приема-передачи увеличивает скорость доставки данных [3]. Множество каналов приема/передачи увеличивает потребляемую мощность, но благодаря их большому числу увеличивается и пропускная способность системы.
Тем не менее только в режиме ожидания пакетов использование множества приемных каналов не эффективно. Кроме того, сигнал маяка обычно передается на низкой скорости без MIMO-кодирования для того, чтобы все устройства сети могли его успешно принимать. Поэтому устройству нет необходимости использовать два приемных канала для получения этого пакета.
Для снижения энергопотребления устройство может динамически изменять число передающих и приемных каналов, активных в разных условиях работы. Такая особенность называется режимом энергосбережения MIMO. Например, устройство может динамически переключаться между конфигурациями 2×2 и 1×1, в зависимости от того, питается оно от батареи или от сети (см. рис. 5).

Режим энергосберегающего множественного опроса (PSMP)

Режим PSMP предназначен в основном для снижения потребляемой мощности VoIP-клиентов, однако при этом следует выполнять определенные условия. В режиме PSMP время тратится на ожидание сигнального маяка (PSMP-пакета) для уменьшения конфликтов в среде, когда большое число VoIP-устройств начинает работать одновременно.

PSMP эмулирует систему множественного доступа с временным разделением каналов (TDMA) стандарта 802.11. Подробно режим PSMP описан в [1].

Сравнивая режимы PSMP и APSD, можно отметить, что в случае с APSD устройство расходует время лишь на пересылку трафика по восходящему каналу и получение подтверждения или получение трафика по нисходящему каналу и пересылку подтверждения. Это весьма эффективный процесс.

В режиме PSMP устройство должно перейти в активный режим и получить пакет PSMP-маяка, что очевидно является потерей времени. В зависимости от количества других беспроводных устройств в сети и распределения времени их работы, данное устройство может не иметь время на переключение в спящий режим, «пробуждение» и получение пакета.
Промежуток времени может быть настолько коротким, что устройство постоянно находится в спящем режиме, тогда как другие устройства принимают предназначенные им VoIP-пакеты. Аналогичная ситуация может возникнуть при передаче трафика в режиме PSMP.

Другой недостаток режима PSMP проявляется при изменении скорости передачи данных, например при перемещении беспроводных устройств относительно друг друга. В результате PSMP-устройства должны использовать более низкую скорость передачи, т.к. утерянные пакеты могут загружать канал.

Если пакет теряется в TDMA-системе, то он может быть восстановлен намного позже. Система назначает новый промежуток времени для повторной трансляции пакета, т.к. основная идея TDMA — передавать пакеты один за другим и не допускать повторной передачи потерянных пакетов.

В отличие от этого, в технологии APSD утерянный пакет может быть немедленно передан повторно без специальной централизованной синхронизации. Это позволяет APSD-устройствам активнее использовать более высокую скорость передачи, что снижает потребление энергии.

Все эти факты говорят о высоких временных издержках режима PSMP, поэтому этот метод эффективен, только если число VoIP-узлов сети превышает 15. В режиме APSD устройства самостоятельно переходят в активный режим и не синхронизируются между собой извне. По этой причине они вступают в конфликт или ожидают окончания процесса передачи других устройств.
Таким образом, для сети с небольшим числом VoIP-устройств лучше использовать технологию APSD, а при большом числе VoIP-вызовов для одной точки доступа можно получить преимущества режима PSMP.

Александр Губа, к.т.н., руководитель НИЦ СЭЭТ, ДГТУ

Одним из критериев, по которым оцениваются качественные показатели практически всего многообразия электронного оборудования, является величина потребляемой мощности как отдельным устройством в составе системы, так и всей системой в целом. Но особую значимость этот параметр приобретает при эксплуатации оборудования с автономными источниками питания. Поэтому проведенный автором всесторонний анализ методов снижения потребляемой мощности в беспроводных системах по части использования различных режимов работы протоколов стандартов WLAN и Bluetooth, по технологическим и схемотехническим методам, а также ряд предложенных общих рекомендаций вызывают интерес.

Более того, на начальном этапе материалы статьи могут представлять руководство по проектированию и оказать существенную помощь разработчику в выборе оптимальных вариантов энергосбережения при проектировании электронных устройств и систем, и далеко не только беспроводного характера. Но следует иметь в виду, что нет единого универсального пути решения задачи, а в каждом из реальных сценариев применения энергосберегающих методов всегда следует пытаться найти скрытые резервы. Это и использование РЧ-усилителей мощности, работающих в режиме класса С, и низкочастотных усилителей — в режиме класса D, применение стабилизаторов напряжения с малыми потерями на регулирующем элементе и ряд других.

В целом в статье затронута злободневная тема, которая, как представляется, должна найти свое дальнейшее развитие.

Откройте и сконфигурируйте расширенные настройки адаптера для удовлетворения ваших нужд беспроводной связи.

Нажмите или название темы для получения информации:

Щелкните правой кнопкой мыши Пуск в нижнем левом углу.
Выберите Диспетчер устройств
Нажмите символ >, чтобы открыть список Сетевые адаптеры.
Правой кнопкой мыши нажмите на беспроводной адаптер и нажмите Свойства.
Щелкните Дополнительно для открытия и конфигурации дополнительных настроек.

Выберите Чудо-кнопки > Настройки > Сведения о компьютере (или можно нажать правой кнопкой мыши значок Пуск в левом нижнем углу.)
Нажмите Диспетчер устройств (находится на левой верхней стороне экрана).
Нажмите символ >, чтобы открыть список Сетевые адаптеры.
Правой кнопкой мыши нажмите на беспроводной адаптер и нажмите Свойства.
Щелкните Дополнительно для открытия и конфигурации дополнительных настроек.

Нажмите правой кнопкой мыши значок Мой компьютер на рабочем столе или в меню Пуск.
Нажмите Управлять.
Выберите Диспетчер устройств
Нажмите символ «+», чтобы открыть список системных адаптеров.
Правой кнопкой мыши нажмите на беспроводной адаптер и нажмите Свойства.
Щелкните Дополнительно для открытия и конфигурации дополнительных настроек.

Расширенные настройки адаптера Wi-Fi

Примечание

Некоторые свойства могут не отображаться, так как это зависит от типа беспроводного адаптера, версии драйвера или установленной операционной системы.

Беспроводный режим 802.11a/b/g или беспроводный режим

Позволяет выбирать полосу рабочих частот адаптера: 802.11b, 802.11g и 802.11a.

Только 802.11a: подключает беспроводный адаптер только к сетям 802.11a.
Только 802.11b: подключает беспроводный адаптер только к сетям 802.11b.
Только 802.11g: подключает беспроводный адаптер только к сетям 802.11g.
802.11a и 802.11g: подключает беспроводный адаптер только к сетям 802.11a и 802.11g.
802.11b и 802.11g: подключает беспроводный адаптер только к сетям 802.11b и 802.11g.
802.11a, 802.11b и 802.11g (по умолчанию): Подключает беспроводный адаптер к сетям 802.11a, 802.11b и 802.11g.

Настройка позволяет выбрать режим высокой пропускной способности 802.11n (режим НТ), режим очень высокой пропускной способности 802.11ac (режим VHT), 802.11ax или отключить режимы 802.11n/ac/ax. Установка по умолчанию может иметь значение 802.11ac или 802.11ax в зависимости от вашего адаптера.

Disabled
Режим HT или 802.11n: обеспечивает передачу данных на скоростях режима 802.11n.
Режим VHT или 802.11ac: обеспечивает передачу данных на скоростях режима 802.11ac.
802.11Ax: обеспечивает передачу данных на скоростях режима 802.11ax.

Стандарт 802.11n добавляет режим множественного ввода-вывода (MIMO). Режим MIMO повышает пропускную способность для увеличения скорости передачи данных. Используйте эту настройку для включения или выключения поддержки режима с высокой пропускной способностью (MIMO - 802.11n).

Настройки доступны только для следующих адаптеров:

Точка доступа WiFi Intel® 5350
Точка доступа WiMAX/WiFi Link 5150
Адаптер WiFi Intel® 5300
Адаптер WiFi Intel® 5100
Точка Intel® Wireless WiFi 4965AGN

Для достижения скоростей передачи данных более 54 Мбит/с с подключениями 802.11n необходимо выбрать режим безопасности AES WPA2. Вы не должны указывать режим безопасности (None) при выполнении настройки сети и поиске и устранении неисправностей. Администратор может включить или отключить поддержку режима повышенной пропускной способности для уменьшения энергопотребления или вероятности конфликтов с другими частотами, а также других проблем совместимости.

Используйте параметр ширины канала для установки режима с высокой пропускной способностью для повышения производительности.

Авто (по умолчанию): для полосы с частотой 5 ГГц эта настройка использует частоты 20/40/80/160 МГц в зависимости от настроек используемой беспроводной точки доступа или маршрутизатора
20 МГц

Канал Ad-hoc 802.11 b/g представляет полосу частот и возможность выбора канала одноранговых беспроводных сетей (ad-hoc). Нет необходимости переключать канал, пока другие компьютеры в сети ad-hoc не начнут использовать канал по умолчанию.

Если вы должны изменить канал, выберите разрешенный рабочий канал:

802.11b/g (по умолчанию): выберите, если используется полоса частот 802.11b и 802.11g (2,4 ГГц).
802.11a: выберите, если используется полоса частот 802.11a (5 ГГц).

Функция управления QoS (Quality of Service) в сетях ad-hoc распределяет приоритет трафика, поступающего от точки доступа по локальной сети (Wi-Fi, основываясь на классификации трафика. WMM* (Wifi MultiMedia*) – это сертификация QoS организации Wi-Fi Alliance* (WFA). Если функция WMM включена, адаптер использует WMM для поддержки приоритета пометки и упорядочивания функций для сетей Wi-Fi.

Вкл. WMM
Выкл. WMM (по умолчанию)

Беспроводный сетевой адаптер Intel® PRO/Wireless 2915ABG
Беспроводный сетевой адаптер Intel® PRO/Wireless 2200BG

Функция снижения нагрузки ARP относится к способности сетевого адаптера реагировать на запросы ARP IPv4 без пробуждения компьютера. Для активации этой функции аппаратные средства и драйвер должны поддерживать снижение нагрузки ARP.

Включено (по умолчанию)
Disabled

Эта настройка позволяет сообщать соседним сетям о том, что данный адаптер несовместим с каналами шириной 40 МГц в диапазоне 2,4 ГГц. Когда адаптер выключен, он не отправляет эти оповещения.

Включено
Отключено (по умолчанию)

По умолчанию адаптер Wi-Fi будет выполнять периодическое сканирование других доступных точек доступа.
Его отключение может помочь при использовании программного обеспечения, которое реагирует на короткие прерывания сети.

Всегда: периодическое сканирование других доступных точек доступа не выполняются.
Никогда (по умолчанию): выполняется периодическое сканирование других доступных точек доступа.
Хороший RSSI: выполняется периодическое сканирование других доступных точек доступа только в случае слабого сигнала текущей точки доступа.

Повторное использование временного ключа группы (GTK) применяется для шифрования и дешифрования сетевого трафика.

Защита смешанного режима используется для предотвращения конфликтов при передаче данных в смешанных средах 802.11b и 802.11g. Настройки RTS/CTS (Request to Send/Clear to Send) должны использоваться в средах, в которых клиенты могут не слышать друг друга. Используйте настройку CTS-self для получения повышенной пропускной способности в средах, где клиенты находятся в доступной близости.

CTS-to-self включено
RTS/CTS включено (по умолчанию)

Снижение нагрузки NS относится к способности сетевого адаптера реагировать на запросы NDNS (Neighbor Discovery Neighbor Solicitation) с представлением в окружении в без пробуждения компьютера. Для активации этой функции аппаратные средства и драйвер должны поддерживать снижение нагрузки NS.

Включено (по умолчанию)
Disabled

Включает функцию экономии энергопотребления, сокращая число получаемых прерываний. Функция уменьшает количество принимаемых прерываний, объединяя случайные широковещательные или многоадресные пакеты.

Включено (по умолчанию)
Disabled

Нет предпочтений (по умолчанию)
Предпочитаемый диапазон 2,4 ГГц
Предпочитаемый диапазон 5 ГГц

Эта настройка меняет предельное значение мощности сигнала, с помощью которого адаптер WiFi начинает поиск другой предполагаемой точки доступа. Значение по умолчанию – Средняя. В зависимости от окружения этот параметр может работать лучше других. Вы можете попробовать другие варианты для подбора лучшего значения для вашего окружения. Однако рекомендуется вернуть значение настройки по умолчанию (Medium), если вам не удастся подобрать что-то лучшее.

Низкая: адаптер Wi-Fi начнет сканирование роуминга для выбора другой предполагаемой точки доступа, когда мощность сигнала взаимодействия с текущей точкой доступа станет очень низкой.
Средняя-низкая
Средняя (по умолчанию): Рекомендуемое значение.
Средняя-высокая
Высокая: адаптер Wi-Fi начнет сканирование роуминга для выбора другой предполагаемой точки доступа, когда мощность сигнала взаимодействия с текущей точкой доступа остается достаточно хорошей.

Режим сна при отключении WoWLAN является возможностью перевода устройства в режим сна или отключения после разрыва соединения WoWLAN.

Включено
Отключено (по умолчанию)

Можно повысить пропускную способность передачи, разрешив пакетную передачу.
Если эта настройка включена, и клиент (адаптер Wi-Fi) имеет достаточно данных в буфере, он может дольше удерживать подключение для отправки данных в точку доступа, чем обычно.
Это улучшает только пропускную способность отправки данных (из клиента в точку доступа) и, главным образом, эффективно для загрузки больших файлов или пересылки больших объемов исходящих данных.

Включено
Отключено (по умолчанию)

Мощность передачи

Оптимальная настройка используется для обеспечения минимальной мощности передачи, оптимальной для поддержания должного качества связи. Эта настройка допускает использование максимального количества беспроводных устройств в ограниченных областях. Это уменьшает помехи для других устройств, которые используют эти же радиочастоты. Уменьшение мощности передачи снизит дальность радиосигнала.

Низкая: настраивает адаптер на минимальную мощность передачи. Увеличьте число областей распространения или ограничьте область распространения сети. Вы должны уменьшить область работы адаптера в зонах интенсивного трафика для повышения общего качества передачи и предотвращения перегрузки, и помех для других устройств.
Средняя-низкая, средняя или средняя-высокая: устанавливается в соответствии с принятыми в стране требованиями.
Наивысшая (по умолчанию): устанавливает максимальный уровень передачи адаптера. Используйте эту настройку в средах с ограничением числом радиоустройств для использования максимальной производительности и диапазона.

Эта настройка также работает в общем сетевом режиме (Infrastructure) или в режиме одноранговой сети (ad hoc).

U-APSD (или энергосбережение WMM или WMM-PS) является возможностью сети Wi-Fi, обеспечивающей энергосбережение в режимах с малой периодичностью трафика и низкой чувствительностью к задержкам, например, при использовании VoIP. Мы идентифицировали проблемы внутренней совместимости (IOT) для определенных точек доступа, использование которых приводит к снижению пропускной способности RX.

Wake on magic packet

Если эта настройка включена, компьютер будет выходить из режима сна после получения пакета "Magic" из передающего компьютера. Пакет "Magic" содержит MAC-адрес выбранного целевого компьютера. Включение приводит к включению настройки "Wake on Magic Packet". Выключение приводит к выключению настройки "Wake on Magic Packet". Выключается только функция "Magic Packet", но не функция "Wake on Wireless LAN".

Включено (по умолчанию)
Disabled

Пробуждает компьютер из режима сна, когда адаптер получает особый шаблон пробуждения. Данная функция имеет поддержку в ОС Windows 7*, Windows 8* и Windows® 10. Обычные шаблоны:

Пробуждение после получения нового входящего подключения TCP по протоколам IPv4 и IPv6 (TCP SYN IPv4 и TCP SYN IPv6);
Пробуждение выполняется после получения пакетов повторной аутентификации 802.1x

Отключение этой настройки приводит только к отключению функции проверки совпадений шаблонов "pattern match", но не функции "Wake on Wireless LAN".

Данная статья в основном касается популярного модуля ESP8266 (ESP8285).

Недавно на одном из форумов мне задали вопрос о протоколе ESP-NOW. В итоге решил рассказать о способах сокращения потребления датчиков и исполнительных устройств, работающих по WiFi, к ним относится и ESP8266, в частности Sonoff.

Сначала суть решаемой проблемы.

В классическом решении на WiFi необходимо использовать либо специальный роутер, либо смартфон или устройства в режиме точки доступа.

Сама процедура соединения и передачи данных без специальных танцев с бубном на ESP8266 составляет от 1 до 4 секунд. При этом ток потребления не менее 70 мA.

При работе от батарейки, например, датчика температуры используется режим глубокого сна. Устройство периодически просыпается, отсылает данные и засыпает.

На основе своего опыта могу сказать, что время активности ESP8266 можно сократить до 0.1-0.13 сек.

Причем существенную часть этого времени составляет время работы загрузчика: от 0.08 сек., до 0.1 сек., но в это время еще не включен wifi и поэтому ток потребления составляет в среднем 25 мA.

Использую этот интервал для проверки заряда аккумулятора.
Если заряда недостаточно для связи, снова посылаю устройство спать.
Использую это время для проверки показаний датчика и сравнения с заданным коридором значений.

Если в коридоре, то отправляю устройство снова спать.
Таким образом, существенно сокращаются лишние посылки данных.

Как правило, в проектах типа «умного дома», самогонного или пивного агрегата, метеостанции погоды надо измерять температуру и включать и выключать реле лампочку, насос, двигатель.
Для управления такими устройствами и получения данных температуры или давления на смартфон или другое устройство достаточно нескольких байт.

Применительно к ESP8266 в интернете известно несколько способов сокращения времени активности устройств в режиме передачи данных по WiFi.

Вариант 1: использование протокола TCP/IP и фиксированного адреса IP.
Первым его для ESP8266 сделал pvvx.
Недостатки: Применение самопального SDK.
Время активности от 0.54 сек.

Вариант 2: этот способ первым применил я давно, но в инете его не нашел и сегодня.
Использование протокола UDP, фиксация параметров соединения в RAM RTC, отключение DHCP.
Достоинство: стандартный SDK никаких костылей, длина пакета до 64К.
Время активности от 0.25 сек.

Вариант 3: протокол ESP-NOW.
Недостаток: сложность понимания любителями, необходимость комбинирования с протоколом wifi для обмена данными со смартфоном.
Достоинство: стандартная SDK, никаких костылей, длина пакета до 512 байт.
Время активности: от 0.13 сек(стандартный загрузчик); 0.1(специальный загрузчик)

Вариант 4: решение CNLohr на основе самопальной pvvx SDK и использования сырых пакетов.
Отличие от решения ESP-NOW в том, что передаваемый пакет меньше, но используется протокол WiFi.
Недостаток: очень сложно в освоении любителями, не может быть реализована в среде ардуино, требует внесение изменения в софт роутера.
Время активности: как в варианте 3.

Вариант 5: универсальный метод для частных сетей на основе WiFi.
Никаких костылей. Реализуемо легко на ардуино, софт стандартный.
Можно применять не только для ESP.
Не требует роутера.
Недостаток: длина пакета 4 байта
Время активности: как в варианте 3 и 4.

Метод:
В локальной сети мы используем специальные MAC адреса.
Первый байт адреса, например, 0x36.
Второй байт адреса указывает номер устройства.
3,4,5,6 байты содержат передаваемую информацию.
В итоге для получения переданной информации требуется лишь выполнить соединение.
Время на передачу данных равно нулю, так как данные получаем в момент соединения.

Вариант реализации этого метода для ардуино можно списать здесь.

В приведенном примере реализован лишь вариант данного метода передачи данных.

В нем нет режима глубокого сна. Поэтому экономия энергии в нем лишь за счет нулевого времени на передачу информации. Передатчик работает лишь при соединении и ток возрастает до 300 мА лишь на 2-4 мс.

Для получения полного эффекта экономии любым из вариантов необходимо реализовать режим глубокого сна стандартным способом.

Таким образом, в вариантах с 3 по 5, работа WiFi блока занимает не более 0.04 сек.
Именно в это время ток потребления изменяется в пределах от 70 до 300 мА.
В остальное время ток потребления ESP8266 не более 20 мA.
В итоге, вместо затрат энергии на один сеанс 70 мA*с, получаем примерно 3 мA*с.
Желающие могут точнее посчитать экономию для конкретных устройств.

Время рассчитывается с учетом времени работы загрузчика,
которое составляет в стандартном boot 0.12 секунды.
Если переписать загрузчик, то время можно еще сократить дополнительно на 0.04-0.06 секунды.

Таким образом, если мы логин, пароль и IP сохраняем в RTC, то время работы батарейки увеличивается в 3 раза, чем без сохранения. Этот способ экономии известен в интернете и используется многими.

Но если Вы отключите DHCP, то время работы батарейки увеличится примерно в 13 раз.
Именно так я и поступаю, но в интернете я не встречал такого решения.

Современный смартфон несет «на борту» множество беспроводных технологий, и все они нуждаются в питании. Некоторые пользователи даже выключают Wi-Fi, Bluetooth или NFC, когда ими не пользуются. Давайте разберемся, сколько энергии на самом деле потребляют эти модули и есть ли смысл их постоянно отключать.

Потребление ночью

Сперва выясним, сколько «кушают» основные беспроводные потребители, когда вы спите. Все тесты мы проводили на смартфоне OnePlus Nord (8/128 ГБ, NFC, Wi-Fi, Bluetooth 5.1, LTE, 4G, батарея — 4115 мА*ч), который недавно получил обновление до актуального Android 11. Согласно данным приложения AccuBattery Pro, состояние аккумулятора — 93% или 3 847 мА*ч. Установлено 52 сторонних приложения, среди которых около десятка стабильно присылают уведомления (социальные сети и мессенджеры). Одним словом, среднестатистический девайс обычного человека.

Аппарат тестировался в режиме ожидания с 23:00 до 7:00, то есть ровно восемь часов. В первом случае все беспроводные сети были выключены. Во вторую ночь смартфон был подключен к домашней сети Wi-Fi диапазона 5 ГГц, а через Bluetooth сопряжен со смарт-часами Amazfit GTS.

Были включены NFC и геолокация, а также режим «не беспокоить», чтобы уведомления не прерывали сон автора.

По итогу выясняем, что «активный» смартфон разрядился всего на 1% больше. За эти восемь часов пришло шесть уведомлений из мессенджеров. Спящий режим работает довольно эффективно.

Wi-Fi или 4G

Безлимитные тарифы у операторов стали доступнее. Многие и вовсе не пользуются Wi-Fi на телефоне, предпочитая мобильный интернет. Считается, что последний разряжает смартфон гораздо быстрее. Давайте проверим это на практике. Посмотрим, насколько эффективно работает модем современного процессора на примере Snapdragon 765G, выпущенного в прошлом году.

Прогоняем тестовое видео длительностью один час. Яркость зафиксируем на уровне 30%. В первом случае телефон использует 4G-сигнал, во втором — уже упомянутую сеть Wi-Fi на 5 ГГц.

Как видим, сотовые данные действительно потребляют больше энергии: на относительно небольшом отрезке получаем 7% против 5% у «вайфая». Разница в скорости разряда видна даже на стандартном графике Android: пологая кривая после перехода на 4G резко устремляется вниз.

И это в идеальных условиях, когда смартфон лежит на одном месте. Если вы будете использовать 4G на улице, постоянно перемещаясь при этом, модем будет подключаться к разным сотовым вышкам и расходовать еще больше заряда.

Правда и в случае с Wi-Fi возможна аналогичная ситуация: например, в крупном торговом центре, когда телефон будет периодически терять сигнал и подключаться к нескольким точкам доступа в здании.

Вывод очевиден — дома лучше использовать Wi-Fi. Он не только потребляет меньше заряда, но и гораздо стабильнее по уровню сигнала и задержкам. Конечно, это справедливо при условии, что у вас хороший роутер.

Bluetooth-наушники против проводных

За последние пару лет беспроводные гарнитуры обрели популярность. Благодаря тому, что появились доступные модели в пределах пары тысяч рублей, люди стали гораздо охотнее избавляться от проводов. Но насколько активнее беспроводная гарнитура разряжает телефон по сравнению с традиционными «хвостатыми» наушниками? Давайте выясним. В качестве беспроводного варианта возьмем недорогое TWS-решение от Xiaomi — Mi True Wireless Earbuds.

Оппонировать им будут арматурные Xiaomi Mi In-Ear Headphones Pro HD с переходником на Type-C, поскольку тестируемый телефон не имеет разъема на 3,5 мм.

Прогоняем пару раз то же самое видео, громкость фиксируем на 50%. Как и следовало ожидать, расход выше с беспроводными наушниками: часть энергии тратится на работу модуля, отвечающего за беспроводное соединение между устройствами, и поддержание связи между ними.

Несмотря на наличие Bluetooth 5.0 у беспроводных наушников, который обещает уменьшенное потребление энергии в сравнении с четвертой версией, с «хвостатым» собратом им не потягаться. На небольшом отрезке энергопотребление оказывается практически на 30% выше.

А что с NFC и геолокацией?

Проведя пару тестов со включенными NFC и GPS, а затем выключив их, мы обнаружили, что они вообще не влияют на скорость разряда. В режиме ожидания беспроводные протоколы потребляют ничтожно мало энергии. Они активируются, только когда вы ими пользуетесь: оплачиваете покупки или прикладываете телефон к NFC-метке, смотрите карту или пользуетесь навигацией.

Правда, в случае с GPS стоит сделать небольшую ремарку. Некоторые приложения могут использовать геолокацию в фоновом режиме. Чтобы отключить эту функцию, зайдите в настройки разрешений для конкретной программы и выберите «Местоположение»:

Что в итоге?

Отметим, что не всегда в увеличенном расходе виноваты беспроводные сети и аксессуары. Расход энергии может увеличиваться или уменьшаться не только из-за конкретных сервисов, он также зависит от конкретной модели. Смартфоны используют разные процессоры (Snapdragon, Kirin, Exynos, Helio), а каждый производитель разрабатывает свой вариант прошивки для Android. При этом подход к оптимизации энергопотребления может существенно различаться.

Например, пользователи Samsung Galaxy S20 жаловались на плохое время автономной работы из-за прожорливого процессора и недоработок в оптимизации прошивки. Компания учла критику и в S21 установила новый процессор, который стал чуть быстрее и при этом экономичнее. Обновили и алгоритмы, отвечающие за энергопотребление. В результате новая модель заметно превзошла своего предшественника в плане автономности.

Кроме того, у каждого человека имеются свои сценарии использования: кому-то важно, чтобы смартфон жил два-три дня, другие же пользуются возможностями на полную катушку.

Однако следует учитывать, что мобильный интернет, геолокация и Bluetooth-наушники быстрее разрядят аккумулятор при любом сценарии использования и в любой модели, поскольку принцип их работы одинаков для всех. Если для вас это важно, попробуйте настроить сценарии работы и оптимизировать расход энергии.

Читайте также: