ESP32 测试（八）：不同 Wi-Fi 协议对 ESP32 AP 模式发包时的持续时间以及电流功耗的测试

一. 测试目的

经常会有开发者提出不同 Wi-Fi 协议对 ESP32 AP 模式发包时的持续时间以及电流功耗，本文将进行此项测试。

二. 测试环境

为了保证测试结果的一致性，采用以下测试环境:

esp-idf
本文使用 release/v3.3 版本进行测试，对应 commit 为 2befd5c。可通过以下命令确认:
```
git log --oneline -1
```
结果为:
```
2befd5c Merge branch 'feature/wifi_prov_ext_httpd_v3.3' into 'release/v3.3'
```
toolchain 版本
gcc version 5.2.0 (crosstool-NG crosstool-ng-1.22.0-80-g6c4433a) ，可通过以下命令确认:
```
xtensa-esp32-elf-gcc -v
```
结果为(log 过长，只需要关注最后的这部分。如下):
```
Thread model: posix
gcc version 5.2.0 (crosstool-NG crosstool-ng-1.22.0-80-g6c4433a) 
```
测试主机
Linux 环境,Ubuntu 16.04 LTS，可选用其他平台。
开发板
ESP32-WROOM-32D 开发板，可选用其他基于 ESP32 的开发板。
测试示例
esp-idf 里的 softAP 示例。
测试工具
Tektronix MDO3104 示波器。

三. 测试步骤

此次测试使用了 esp-idf 里的 softAP 示例。

1. 接入示波器

测试时测量 Vcc 引脚上连接导线的电流即可。

2. 代码修改

首先你需要下载并配置 esp-idf，配置完成后，你可以输入以下指令来进入对应的项目：

cd ~/esp/esp-idf/examples/wifi/getting_started/softAP

然后你需要添加 Wi-Fi 协议设置的 API。以下是具体的操作：

添加 Wi-Fi 协议设置的 API：在 softap_example_main.c 里的 wifi_init_softap() 函数中添加 esp_wifi_set_protocol(ESP_IF_WIFI_AP,WIFI_PROTOCOL_11B)，这样就将 Wi-Fi 协议设置为 802.11b。以下是 esp-idf 支持的 Wi-Fi 协议：

802.11 B     esp_wifi_set_protocol(ifx, WIFI_PROTOCOL_11B)
802.11 BG    esp_wifi_set_protocol(ifx, WIFI_PROTOCOL_11B|WIFI_PROTOCOL_11G)
802.11 BGN   esp_wifi_set_protocol(ifx, WIFI_PROTOCOL_11B|WIFI_PROTOCOL_11G|WIFI_PROTOCOL_11N)
802.11 BGNLR esp_wifi_set_protocol(ifx, WIFI_PROTOCOL_11B|WIFI_PROTOCOL_11G|WIFI_PROTOCOL_11N|WIFI_PROTOCOL_LR)
802.11 LR    esp_wifi_set_protocol(ifx, WIFI_PROTOCOL_LR)

注：ifx 参数在此处应为 ESP_IF_WIFI_AP。

3. 固件烧写及串口监视

在正确修改 Wi-Fi 协议后，你可以进行固件烧写及串口监视，首先你需要针对 Wi-Fi 账号密码进行简单配置：

make menuconfig

在 menuconfig 界面，你需要设置想要的 AP 的 SSID 和 password，然后你就可以运行如下指令进行固件烧录及串口监视：

make flash monitor

在串口监视工具中，当你看到 AP 模式成功初始化并显示 SSID 和 password 时，就可以开始此次测试了。

四. 测试结果

运行此示例，在首次烧录并成功初始化 AP 之后，你即可从示波器上观测到想要的测试信息。以下是对应不同 Wi-Fi 协议下的 AP 模式发包时的持续时间以及电流功耗结果：

Wi-Fi 协议	AP 模式发包时的持续时间	AP 模式发包时的电流功耗
802.11b	1.28 ms	264 mA
802.11b/802.11g	1.52 ms	392 mA
802.11b/802.11g/802.11n	1.96 ms	392 mA

对应示波器截图如下：

802.11b
802.11b|802.11g
802.11b|802.11g|802.11n

五. 总结

通过以上方法，可测出 ESP32 的不同 Wi-Fi 协议对 ESP32 AP 模式发包时的持续时间以及电流功耗，用户可选择采用以上方法对自己的 ESP32 进行对应测试。

六. 附录：相关知识整理

1. Wi-Fi IEEE 802.11b

IEEE 802.11b 是无线局域网的一个标准。其载波的频率为 2.4 GHz，可提供 1、2、5.5 及 11 Mbit/s 的多种传输速度。在 2.4 GHz 的 ISM 频段共有 11 个频宽为 22 MHz 的频道可供使用，它是 11 个相互重叠的频段。IEEE 802.11b 的后继标准是 IEEE 802.11g。

802.11b 工作在 2.4G 的 ISM 频段上，物理层上使用了的补码键控（CCK）调制方式，不同于 802.11 原始标准，使得最大速率达到 11 Mbps。在介质访问控制上，标准采用载波侦听多路访问／冲突避免（CSMA/CA）的方式，这与原始标准相同。考虑到 CSMA/CA 协议的开销，802.11b 设备间的最大吞吐量，TCP 可以达到 5.9 Mbps，UDP达到 7.1 Mbps。由于微波炉，蓝牙设备，ZigBee 等产品都工作在 ISM 频段上，802.11b 设备可能会受到其他设备的干扰。

2. Wi-Fi IEEE 802.11g

IEEE 802.11g 在 2003 年7 月被通过。其载波的频率为 2.4 GHz（跟 802.11b 相同），共 14 个频段，最大传送速度为 54 Mbit/s。802.11g 的设备向下与 802.11b 兼容。

802.11g 工作在 2.4G 的 ISM 频段上，物理层上使用了正交频分复用（OFDM）调制方式，不同于 802.11 原始标准和 802.11b 标准，而与802.11a 标准相同，使得最大速率达到 54 Mbps。在介质访问控制上，标准采用载波侦听多路访问／冲突避免（CSMA/CA）的方式，这与其他标准相同。考虑到 CSMA/CA 协议的开销，802.11g 设备间的最大吞吐量可以达到 31.4 Mbps。由于微波炉，蓝牙设备，ZigBee 等产品都工作在 ISM 频段上，802.11g 设备可能会受到其他设备的干扰。

3. Wi-Fi IEEE 802.11n

IEEE 802.11n（又被称为 Wi-Fi 4），于 2009 年 9 月正式批准。该标准增加了对 MIMO 的支持，最大传输速度為 450 Mbit/s。同时，通过使用 Alamouti 提出的空时分组码，该标准扩大了数据传输范围。

4. Wi-Fi IEEE 802.11b/g/n 的区别

协议标准时间	发布时间	工作频段	标准速度	理想最高速率	覆盖范围
802.11b	1999	2.4-2.5 GHz	6.5 Mbps	11 Mbps	30 m / 100 m
802.11g	2003	2.4-2.5 GHz	25 Mbps	54 Mbps	30 m / 100 m
802.11n	2009	2.4 GHz / 5 GHz	300 Mbps	600 Mbps	70 m / 250 m

4. 英文简写术语解释

ISM：ISM 频段 (Industrial Scientific Medical Band)，分別是工业的 (Industrial)、科学的(Scientific)和医学的(Medical)，因此 ISM 频段就是各国挪出某一段频段主要开放给工业，科学和医学机构使用。应用这些频段无需许可证或费用，只需要遵守一定的发射功率（一般低于1 W），并且不要对其它频段造成干扰即可。ISM 频段在各国的规定并不统一。如在美国有三个频段 902-928 MHz、2400-2484.5 MHz 及5725-5850 MHz，而在欧洲 900 MHz 的频段则有部份用于 GSM 通信。而 2.4 GHz 为各国共同的 ISM 频段。因此无线局域网 (IEEE 802.11b/IEEE 802.11g)、蓝牙、ZigBee 等无线网络，均可工作在 2.4 GHz 频段上。
CCK：补码键控
OFDM：正交频分多工 (Orthogonal frequency-division multiplexing) 有时又称为分离复频调变技术 (discrete multitone modulation, DMT)，可以视为多载波传输的一个特例，具备高速率资料传输的能力，加上能有效对抗频率选择性衰减衰減，而逐渐获得重视与采用。
OFDM 使用大量紧邻的正交子载波 (Orthogonal sub-carrier)，每个子载波采用传统的调变方案，進行低符号率调制。可以视为一调变技术与多工技术的结合。
CSMA/CA：载波侦听多路访问 (Carrier Sense Multiple Access) 是一种介质访问控制 (MAC) 的协议。载波侦听 (Carrier Sense) 指任何连接到介质的设备在欲发送帧前，必须对介质进行侦听，当确认其空闲时，才可以发送。多路访问 (Multiple Access) 指多个设备可以同时访问介质，一个设备发送的帧也可以被多个设备接收。
MIMO：多输入多输出系统 (Multi-input Multi-output) 是一种用來描述多天线无线通信系统的抽象数学模型，能利用发射端的多个天线各自独立发送信号，同时在接收端用多个天线接收并恢复原信息。
mbps：是 Million bits per second 的缩写，是一种传输速率单位，指每秒传输的位（比特）数量。