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用于工业物联网连接的低功耗Wi-Fi

2022-11-25 10:33:57 Vineet Sudev,Silicon Labs副产品经理 阅读:
随着各个行业实现节省成本和提高效率方面的目标后,大多数行业组织的发展迟早会聚焦在互联的关键设备、流程和终端用户上。然而,要充分发挥IIoT的价值,底层通信网络必须能满足可靠性、安全性和应变能力方面的严格要求。

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无线连接正在推动被称为工业4.0的第四次工业革命,其不但改变了工业空间,也创造了数万亿美元的新市场机会。工业物联网(IIoT)智能解决方案现在已可实现节能的制造、供应链以及资产密集型的场所,因为其可以消除意外的停机问题,优化操作流程并大幅提高产量。在本白皮书中,我们将探讨低功耗Wi-Fi如何在恶劣条件和具有挑战性的射频(RF)环境中为各种IIoT应用提供动力。thbednc

越来越多的行业已意识到将数字及物理技术与IIoT结合所带来的效益。将无线连接集成到新场所以及改造既有的有线平台措施,已为自动化、运营效率最大化以及开创新商业模式等方面提供了新的解决方案。而在协助工厂应对满足需求的增长、扩大生产规模以及维持令人满意的效率水平等诸多挑战上,无线技术也扮演了重要的角色。并且在一些行业中,我们也可以看到其着重的发展趋势,包括预测性维护、远程监控和用于实时决策的预测性分析等。例如,工业可穿戴设备的创新正协助3M等公司为医疗专业人员提供更方便、更全面、并且以患者为中心的护理措施。由于TrackunitMilwaukee Tools等公司的创新,车队管理和资产追踪等应用领域正全面进行新构思。thbednc

随着各个行业实现节省成本和提高效率方面的目标后,大多数行业组织的发展迟早会聚焦在互联的关键设备、流程和终端用户上。然而,要充分发挥IIoT的价值,底层通信网络必须能满足可靠性、安全性和应变能力方面的严格要求。thbednc

工业物联网设备和系统的无线连接

正如我们所知,无线连接给工业应用带来了深刻的影响。楼宇自动化、农业、医疗保健等行业可从实时的传感数据、自动化和远程控制等技术中获益。各行业广泛采用无线技术的好处是相当广泛多元的,从更深入地了解机器运作状况到消除意外的停机问题和优化产量等。然而,这一切都可归因于三项基本的优点:thbednc

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Wi-Fi,覆盖最广的无线协议

集成无线连接最大的挑战之一是确定该采用哪些通讯协议,以及如何协调这些协议执行作业。thbednc

凭借广泛安装的基础设施,Wi-Fi协议在物联网无线应用上是无以伦比的。除了已建立的基础设施外,Wi-Fi还具有以下四项主要优势:thbednc

  • 无处不在、成熟的基础设施和互操作性。Wi-Fi无处不在,此种熟悉的特性使其易于使用和连接。由于广泛的可用性,许多制造业和工业应用都使用Wi-Fi。它还能与许多设备制造商建立互操作性,让Wi-Fi成为关键的通信协议。
  • 通过云进行远程监控仍然是大多数企业的首要任务。云服务可以很容易部署在预设的Wi-Fi网络中。
  • 在边缘设备崛起的AI/ML功能。越来越多的公司正在转向边缘计算的发展,在更靠近设备的地方运行AI/ML算法,可以减少延迟和扩展处理规模。将决策置于设备附近可以为应用服务提供更高的可靠性和更快的响应时间来采取预防和预测措施。此举需要高带宽来传输大量的数据。
  • 无线Over-the-Air, OTA固件更新和数据传输。在传输大量数据或执行固件OTA更新时,要能在有限时间内承载大量的数据,Wi-Fi是项不错的选择。

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低功耗和超低功耗Wi-Fi,为工业物联网应用带来价值

工业环境是严峻的。连接的设备和传感器通常放置在偏远地区,这造成了电池寿命和维护的后勤问题。传统Wi-Fi并不适用于基础设施(路由器、手机、网关),因为这些系统的重要骨干是低功耗设备,而且电池寿命至关重要。thbednc

另一方面,低功耗Wi-Fi在传输、接收和休眠模式下会消耗较少功耗。此举能显著延长所有终端节点设备的电池寿命,并为许多工业应用创造巨大的价值。使用低功耗Wi-Fi会变得极为有利,因为依靠电池供电运行的无线设备已成为新型远程监控应用设计的首要选择。低功耗Wi-Fi可以与蓝牙/低功耗蓝牙结合使用,为本地连接和客户扩展功能。thbednc

以下是部署低功耗、低成本IIoT应用时,有关Wi-Fi要求条件的概要:thbednc

  • 能耗。电池供电的终端节点设备需要低功耗,传统的Wi-Fi不适合此类应用。但Wi-Fi具有良好的速度和带宽,使其在工业设置应用上具有优势。
  • 无线和网络堆栈的集成。简化物联网开发过程非常重要。因此,我们预期无线和网络协议栈将会和无线解决方案集成。
  • 连接。能与主要的云服务供应商进行完整的云连接是一项关键要求。
  • 安全。防止在线和物理攻击的安全性在关键任务的运作上是必要的。
  • 成本和规模的限制。成本和规模也是物联网的一项关键因素,并且会因应用场景而异。

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低功耗Wi-Fi的热门IIoT应用thbednc

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Wi-Fi 6将促进无线技术在IIoT应用

当今大多数IIoT设备都使用2.4 GHz Wi-Fi 4,因为它具有低功耗、低成本和更长的传输距离。但由于频道有限,以及Bluetooth Classic、Bluetooth LE和Zigbee等其他几种协议也使用相同的频谱,使得该频谱变得越来越拥挤。但这就是为何Wi-Fi 6会有影响力的地方。thbednc

大多数路由器和笔记本电脑已经具备Wi-Fi 6功能,预计具有Wi-Fi 6功能的IIoT终端节点设备将在2023年开始加速发展。thbednc

与上一代相比,Wi-Fi 6的一些主要优势和差异包括:thbednc

  • 更多设备共存于拥挤环境中(OFDMAMU-MIMO

使用OFDMA和MU-MIMO的技术,Wi-Fi 6的最大优势是即使在2.4 GHz频段中,它也可以在拥挤环境中支持许多共存的设备。这使得大量IIoT设备可以在2.4 GHz频段中共存,而无需迁移到5 GHz或6 GHz,如此可避免增加成本和功耗。thbednc

将从引入新功能中显著受益的应用包括临床医疗、电动工具和工业可穿戴设备。thbednc

  • 目标唤醒时间(Target Wake Time,TWT)所需的功耗更低

目标唤醒时间是Wi-Fi 6中新引入的功能,它使终端设备能够在目标时间唤醒并查找数据,而非定期的唤醒时间。此举大幅降低了功耗,而且对所有电池供电的设备都至关重要。thbednc

会产生影响的供电设备包括资产追踪器、临床医疗、电动工具、HVAC、工业可穿戴设备和身体佩戴的相机应用。thbednc

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致力于工业物联网应用的低功耗Wi-Fi解决方案领导厂商

由于互联设备的增加,数据需求的增加,以及对和多种设备互操作协议功能的需要,Wi-Fi将逐渐渗透到工业市场。身为低功耗Wi-Fi + 蓝牙/低功耗蓝牙和小尺寸设计的行业领导者,Silicon Labs目前提供了物联网Wi-Fi 4产品。我们的产品为物联网提供了集成的无线协议堆栈、网络协议堆栈、云连接和一流的安全性。我们的物联网Wi-Fi 6产品(包括SoC和模块)将于2023年推出。想了解有关我们Wi-Fi潜力的更多信息,请查看我们的白皮书低功耗物联网设备中Wi-Fi的未来The Future of Wi-Fi in Low-Power IoT Devicesthbednc

责编:Franklin
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