【導(dǎo)讀】當(dāng)前的工業(yè)4.0正在改變工業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展,并創(chuàng)造了數(shù)萬(wàn)億美元的新市場(chǎng)機(jī)會(huì),其中的節(jié)能制造、供應(yīng)鏈和資產(chǎn)密集型場(chǎng)所,均可以用工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(IIoT)智能解決方案來(lái)實(shí)現(xiàn)。用于IIoT連接的低功耗Wi-Fi無(wú)線連接,將在惡劣條件和具有挑戰(zhàn)性的RF(射頻)環(huán)境中,為各種IIoT應(yīng)用提供支持。本文將為您介紹IIoT的應(yīng)用需求與低功耗Wi-Fi無(wú)線連接的特性,以及由Silicon Labs(芯科科技)推出的低功耗Wi-Fi無(wú)線連接解決方案。
當(dāng)前的工業(yè)4.0正在改變工業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展,并創(chuàng)造了數(shù)萬(wàn)億美元的新市場(chǎng)機(jī)會(huì),其中的節(jié)能制造、供應(yīng)鏈和資產(chǎn)密集型場(chǎng)所,均可以用工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(IIoT)智能解決方案來(lái)實(shí)現(xiàn)。用于IIoT連接的低功耗Wi-Fi無(wú)線連接,將在惡劣條件和具有挑戰(zhàn)性的RF(射頻)環(huán)境中,為各種IIoT應(yīng)用提供支持。本文將為您介紹IIoT的應(yīng)用需求與低功耗Wi-Fi無(wú)線連接的特性,以及由Silicon Labs(芯科科技)推出的低功耗Wi-Fi無(wú)線連接解決方案。
工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和系統(tǒng)的無(wú)線連接
無(wú)線連接技術(shù)為各行各業(yè)都帶來(lái)了重大的變化,像是工業(yè)、建筑自動(dòng)化、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療保健等行業(yè),都受益于實(shí)時(shí)傳感數(shù)據(jù)、自動(dòng)化和遠(yuǎn)程控制所帶來(lái)的益處。IIoT采用無(wú)線技術(shù)得以便利地更深入地了解機(jī)械狀況,也可以消除計(jì)劃外停機(jī)和優(yōu)化吞吐量。
首先,無(wú)線連接可以提供快速的上市時(shí)間和移動(dòng)性,在工業(yè)環(huán)境中擴(kuò)展有線網(wǎng)絡(luò)意味著需要周密的規(guī)劃和繁瑣的硬件安裝。借助無(wú)線技術(shù),企業(yè)可以更加靈活地部署新設(shè)備,避免設(shè)計(jì)限制,傳感器和邊緣設(shè)備可以更容易地添加到設(shè)施中,而電線則需要在地板下、墻后和天花板上方安裝或布線。
相對(duì)的,設(shè)置無(wú)線網(wǎng)絡(luò)可以節(jié)省大量成本,因?yàn)橛芯€連接需要電線和勞動(dòng)力成本而顯得更加昂貴。此外,如果一根電線出現(xiàn)故障,修理或更換它的成本可能會(huì)很高。此外,無(wú)線網(wǎng)絡(luò)讓遠(yuǎn)程監(jiān)控和資產(chǎn)管理變得更加容易,工作人員可以避免應(yīng)對(duì)通常需要通過(guò)電線連接的危險(xiǎn)條件,消除電線可提高安全性并提高效率。
Wi-Fi是目前最廣泛使用的無(wú)線協(xié)議,憑借其廣泛的安裝基礎(chǔ),Wi-Fi成為物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線應(yīng)用的一種引人注目的協(xié)議。Wi-Fi可提供與已建立的基礎(chǔ)設(shè)施的互操作性,這種熟悉感使其易于使用和連接,在許多制造和工業(yè)應(yīng)用都使用Wi-Fi。
另一方面,通過(guò)云進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控仍然是大多數(shù)企業(yè)的首要議題,云服務(wù)可以輕松部署在現(xiàn)有的Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)中,且隨著邊緣人工智能/機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的興起,越來(lái)越多的公司正在轉(zhuǎn)向邊緣計(jì)算,在距離設(shè)備更近的地方運(yùn)行AI/ML算法,以減少延遲并擴(kuò)大處理規(guī)模。通過(guò)將決策制定靠近設(shè)備,它可以為應(yīng)用提供更高的可靠性和更快的響應(yīng)時(shí)間,以采取預(yù)防和預(yù)測(cè)措施,這需要高帶寬來(lái)傳輸大量數(shù)據(jù)。此外,當(dāng)想要進(jìn)行較大數(shù)據(jù)量傳輸或想要進(jìn)行無(wú)線(OTA)固件更新時(shí),Wi-Fi是在有限時(shí)間內(nèi)承載大量數(shù)據(jù)的不錯(cuò)選擇。
低功耗Wi-Fi帶來(lái)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的附加價(jià)值
工業(yè)應(yīng)用環(huán)境相對(duì)于其他應(yīng)用更為嚴(yán)峻,連接的設(shè)備和傳感器通常放置在偏遠(yuǎn)地區(qū),這引發(fā)了電池壽命和維護(hù)的后勤問(wèn)題?;A(chǔ)設(shè)施設(shè)備(路由器、手機(jī)、網(wǎng)關(guān))中使用傳統(tǒng)Wi-Fi并不適合,因?yàn)榈凸脑O(shè)備是這些系統(tǒng)的支柱,而電池壽命至關(guān)重要。
另一方面,低功耗Wi-Fi在傳輸、接收和睡眠模式下提供低功耗,顯著地延長(zhǎng)了所有終端節(jié)點(diǎn)設(shè)備的電池壽命,并為許多任務(wù)業(yè)應(yīng)用創(chuàng)造了巨大的價(jià)值。使用低功耗Wi-Fi變得極為有利,因?yàn)槭褂秒姵毓╇姷臒o(wú)線設(shè)備已成為新型遠(yuǎn)程監(jiān)控應(yīng)用的首選設(shè)計(jì)選擇。低功耗Wi-Fi可以與藍(lán)牙/藍(lán)牙低能耗(Bluetooth LE)結(jié)合使用,以擴(kuò)展本地連接和客戶端的功能。
部署低功耗、低成本IIoT應(yīng)用時(shí),想要采用Wi-Fi時(shí)更需要重視能量消耗。采用電池供電的終端節(jié)點(diǎn)設(shè)備需要低功耗,而傳統(tǒng)的Wi-Fi則不適合此類(lèi)應(yīng)用。但Wi-Fi具有良好的速度和帶寬,這使其在工業(yè)設(shè)置中使用具有優(yōu)勢(shì)。
另一方面,集成無(wú)線和網(wǎng)絡(luò)堆棧在簡(jiǎn)化物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)流程時(shí)非常重要。因此,無(wú)線和網(wǎng)絡(luò)堆棧預(yù)計(jì)將與無(wú)線解決方案集成。此外,采用云連接,并與主要云提供商的完整云連接是一項(xiàng)關(guān)鍵要求,并需確保安全性,在關(guān)鍵任務(wù)操作中,防止在線和物理攻擊的安全是必要的需求。在成本和尺寸限制上,成本和尺寸也是物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵因素,并且會(huì)根據(jù)用例的不同而有所不同。
低功耗Wi-Fi于IIoT應(yīng)用的行業(yè)/領(lǐng)域相當(dāng)廣泛,包括資產(chǎn)追蹤器、智能電表、臨床醫(yī)學(xué)、銷(xiāo)售點(diǎn)、車(chē)庫(kù)門(mén)開(kāi)啟器、暖通空調(diào)、執(zhí)法記錄儀、電動(dòng)工具、售后遠(yuǎn)程信息處理、數(shù)據(jù)記錄器/無(wú)線傳感器、工業(yè)可穿戴設(shè)備等。
Wi-Fi 6將促進(jìn)IIoT中的無(wú)線采用
當(dāng)今大多數(shù)IIoT設(shè)備都使用2.4 GHz Wi-Fi 4,因?yàn)樗哂械凸?、低成本和更遠(yuǎn)的范圍。但由于通道有限,而且其他幾種協(xié)議(例如藍(lán)牙經(jīng)典、藍(lán)牙低能耗和Zigbee)也使用相同的頻譜,使得頻譜變得越來(lái)越擁擠,這就是Wi-Fi 6發(fā)揮影響力的地方。
大多數(shù)路由器和筆記本電腦已經(jīng)具備Wi-Fi 6功能,具有Wi-Fi 6功能的IIoT終端節(jié)點(diǎn)設(shè)備正開(kāi)始加速發(fā)展。與上一代相比,Wi-Fi 6相當(dāng)適用于密集環(huán)境中大量共存設(shè)備(OFDMA、MU-MIMO),即使在2.4 GHz頻譜下,也可以在密集環(huán)境中支持許多共存設(shè)備。這使得大量IIoT設(shè)備能夠在2.4 GHz頻譜中共存,而無(wú)需遷移到5 GHz或6 GHz,從而增加成本和功耗,其應(yīng)用包括臨床醫(yī)療、電動(dòng)工具和工業(yè)可穿戴設(shè)備。
此外,通過(guò)目標(biāo)喚醒時(shí)間(TWT)可降低功耗,目標(biāo)喚醒時(shí)間是Wi-Fi 6中新引入的功能,使終端設(shè)備能夠在目標(biāo)時(shí)間喚醒并查找數(shù)據(jù),而不是定期時(shí)間喚醒,這大大降低了功耗,對(duì)于所有電池供電的設(shè)備至關(guān)重要。
由于連接設(shè)備的增加、數(shù)據(jù)需求的增加,以及對(duì)可與多個(gè)設(shè)備互操作的協(xié)議的需求,Wi-Fi將越來(lái)越多地滲透到工業(yè)市場(chǎng)。Silicon Labs現(xiàn)已提供IoT Wi-Fi 4產(chǎn)品,為物聯(lián)網(wǎng)提供集成無(wú)線堆棧、網(wǎng)絡(luò)堆棧、云連接和一流的安全性。接著Silicon Labs并推出IoT Wi-Fi 6產(chǎn)品(包括SoC和模塊),進(jìn)一步滿足IIoT應(yīng)用的需求。
Wi-Fi結(jié)合藍(lán)牙的高度集成解決方案
Silicon Labs推出了多款支持Wi-Fi的芯片,包括SiWx915、SiWx917、RS9116和WF200。SiWx915是適合使用Wi-Fi?、藍(lán)牙低能耗、Matter和IP網(wǎng)絡(luò),面向線路供電或節(jié)能IoT設(shè)備。SiWx917則面向電池供電或?qū)で蟪凸?,且始終在線云連接的IoT設(shè)備。RS9116則提供全面的多協(xié)議超低功耗解決方案,包括Wi-Fi 4和雙模藍(lán)牙5。WF200則是適用于安全、低功耗物聯(lián)網(wǎng)Wi-Fi應(yīng)用的理想Wi-Fi收發(fā)器。
SiWx915是Wi-Fi 6加藍(lán)牙低能耗5.4無(wú)線SoC,具有藍(lán)牙低能耗的Wi-Fi 6 SoC,可實(shí)現(xiàn)節(jié)能物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和最佳安全性(WPA3、PSA 2級(jí)),具有高達(dá)8 MB閃存并集成ARM? Cortex?-M4和FPU,適用于多種應(yīng)用和支持Matter協(xié)議。
SiWx915 SoC包括Wi-Fi 6加藍(lán)牙低能耗無(wú)線CPU子系統(tǒng)、集成微控制器(MCU)應(yīng)用子系統(tǒng)、安全、內(nèi)存、外設(shè)子系統(tǒng),全部集成在單個(gè)6x6 mm QFN封裝中。無(wú)線子系統(tǒng)由運(yùn)行頻率高達(dá)160 MHz的多線程處理器(ThreadArch?)、基帶數(shù)字信號(hào)處理、模擬前端、2.4 GHz RF收發(fā)器和集成功率放大器組成。
Silicon Labs SiWx917則是Wi-Fi 6加藍(lán)牙低能耗5.4無(wú)線SoC,適用于基于電池的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備,集成AI/ML加速器、帶FPU的ARM? Cortex?-M4、最佳安全性(WPA3、PSA 2級(jí))、PSRAM、高達(dá)8MB閃存和支持Matter協(xié)議。
SiWx917 SoC是功耗最低的Wi-Fi 6 SoC,非常適合使用Wi-Fi?、藍(lán)牙、Matter和IP網(wǎng)絡(luò),以實(shí)現(xiàn)安全云連接的超低功耗物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線設(shè)備,它非常適合開(kāi)發(fā)需要長(zhǎng)電池壽命的電池供電設(shè)備。SiWx917 SoC包括超低功耗Wi-Fi 6加藍(lán)牙低能耗5.4無(wú)線CPU子系統(tǒng)、集成微控制器(MCU)應(yīng)用子系統(tǒng)、安全性、外設(shè)和電源管理子系統(tǒng),全部集成在單個(gè)7x7 mm QFN封裝中。
為加快產(chǎn)品開(kāi)發(fā)速度,Silicon Labs推出SiWx917 Wi-Fi 6結(jié)合藍(lán)牙低能耗5.4專(zhuān)業(yè)套件,SiWx917專(zhuān)業(yè)套件旨在支持基于SiWx917超低功耗SoC的無(wú)線物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的開(kāi)發(fā)。
另一款Silicon Labs RS9116 Wi-Fi NCP SoC,是提供全面的多協(xié)議超低功耗解決方案,包括支持Wi-Fi 4和雙模藍(lán)牙5,當(dāng)與作為主機(jī)的EFR32MG24結(jié)合時(shí),RS9116 NCP還支持Matter協(xié)議。
RS9116的RS9116 QMS單頻段無(wú)線SoC提供全面的多協(xié)議無(wú)線連接解決方案,包括802.11 b/g/n(2.4 GHz)、雙模藍(lán)牙5。無(wú)線SoC提供高吞吐量、擴(kuò)展范圍和功率優(yōu)化表現(xiàn),無(wú)線SoC已通過(guò)FCC、IC和ETSI/CE認(rèn)證。
Silicon Labs也推出RS9116X EVK1 Wi-Fi結(jié)合藍(lán)牙開(kāi)發(fā)套件,RS9116單頻段評(píng)估板通過(guò)提供全面的多協(xié)議無(wú)線連接解決方案(包括802.11 b/g/n (2.4 GHz)、雙模藍(lán)牙? 5),來(lái)支持RS9116系列SoC和模塊。
WF200系列2 Wi-Fi收發(fā)器IC則適用于安全、低功耗物聯(lián)網(wǎng)Wi-Fi應(yīng)用,是一款經(jīng)過(guò)Wi-Fi 4預(yù)認(rèn)證的SiP,具有低傳輸和接收功率,與EFR32MG24配合使用,WF200還支持Matter協(xié)議。該收發(fā)器支持2.4 GHz 802.11b/g/n無(wú)線電(MAC和PHY層),針對(duì)擁擠射頻環(huán)境中的低功耗和最佳射頻性能進(jìn)行了優(yōu)化,支持基于Linux和RTOS主機(jī),以提供完整的Wi-Fi解決方案。WF200提供高速SPI和SDIO主機(jī)接口,具有靈活性和高吞吐量,主機(jī)和收發(fā)器之間的可選安全鏈路接口增強(qiáng)了安全性。WF200的封裝尺寸小至4x4 mm,關(guān)聯(lián)DTIM3,電流小于298 μA。
WF200 Wi-Fi擴(kuò)展套件――SLEXP8022A,包括一個(gè)內(nèi)置Raspberry Pi連接器(可立即開(kāi)始Linux開(kāi)發(fā))和一個(gè)EXP連接器(可在Silicon Labs的MCU和無(wú)線MCU上進(jìn)行開(kāi)發(fā))。
結(jié)語(yǔ)
用于IIoT連接的低功耗Wi-Fi無(wú)線連接正在推動(dòng)第四次工業(yè)革命,IIoT智能解決方案可以消除計(jì)劃外停機(jī)、優(yōu)化運(yùn)營(yíng)流程,并最大限度地提高產(chǎn)量,市場(chǎng)發(fā)展空間極為可觀。Silicon Labs的低功耗Wi-Fi解決方案,結(jié)合了藍(lán)牙協(xié)議與安全功能,可以滿足IIoT無(wú)線連接應(yīng)用的要求,將是您開(kāi)發(fā)IIoT設(shè)備的理想選擇。
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