【導讀】當前的工業(yè)4.0正在改變工業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展，并創(chuàng )造了數萬(wàn)億美元的新市場(chǎng)機會(huì )，其中的節能制造、供應鏈和資產(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。用于IIoT連接的低功耗Wi-Fi無(wú)線(xiàn)連接，將在惡劣條件和具有挑戰性的RF（射頻）環(huán)境中，為各種IIoT應用提供支持。本文將為您介紹IIoT的應用需求與低功耗Wi-Fi無(wú)線(xiàn)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(xiàn)連接解決方案。
當前的工業(yè)4.0正在改變工業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展，并創(chuàng )造了數萬(wàn)億美元的新市場(chǎng)機會(huì )，其中的節能制造、供應鏈和資產(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。用于IIoT連接的低功耗Wi-Fi無(wú)線(xiàn)連接，將在惡劣條件和具有挑戰性的RF（射頻）環(huán)境中，為各種IIoT應用提供支持。本文將為您介紹IIoT的應用需求與低功耗Wi-Fi無(wú)線(xiàn)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(xiàn)連接解決方案。
工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設備和系統的無(wú)線(xiàn)連接
無(wú)線(xiàn)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、農業(yè)、醫療保健等行業(yè)，都受益于實(shí)時(shí)傳感數據、自動(dòng)化和遠程控制所帶來(lái)的益處。IIoT采用無(wú)線(xiàn)技術(shù)得以便利地更深入地了解機械狀況，也可以消除計劃外停機和優(yōu)化吞吐量。
首先，無(wú)線(xiàn)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)境中擴展有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )意味著(zhù)需要周密的規劃和繁瑣的硬件安裝。借助無(wú)線(xiàn)技術(shù)，企業(yè)可以更加靈活地部署新設備，避免設計限制，傳感器和邊緣設備可以更容易地添加到設施中，而電線(xiàn)則需要在地板下、墻后和天花板上方安裝或布線(xiàn)。
相對的，設置無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )可以節省大量成本，因為有線(xiàn)連接需要電線(xiàn)和勞動(dòng)力成本而顯得更加昂貴。此外，如果一根電線(xiàn)出現故障，修理或更換它的成本可能會(huì )很高。此外，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )讓遠程監控和資產(chǎn)管理變得更加容易，工作人員可以避免應對通常需要通過(guò)電線(xiàn)連接的危險條件，消除電線(xiàn)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(xiàn)協(xié)議，憑借其廣泛的安裝基礎，Wi-Fi成為物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線(xiàn)應用的一種引人注目的協(xié)議。Wi-Fi可提供與已建立的基礎設施的互操作性，這種熟悉感使其易于使用和連接，在許多制造和工業(yè)應用都使用Wi-Fi。
另一方面，通過(guò)云進(jìn)行遠程監控仍然是大多數企業(yè)的首要議題，云服務(wù)可以輕松部署在現有的Wi-Fi網(wǎng)絡(luò )中，且隨著(zhù)邊緣人工智能／機器學(xué)習技術(shù)的興起，越來(lái)越多的公司正在轉向邊緣計算，在距離設備更近的地方運行AI/ML算法，以減少延遲并擴大處理規模。通過(guò)將決策制定靠近設備，它可以為應用提供更高的可靠性和更快的響應時(shí)間，以采取預防和預測措施，這需要高帶寬來(lái)傳輸大量數據。此外，當想要進(jìn)行較大數據量傳輸或想要進(jìn)行無(wú)線(xiàn)（OTA）固件更新時(shí)，Wi-Fi是在有限時(shí)間內承載大量數據的不錯選擇。
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)應用環(huán)境相對于其他應用更為嚴峻，連接的設備和傳感器通常放置在偏遠地區，這引發(fā)了電池壽命和維護的后勤問(wèn)題?；A設施設備（路由器、手機、網(wǎng)關(guān)）中使用傳統Wi-Fi并不適合，因為低功耗設備是這些系統的支柱，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(zhù)地延長(cháng)了所有終端節點(diǎn)設備的電池壽命，并為許多任務(wù)業(yè)應用創(chuàng )造了巨大的價(jià)值。使用低功耗Wi-Fi變得極為有利，因為使用電池供電的無(wú)線(xiàn)設備已成為新型遠程監控應用的首選設計選擇。低功耗Wi-Fi可以與藍牙／藍牙低能耗（Bluetooth LE）結合使用，以擴展本地連接和客戶(hù)端的功能。
部署低功耗、低成本IIoT應用時(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點(diǎn)設備需要低功耗，而傳統的Wi-Fi則不適合此類(lèi)應用。但Wi-Fi具有良好的速度和帶寬，這使其在工業(yè)設置中使用具有優(yōu)勢。
另一方面，集成無(wú)線(xiàn)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(xiàn)和網(wǎng)絡(luò )堆棧預計將與無(wú)線(xiàn)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(xiàn)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 )根據用例的不同而有所不同。
低功耗Wi-Fi于IIoT應用的行業(yè)／領(lǐng)域相當廣泛，包括資產(chǎn)追蹤器、智能電表、臨床醫學(xué)、銷(xiāo)售點(diǎn)、車(chē)庫門(mén)開(kāi)啟器、暖通空調、執法記錄儀、電動(dòng)工具、售后遠程信息處理、數據記錄器／無(wú)線(xiàn)傳感器、工業(yè)可穿戴設備等。
Wi-Fi 6將促進(jìn)IIoT中的無(wú)線(xiàn)采用
當今大多數IIoT設備都使用2.4 GHz Wi-Fi 4，因為它具有低功耗、低成本和更遠的范圍。但由于通道有限，而且其他幾種協(xié)議（例如藍牙經(jīng)典、藍牙低能耗和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終端節點(diǎn)設備正開(kāi)始加速發(fā)展。與上一代相比，Wi-Fi 6相當適用于密集環(huán)境中大量共存設備（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備。這使得大量IIoT設備能夠在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，其應用包括臨床醫療、電動(dòng)工具和工業(yè)可穿戴設備。
此外，通過(guò)目標喚醒時(shí)間（TWT）可降低功耗，目標喚醒時(shí)間是Wi-Fi 6中新引入的功能，使終端設備能夠在目標時(shí)間喚醒并查找數據，而不是定期時(shí)間喚醒，這大大降低了功耗，對于所有電池供電的設備至關(guān)重要。
由于連接設備的增加、數據需求的增加，以及對可與多個(gè)設備互操作的協(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現已提供IoT Wi-Fi 4產(chǎn)品，為物聯(lián)網(wǎng)提供集成無(wú)線(xiàn)堆棧、網(wǎng)絡(luò )堆棧、云連接和一流的安全性。接著(zhù)Silicon Labs并推出IoT Wi-Fi 6產(chǎn)品（包括SoC和模塊），進(jìn)一步滿(mǎn)足IIoT應用的需求。
Wi-Fi結合藍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?、藍牙低能耗、Matter和IP網(wǎng)絡(luò )，面向線(xiàn)路供電或節能IoT設備。SiWx917則面向電池供電或尋求超低功耗，且始終在線(xiàn)云連接的IoT設備。RS9116則提供全面的多協(xié)議超低功耗解決方案，包括Wi-Fi 4和雙模藍牙5。WF200則是適用于安全、低功耗物聯(lián)網(wǎng)Wi-Fi應用的理想Wi-Fi收發(fā)器。
SiWx915是Wi-Fi 6加藍牙低能耗5.4無(wú)線(xiàn)SoC，具有藍牙低能耗的Wi-Fi 6 SoC，可實(shí)現節能物聯(lián)網(wǎng)設備和最佳安全性（WPA3、PSA 2級），具有高達8 MB閃存并集成ARM? Cortex?-M4和FPU，適用于多種應用和支持Matter協(xié)議。
SiWx915 SoC包括Wi-Fi 6加藍牙低能耗無(wú)線(xiàn)CPU子系統、集成微控制器（MCU）應用子系統、安全、內存、外設子系統，全部集成在單個(gè)6x6 mm QFN封裝中。無(wú)線(xiàn)子系統由運行頻率高達160 MHz的多線(xiàn)程處理器（ThreadArch?）、基帶數字信號處理、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加藍牙低能耗5.4無(wú)線(xiàn)SoC，適用于基于電池的物聯(lián)網(wǎng)設備，集成AI/ML加速器、帶FPU的ARM? Cortex?-M4、最佳安全性（WPA3、PSA 2級）、PSRAM、高達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?、藍牙、Matter和IP網(wǎng)絡(luò )，以實(shí)現安全云連接的超低功耗物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線(xiàn)設備，它非常適合開(kāi)發(fā)需要長(cháng)電池壽命的電池供電設備。SiWx917 SoC包括超低功耗Wi-Fi 6加藍牙低能耗5.4無(wú)線(xiàn)CPU子系統、集成微控制器（MCU）應用子系統、安全性、外設和電源管理子系統，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結合藍牙低能耗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(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)設備的開(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和雙模藍牙5，當與作為主機的EFR32MG24結合時(shí)，RS9116 NCP還支持Matter協(xié)議。
RS9116的RS9116 QMS單頻段無(wú)線(xiàn)SoC提供全面的多協(xié)議無(wú)線(xiàn)連接解決方案，包括802.11 b/g/n（2.4 GHz）、雙模藍牙5。無(wú)線(xiàn)SoC提供高吞吐量、擴展范圍和功率優(yōu)化表現，無(wú)線(xiàn)SoC已通過(guò)FCC、IC和ETSI/CE認證。
Silicon Labs也推出RS9116X EVK1 Wi-Fi結合藍牙開(kāi)發(fā)套件，RS9116單頻段評估板通過(guò)提供全面的多協(xié)議無(wú)線(xiàn)連接解決方案（包括802.11 b/g/n (2.4 GHz)、雙模藍牙? 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應用，是一款經(jīng)過(guò)Wi-Fi 4預認證的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(xiàn)電（MAC和PHY層），針對擁擠射頻環(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，以提供完整的Wi-Fi解決方案。WF200提供高速SPI和SDIO主機接口，具有靈活性和高吞吐量，主機和收發(fā)器之間的可選安全鏈路接口增強了安全性。WF200的封裝尺寸小至4x4 mm，關(guān)聯(lián)DTIM3，電流小于298 μA。
WF200 Wi-Fi擴展套件――SLEXP8022A，包括一個(gè)內置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(xiàn)MCU上進(jìn)行開(kāi)發(fā)）。
結語(yǔ)
用于IIoT連接的低功耗Wi-Fi無(wú)線(xiàn)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劃外停機、優(yōu)化運營(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(guān)。Silicon Labs的低功耗Wi-Fi解決方案，結合了藍牙協(xié)議與安全功能，可以滿(mǎn)足IIoT無(wú)線(xiàn)連接應用的要求，將是您開(kāi)發(fā)IIoT設備的理想選擇。
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