無(wú)線連接正在推動(dòng)工業(yè)4.0的發(fā)展，改變工業(yè)格局并創(chuàng)造價(jià)值數(shù)萬(wàn)億美元的新市場(chǎng)機(jī)會(huì)。如今，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）智能解決方案能夠消除計(jì)劃外停機(jī)、優(yōu)化運(yùn)營(yíng)流程，并最大程度提高產(chǎn)量，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能制造、供應(yīng)鏈和資產(chǎn)密集型場(chǎng)所的可持續(xù)發(fā)展。本文將為您探討低功耗Wi-Fi如何在嚴(yán)苛條件和極具挑戰(zhàn)性的射頻（RF）環(huán)境中，為各種工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供支持，以及由Silicon Labs（芯科科技）所推出的相關(guān)解決方案。

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和系統(tǒng)的無(wú)線連接為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化提供了新途徑

越來(lái)越多的行業(yè)看到了將數(shù)字技術(shù)和物理技術(shù)，以及與工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合所帶來(lái)的益處，將無(wú)線連接集成到新站點(diǎn)，并改造現(xiàn)有的有線平臺(tái)，將無(wú)線連接整合到新站點(diǎn)并改造現(xiàn)有有線平臺(tái)提供了新的自動(dòng)化途徑，最大限度地提高運(yùn)營(yíng)效率并實(shí)現(xiàn)新的商業(yè)模式。無(wú)線技術(shù)在幫助工廠滿足需求、擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模和保持令人滿意的效率水平方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。行業(yè)趨勢(shì)強(qiáng)調(diào)預(yù)測(cè)性維護(hù)、遠(yuǎn)程監(jiān)控和預(yù)測(cè)分析以進(jìn)行實(shí)時(shí)決策。隨著各個(gè)行業(yè)實(shí)現(xiàn)成本節(jié)約和效率提高，大多數(shù)工業(yè)組織都專注于連接關(guān)鍵設(shè)備、流程和最終用戶。然而，要充分釋放工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的價(jià)值，底層通信網(wǎng)絡(luò)必須滿足可靠性、安全性和彈性方面的嚴(yán)格要求。

無(wú)線連接的優(yōu)勢(shì)首先來(lái)自產(chǎn)品的快速上市和移動(dòng)性，但想要在工業(yè)領(lǐng)域擴(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)備更容易添加到網(wǎng)絡(luò)中，而傳統(tǒng)的線纜則需要在地板下、墻后和天花板上方安裝或進(jìn)行布線。

節(jié)省成本則是所有企業(yè)關(guān)注的議題，建立無(wú)線網(wǎng)絡(luò)可以大幅節(jié)省成本，因?yàn)橛芯€連接將因?yàn)榫€纜和人工成本的因素而更加昂貴。此外，如果線纜出現(xiàn)故障，維修或更換成本也非常高昂。此外，員工安全也是一個(gè)重要的考慮因素。借助無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，遠(yuǎn)程監(jiān)控和資產(chǎn)管理變得更加方便，使工人能夠處理通常需要有線連接的危險(xiǎn)情況。消除電線可以增強(qiáng)安全性并提高效率。

Wi-Fi是應(yīng)用最廣泛的無(wú)線協(xié)議

集成無(wú)線連接的最大挑戰(zhàn)之一是確定采用哪些通信協(xié)議，以及如何使這些協(xié)議協(xié)同工作。Wi-Fi擁有廣泛的用戶基礎(chǔ)，是物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線應(yīng)用的理想?yún)f(xié)議。除了完善的基礎(chǔ)設(shè)施外，Wi-Fi還具有多項(xiàng)關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)。

首先，Wi-Fi幾乎無(wú)處不在，并具有完善的基礎(chǔ)設(shè)施和互操作性。Wi-Fi無(wú)處不在的這種熟悉感，使其易于使用和連接。由于其廣泛的可用性，許多制造和工業(yè)應(yīng)用都使用Wi-Fi。它還可以與許多設(shè)備制造商互操作，并將Wi-Fi作為關(guān)鍵協(xié)議。此外，通過(guò)云進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控仍然是大多數(shù)企業(yè)的首要任務(wù)，云服務(wù)可以輕松部署在現(xiàn)有Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)上。

隨著邊緣AI/ML的興起，越來(lái)越多的公司正在轉(zhuǎn)向邊緣計(jì)算，在更靠近設(shè)備的地方運(yùn)行AI/ML算法，以減少延遲并擴(kuò)展處理規(guī)模。通過(guò)將決策機(jī)制置于設(shè)備附近，應(yīng)用程序可以獲得更高的可靠性和更快的預(yù)防和預(yù)測(cè)性作響應(yīng)時(shí)間，但這需要高帶寬來(lái)傳輸大量數(shù)據(jù)。另一方面，無(wú)線（OTA）固件更新和數(shù)據(jù)傳輸已經(jīng)成為主流趨勢(shì)，當(dāng)傳輸大量數(shù)據(jù)或執(zhí)行固件OTA更新時(shí)，Wi-Fi是在有限時(shí)間內(nèi)傳輸大量數(shù)據(jù)的理想選擇。

低功耗和超低功耗Wi-Fi，將為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用帶來(lái)增值，這是因?yàn)楣I(yè)環(huán)境可能非常嚴(yán)峻，加上聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和傳感器通常放置在偏遠(yuǎn)地區(qū)，這帶來(lái)了電池壽命和維護(hù)方面的后勤問(wèn)題。傳統(tǒng)Wi-Fi用于基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備（路由器、手機(jī)、網(wǎng)關(guān)）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在發(fā)射、接收和休眠模式下均能實(shí)現(xiàn)低功耗。這顯著延長(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變得非常有利，因?yàn)橐揽侩姵毓╇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)方案。低功耗Wi-Fi可以與藍(lán)牙／低功耗藍(lán)牙（LE）配合使用，以擴(kuò)展本地連接和客戶端的功能。

在部署低功耗、低成本工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用時(shí)對(duì)Wi-Fi的要求很多樣，首先考慮的便是功耗。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并不適合此類應(yīng)用，但Wi-Fi擁有良好的速度和帶寬，非常適合在工業(yè)環(huán)境中使用。此外，無(wú)線和網(wǎng)絡(luò)堆棧集成，對(duì)簡(jiǎn)化物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)流程至關(guān)重要。因此，無(wú)線和網(wǎng)絡(luò)堆棧有望與無(wú)線解決方案集成。

另一方面，與主要云提供商建立完整的云連接已經(jīng)是一項(xiàng)關(guān)鍵要求，在關(guān)鍵任務(wù)操作中，也必須確保免受在線和物理攻擊的安全性，成本和尺寸限制也是物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵因素，并且會(huì)根據(jù)用例而有所不同。

多樣化的低功耗Wi-Fi的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用

低功耗Wi-Fi的常見(jiàn)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用相當(dāng)多樣，像是資產(chǎn)追蹤器可用于室內(nèi)的醫(yī)院、制造業(yè)、化工行業(yè)、零售業(yè)，也可用于室外的停車場(chǎng)、貨場(chǎng)、車隊(duì)、物流，低功耗Wi-Fi可實(shí)現(xiàn)在有限區(qū)域內(nèi)的實(shí)時(shí)位置監(jiān)控，以及資產(chǎn)抵達(dá)設(shè)施后的數(shù)據(jù)傳輸。智能電表則可應(yīng)用于住宅、工業(yè)和商業(yè)領(lǐng)域，低功耗Wi-Fi可成為數(shù)據(jù)上云的骨干網(wǎng)絡(luò)，以及用于訪問(wèn)調(diào)試日志，并監(jiān)控能源負(fù)荷曲線。

在臨床醫(yī)療應(yīng)用中，像是患者監(jiān)護(hù)、輸液泵、遠(yuǎn)程醫(yī)療、呼吸治療（CPAP），都可利用低功耗Wi-Fi，來(lái)實(shí)現(xiàn)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)交ヂ?lián)網(wǎng)和云端以供訪問(wèn)，以及存儲(chǔ)在患者門(mén)戶和醫(yī)生門(mén)戶網(wǎng)站中。在銷售點(diǎn)應(yīng)用中，像是零售、加油站可利用低功耗Wi-Fi實(shí)現(xiàn)在服務(wù)器上收集客戶數(shù)據(jù)，以及驗(yàn)證支付后端。

車庫(kù)門(mén)開(kāi)啟器則是家用車庫(kù)、地下車庫(kù)和集體車庫(kù)的另一個(gè)應(yīng)用，低功耗Wi-Fi可通過(guò)內(nèi)置Wi-Fi輕松連接到家庭網(wǎng)絡(luò)，并通過(guò)移動(dòng)設(shè)備控制以獲取實(shí)時(shí)警報(bào)。低功耗Wi-Fi還可實(shí)現(xiàn)樓宇自動(dòng)化、酒店零售中的暖通空調(diào)控制，并可通過(guò)客戶端進(jìn)行遠(yuǎn)程連接、控制和監(jiān)控。

警察、執(zhí)法機(jī)構(gòu)、體育和探險(xiǎn)時(shí)所使用的隨身記錄儀，也是相當(dāng)重要的應(yīng)用，低功耗Wi-Fi可實(shí)現(xiàn)音頻和視頻采集，并傳輸?shù)皆贫嘶蚍?wù)器。在建筑、制造應(yīng)用中使用的電動(dòng)工具，通過(guò)低功耗Wi-Fi則可實(shí)現(xiàn)連接集中式工作站，下班后再傳輸數(shù)據(jù)。在汽車、卡車等售后市場(chǎng)的遠(yuǎn)程信息處理應(yīng)用中，低功耗Wi-Fi則可實(shí)現(xiàn)創(chuàng)建Wi-Fi熱點(diǎn)、客戶端訪問(wèn)進(jìn)行診斷等功能。

數(shù)據(jù)記錄器／無(wú)線傳感器可應(yīng)用在石油和天然氣、制造、汽車、電力、醫(yī)療保健、食品飲料、物流等場(chǎng)景，可在具有Wi-Fi基礎(chǔ)設(shè)施的場(chǎng)所中遠(yuǎn)程監(jiān)控和記錄數(shù)據(jù)。在幾乎所有需要?jiǎng)趧?dòng)力的行業(yè)中所使用的工業(yè)可穿戴設(shè)備應(yīng)用中，低功耗Wi-Fi可連接到客戶端設(shè)備以獲取警報(bào)和診斷，并集中監(jiān)控和協(xié)作。

Wi-Fi 6將推動(dòng)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的無(wú)線應(yīng)用

由于2.4 GHz Wi-Fi 4功耗低、成本低且覆蓋范圍廣，目前大多數(shù)IIoT設(shè)備都使用2.4 GHz Wi-Fi 4，但由于通道有限，以及經(jīng)典藍(lán)牙、低功耗藍(lán)牙和Zigbee等其他協(xié)議也使用相同的頻譜，頻譜正變得擁擠，Wi-Fi 6將在這方面發(fā)揮重要作用。大多數(shù)路由器和筆記本電腦都已支持Wi-Fi 6，支持Wi-Fi 6的IIoT終端節(jié)點(diǎn)設(shè)備將開(kāi)始快速發(fā)展。

與上一代相比，Wi-Fi 6的主要優(yōu)勢(shì)和差異化，包括可在密集環(huán)境中支持更多設(shè)備共存，Wi-Fi 6得益于OFDMA和MU-MIMO技術(shù)，即使在2.4 GHz頻譜下，也能在密集環(huán)境中支持大量設(shè)備共存。這使得大量工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)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，從而避免增加成本和功耗。

此外，在臨床醫(yī)療、電動(dòng)工具和工業(yè)可穿戴設(shè)備等應(yīng)用中，也將從這項(xiàng)新功能中受益匪淺。像是目標(biāo)喚醒時(shí)間（TWT）是Wi-Fi 6中一項(xiàng)新增功能，使終端設(shè)備能夠在目標(biāo)時(shí)間喚醒并查找數(shù)據(jù)，而無(wú)需周期性喚醒，將可顯著降低了功耗，這對(duì)于所有電池供電設(shè)備都至關(guān)重要。這將對(duì)資產(chǎn)追蹤器、臨床醫(yī)療、電動(dòng)工具、暖通空調(diào)、工業(yè)可穿戴設(shè)備和隨身攝像機(jī)應(yīng)用產(chǎn)生影響。

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的低功耗Wi-Fi解決方案領(lǐng)導(dǎo)者

隨著互聯(lián)設(shè)備數(shù)量的增長(zhǎng)、數(shù)據(jù)需求的不斷增長(zhǎng)，以及對(duì)可與多種設(shè)備互操作協(xié)議的需求，Wi-Fi將日益滲透到工業(yè)市場(chǎng)。芯科科技提供物聯(lián)網(wǎng)Wi-Fi 4產(chǎn)品，并且是低功耗Wi-Fi +藍(lán)牙/藍(lán)牙LE，以及小尺寸設(shè)計(jì)的行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者。芯科科技的產(chǎn)品為物聯(lián)網(wǎng)提供集成的無(wú)線協(xié)議棧、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧、云連接和一流的安全性。

芯科科技的SiWx917集成Wi-Fi 6和藍(lán)牙LE 5.4技術(shù)，并集成應(yīng)用處理器，是專為電池供電或物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備而設(shè)計(jì)，旨在實(shí)現(xiàn)超低功耗和始終在線的云連接。SiWx917支持物聯(lián)網(wǎng)優(yōu)化的Wi-Fi，任何可能受益于聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備都能從中獲得益處。

SiWx917具有先進(jìn)的功耗優(yōu)化技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)智能設(shè)備長(zhǎng)達(dá)5年的電池續(xù)航時(shí)間。芯科科技的Wi-Fi產(chǎn)品組合包括Wi-Fi 6和Wi-Fi 4 SoC解決方案，支持Wi-Fi和藍(lán)牙，具有超低功耗、長(zhǎng)電池壽命、高性能邊緣計(jì)算、一流的安全性、長(zhǎng)距離，以及通過(guò)FCC、IC和ETSI/CE、MIC認(rèn)證的模塊。芯科科技的低功耗Wi-Fi產(chǎn)品線包括SiWx917無(wú)線SoC、SiWx917Y無(wú)線模塊、RS9116 Wi-Fi收發(fā)器SoC、RS9116 Wi-Fi收發(fā)器模塊、RS9116 Wi-Fi NCP SoC、RS9116 Wi-Fi NCP模塊等。

結(jié)語(yǔ)

隨著工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)持續(xù)朝向智能化與大規(guī)模連接發(fā)展，低功耗Wi-Fi技術(shù)展現(xiàn)出兼具長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行、穩(wěn)定聯(lián)機(jī)與靈活部署的優(yōu)勢(shì)，成為增強(qiáng)工廠數(shù)據(jù)感知和遠(yuǎn)程控制效率的關(guān)鍵推動(dòng)力。通過(guò)優(yōu)化的低功耗協(xié)議與專用模塊，不僅能滿足傳感器、儀表與設(shè)備對(duì)長(zhǎng)續(xù)航與實(shí)時(shí)傳輸?shù)男枨?，更能與云端與邊緣運(yùn)算無(wú)縫集成，實(shí)現(xiàn)更高的可靠性與可擴(kuò)展性。芯科科技所推出的低功耗Wi-Fi解決方案，將為智能制造、預(yù)測(cè)性維護(hù)與工廠自動(dòng)化開(kāi)啟更多創(chuàng)新應(yīng)用場(chǎng)景，推動(dòng)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)邁向高效、安全可持續(xù)的新時(shí)代。

本文轉(zhuǎn)載自艾睿電子網(wǎng)站，原文鏈接：https://www.arrow.com/zh-cn/research-and-events/articles/silicon-labs-low-power-wifi