低功耗Wi-Fi在工业物联网上的应用与解决方案

无线连接正在推动工业4.0的发展，改变工业格局并创造价值数万亿美元的新市场机会。如今，工业物联网（IIoT）智能解决方案能够消除计划外停机、优化运营流程，并最大程度提高产量，从而实现节能制造、供应链和资产密集型场所的可持续发展。本文将为您探讨低功耗Wi-Fi如何在严苛条件和极具挑战性的射频（RF）环境中，为各种工业物联网应用提供支持，以及由Silicon Labs（芯科科技）所推出的相关解决方案。

工业物联网设备和系统的无线连接为实现自动化提供了新途径

越来越多的行业看到了将数字技术和物理技术，以及与工业物联网相结合所带来的益处，将无线连接集成到新站点，并改造现有的有线平台，将无线连接整合到新站点并改造现有有线平台提供了新的自动化途径，最大限度地提高运营效率并实现新的商业模式。无线技术在帮助工厂满足需求、扩大生产规模和保持令人满意的效率水平方面发挥着至关重要的作用。行业趋势强调预测性维护、远程监控和预测分析以进行实时决策。随着各个行业实现成本节约和效率提高，大多数工业组织都专注于连接关键设备、流程和最终用户。然而，要充分释放工业物联网的价值，底层通信网络必须满足可靠性、安全性和弹性方面的严格要求。

无线连接的优势首先来自产品的快速上市和移动性，但想要在工业领域扩展有线网络，意味着需要周密的规划和繁琐的硬件安装。借助无线技术，企业可以更灵活地部署新设备，避免设计限制，传感器和边缘设备更容易添加到网络中，而传统的线缆则需要在地板下、墙后和天花板上方安装或进行布线。

节省成本则是所有企业关注的议题，建立无线网络可以大幅节省成本，因为有线连接将因为线缆和人工成本的因素而更加昂贵。此外，如果线缆出现故障，维修或更换成本也非常高昂。此外，员工安全也是一个重要的考虑因素。借助无线网络，远程监控和资产管理变得更加方便，使工人能够处理通常需要有线连接的危险情况。消除电线可以增强安全性并提高效率。

Wi-Fi是应用最广泛的无线协议

集成无线连接的最大挑战之一是确定采用哪些通信协议，以及如何使这些协议协同工作。Wi-Fi拥有广泛的用户基础，是物联网无线应用的理想协议。除了完善的基础设施外，Wi-Fi还具有多项关键优势。

首先，Wi-Fi几乎无处不在，并具有完善的基础设施和互操作性。Wi-Fi无处不在的这种熟悉感，使其易于使用和连接。由于其广泛的可用性，许多制造和工业应用都使用Wi-Fi。它还可以与许多设备制造商互操作，并将Wi-Fi作为关键协议。此外，通过云进行远程监控仍然是大多数企业的首要任务，云服务可以轻松部署在现有Wi-Fi网络上。

随着边缘AI/ML的兴起，越来越多的公司正在转向边缘计算，在更靠近设备的地方运行AI/ML算法，以减少延迟并扩展处理规模。通过将决策机制置于设备附近，应用程序可以获得更高的可靠性和更快的预防和预测性作响应时间，但这需要高带宽来传输大量数据。另一方面，无线（OTA）固件更新和数据传输已经成为主流趋势，当传输大量数据或执行固件OTA更新时，Wi-Fi是在有限时间内传输大量数据的理想选择。

低功耗和超低功耗Wi-Fi，将为工业物联网应用带来增值，这是因为工业环境可能非常严峻，加上联网设备和传感器通常放置在偏远地区，这带来了电池寿命和维护方面的后勤问题。传统Wi-Fi用于基础设施设备（路由器、手机、网关）并不适合，因为低功耗设备是这些系统的支柱，而电池寿命至关重要。

另一方面，低功耗Wi-Fi在发射、接收和休眠模式下均能实现低功耗。这显着延长了所有终端节点设备的电池寿命，并为许多任务业应用创造了巨大的价值。使用低功耗Wi-Fi变得非常有利，因为依靠电池供电的无线设备已成为新型远程监控应用的首选设计方案。低功耗Wi-Fi可以与蓝牙／低功耗蓝牙（LE）配合使用，以扩展本地连接和客户端的功能。

在部署低功耗、低成本工业物联网应用时对Wi-Fi的要求很多样，首先考虑的便是功耗。电池供电的终端节点设备需要低功耗，而传统的Wi-Fi并不适合此类应用，但Wi-Fi拥有良好的速度和带宽，非常适合在工业环境中使用。此外，无线和网络堆栈集成，对简化物联网开发流程至关重要。因此，无线和网络堆栈有望与无线解决方案集成。

另一方面，与主要云提供商建立完整的云连接已经是一项关键要求，在关键任务操作中，也必须确保免受在线和物理攻击的安全性，成本和尺寸限制也是物联网的关键因素，并且会根据用例而有所不同。

多样化的低功耗Wi-Fi的工业物联网应用

低功耗Wi-Fi的常见工业物联网应用相当多样，像是资产追踪器可用于室内的医院、制造业、化工行业、零售业，也可用于室外的停车场、货场、车队、物流，低功耗Wi-Fi可实现在有限区域内的实时位置监控，以及资产抵达设施后的数据传输。智能电表则可应用于住宅、工业和商业领域，低功耗Wi-Fi可成为数据上云的骨干网络，以及用于访问调试日志，并监控能源负荷曲线。

在临床医疗应用中，像是患者监护、输液泵、远程医疗、呼吸治疗（CPAP），都可利用低功耗Wi-Fi，来实现将数据传输到互联网和云端以供访问，以及存储在患者门户和医生门户网站中。在销售点应用中，像是零售、加油站可利用低功耗Wi-Fi实现在服务器上收集客户数据，以及验证支付后端。

车库门开启器则是家用车库、地下车库和集体车库的另一个应用，低功耗Wi-Fi可通过内置Wi-Fi轻松连接到家庭网络，并通过移动设备控制以获取实时警报。低功耗Wi-Fi还可实现楼宇自动化、酒店零售中的暖通空调控制，并可通过客户端进行远程连接、控制和监控。

警察、执法机构、体育和探险时所使用的随身记录仪，也是相当重要的应用，低功耗Wi-Fi可实现音频和视频采集，并传输到云端或服务器。在建筑、制造应用中使用的电动工具，通过低功耗Wi-Fi则可实现连接集中式工作站，下班后再传输数据。在汽车、卡车等售后市场的远程信息处理应用中，低功耗Wi-Fi则可实现创建Wi-Fi热点、客户端访问进行诊断等功能。

数据记录器／无线传感器可应用在石油和天然气、制造、汽车、电力、医疗保健、食品饮料、物流等场景，可在具有Wi-Fi基础设施的场所中远程监控和记录数据。在几乎所有需要劳动力的行业中所使用的工业可穿戴设备应用中，低功耗Wi-Fi可连接到客户端设备以获取警报和诊断，并集中监控和协作。

Wi-Fi 6将推动工业物联网的无线应用

由于2.4 GHz Wi-Fi 4功耗低、成本低且覆盖范围广，目前大多数IIoT设备都使用2.4 GHz Wi-Fi 4，但由于通道有限，以及经典蓝牙、低功耗蓝牙和Zigbee等其他协议也使用相同的频谱，频谱正变得拥挤，Wi-Fi 6将在这方面发挥重要作用。大多数路由器和笔记本电脑都已支持Wi-Fi 6，支持Wi-Fi 6的IIoT终端节点设备将开始快速发展。

与上一代相比，Wi-Fi 6的主要优势和差异化，包括可在密集环境中支持更多设备共存，Wi-Fi 6得益于OFDMA和MU-MIMO技术，即使在2.4 GHz频谱下，也能在密集环境中支持大量设备共存。这使得大量工业物联网设备能够在2.4 GHz频谱中共存，而无需迁移到5 GHz或6 GHz，从而避免增加成本和功耗。

此外，在临床医疗、电动工具和工业可穿戴设备等应用中，也将从这项新功能中受益匪浅。像是目标唤醒时间（TWT）是Wi-Fi 6中一项新增功能，使终端设备能够在目标时间唤醒并查找数据，而无需周期性唤醒，将可显着降低了功耗，这对于所有电池供电设备都至关重要。这将对资产追踪器、临床医疗、电动工具、暖通空调、工业可穿戴设备和随身摄像机应用产生影响。

工业物联网应用的低功耗Wi-Fi解决方案领导者

随着互联设备数量的增长、数据需求的不断增长，以及对可与多种设备互操作协议的需求，Wi-Fi将日益渗透到工业市场。芯科科技提供物联网Wi-Fi 4产品，并且是低功耗Wi-Fi +蓝牙/蓝牙LE，以及小尺寸设计的行业领导者。芯科科技的产品为物联网提供集成的无线协议栈、网络协议栈、云连接和一流的安全性。

芯科科技的SiWx917集成Wi-Fi 6和蓝牙LE 5.4技术，并集成应用处理器，是专为电池供电或物联网设备而设计，旨在实现超低功耗和始终在线的云连接。SiWx917支持物联网优化的Wi-Fi，任何可能受益于联网的设备都能从中获得益处。

SiWx917具有先进的功耗优化技术，可实现智能设备长达5年的电池续航时间。芯科科技的Wi-Fi产品组合包括Wi-Fi 6和Wi-Fi 4 SoC解决方案，支持Wi-Fi和蓝牙，具有超低功耗、长电池寿命、高性能边缘计算、一流的安全性、长距离，以及通过FCC、IC和ETSI/CE、MIC认证的模块。芯科科技的低功耗Wi-Fi产品线包括SiWx917无线SoC、SiWx917Y无线模块、RS9116 Wi-Fi收发器SoC、RS9116 Wi-Fi收发器模块、RS9116 Wi-Fi NCP SoC、RS9116 Wi-Fi NCP模块等。

结语

随着工业物联网持续朝向智能化与大规模连接发展，低功耗Wi-Fi技术展现出兼具长时间运行、稳定联机与灵活部署的优势，成为增强工厂数据感知和远程控制效率的关键推动力。通过优化的低功耗协议与专用模块，不仅能满足传感器、仪表与设备对长续航与实时传输的需求，更能与云端与边缘运算无缝集成，实现更高的可靠性与可扩展性。芯科科技所推出的低功耗Wi-Fi解决方案，将为智能制造、预测性维护与工厂自动化开启更多创新应用场景，推动工业物联网迈向高效、安全可持续的新时代。

本文转载自艾睿电子网站，原文链接：https://www.arrow.com/zh-cn/research-and-events/articles/silicon-labs-low-power-wifi