無線連接正在推動工業4.0的發展，改變工業格局并創造價值數萬億美元的新市場機會。如今，工業物聯網（IIoT）智能解決方案能夠消除計劃外停機、優化運營流程，并最大程度提高產量，從而實現節能制造、供應鏈和資產密集型場所的可持續發展。本文將為您探討低功耗Wi-Fi如何在嚴苛條件和極具挑戰性的射頻（RF）環境中，為各種工業物聯網應用提供支持，以及由Silicon Labs（芯科科技）所推出的相關解決方案。

工業物聯網設備和系統的無線連接為實現自動化提供了新途徑

越來越多的行業看到了將數字技術和物理技術，以及與工業物聯網相結合所帶來的益處，將無線連接集成到新站點，并改造現有的有線平臺，將無線連接整合到新站點并改造現有有線平臺提供了新的自動化途徑，最大限度地提高運營效率并實現新的商業模式。無線技術在幫助工廠滿足需求、擴大生產規模和保持令人滿意的效率水平方面發揮著至關重要的作用。行業趨勢強調預測性維護、遠程監控和預測分析以進行實時決策。隨著各個行業實現成本節約和效率提高，大多數工業組織都專注于連接關鍵設備、流程和最終用戶。然而，要充分釋放工業物聯網的價值，底層通信網絡必須滿足可靠性、安全性和彈性方面的嚴格要求。

無線連接的優勢首先來自產品的快速上市和移動性，但想要在工業領域擴展有線網絡，意味著需要周密的規劃和繁瑣的硬件安裝。借助無線技術，企業可以更靈活地部署新設備，避免設計限制，傳感器和邊緣設備更容易添加到網絡中，而傳統的線纜則需要在地板下、墻后和天花板上方安裝或進行布線。

節省成本則是所有企業關注的議題，建立無線網絡可以大幅節省成本，因為有線連接將因為線纜和人工成本的因素而更加昂貴。此外，如果線纜出現故障，維修或更換成本也非常高昂。此外，員工安全也是一個重要的考慮因素。借助無線網絡，遠程監控和資產管理變得更加方便，使工人能夠處理通常需要有線連接的危險情況。消除電線可以增強安全性并提高效率。

Wi-Fi是應用最廣泛的無線協議

集成無線連接的最大挑戰之一是確定采用哪些通信協議，以及如何使這些協議協同工作。Wi-Fi擁有廣泛的用戶基礎，是物聯網無線應用的理想協議。除了完善的基礎設施外，Wi-Fi還具有多項關鍵優勢。

首先，Wi-Fi幾乎無處不在，并具有完善的基礎設施和互操作性。Wi-Fi無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，許多制造和工業應用都使用Wi-Fi。它還可以與許多設備制造商互操作，并將Wi-Fi作為關鍵協議。此外，通過云進行遠程監控仍然是大多數企業的首要任務，云服務可以輕松部署在現有Wi-Fi網絡上。

隨著邊緣AI/ML的興起，越來越多的公司正在轉向邊緣計算，在更靠近設備的地方運行AI/ML算法，以減少延遲并擴展處理規模。通過將決策機制置于設備附近，應用程序可以獲得更高的可靠性和更快的預防和預測性作響應時間，但這需要高帶寬來傳輸大量數據。另一方面，無線（OTA）固件更新和數據傳輸已經成為主流趨勢，當傳輸大量數據或執行固件OTA更新時，Wi-Fi是在有限時間內傳輸大量數據的理想選擇。

低功耗和超低功耗Wi-Fi，將為工業物聯網應用帶來增值，這是因為工業環境可能非常嚴峻，加上聯網設備和傳感器通常放置在偏遠地區，這帶來了電池壽命和維護方面的后勤問題。傳統Wi-Fi用于基礎設施設備（路由器、手機、網關）并不適合，因為低功耗設備是這些系統的支柱，而電池壽命至關重要。

另一方面，低功耗Wi-Fi在發射、接收和休眠模式下均能實現低功耗。這顯著延長了所有終端節點設備的電池壽命，并為許多任務業應用創造了巨大的價值。使用低功耗Wi-Fi變得非常有利，因為依靠電池供電的無線設備已成為新型遠程監控應用的首選設計方案。低功耗Wi-Fi可以與藍牙／低功耗藍牙（LE）配合使用，以擴展本地連接和客戶端的功能。

在部署低功耗、低成本工業物聯網應用時對Wi-Fi的要求很多樣，首先考慮的便是功耗。電池供電的終端節點設備需要低功耗，而傳統的Wi-Fi并不適合此類應用，但Wi-Fi擁有良好的速度和帶寬，非常適合在工業環境中使用。此外，無線和網絡堆棧集成，對簡化物聯網開發流程至關重要。因此，無線和網絡堆棧有望與無線解決方案集成。

另一方面，與主要云提供商建立完整的云連接已經是一項關鍵要求，在關鍵任務操作中，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網的關鍵因素，并且會根據用例而有所不同。

多樣化的低功耗Wi-Fi的工業物聯網應用

低功耗Wi-Fi的常見工業物聯網應用相當多樣，像是資產追蹤器可用于室內的醫院、制造業、化工行業、零售業，也可用于室外的停車場、貨場、車隊、物流，低功耗Wi-Fi可實現在有限區域內的實時位置監控，以及資產抵達設施后的數據傳輸。智能電表則可應用于住宅、工業和商業領域，低功耗Wi-Fi可成為數據上云的骨干網絡，以及用于訪問調試日志，并監控能源負荷曲線。

在臨床醫療應用中，像是患者監護、輸液泵、遠程醫療、呼吸治療（CPAP），都可利用低功耗Wi-Fi，來實現將數據傳輸到互聯網和云端以供訪問，以及存儲在患者門戶和醫生門戶網站中。在銷售點應用中，像是零售、加油站可利用低功耗Wi-Fi實現在服務器上收集客戶數據，以及驗證支付后端。

車庫門開啟器則是家用車庫、地下車庫和集體車庫的另一個應用，低功耗Wi-Fi可通過內置Wi-Fi輕松連接到家庭網絡，并通過移動設備控制以獲取實時警報。低功耗Wi-Fi還可實現樓宇自動化、酒店零售中的暖通空調控制，并可通過客戶端進行遠程連接、控制和監控。

警察、執法機構、體育和探險時所使用的隨身記錄儀，也是相當重要的應用，低功耗Wi-Fi可實現音頻和視頻采集，并傳輸到云端或服務器。在建筑、制造應用中使用的電動工具，通過低功耗Wi-Fi則可實現連接集中式工作站，下班后再傳輸數據。在汽車、卡車等售后市場的遠程信息處理應用中，低功耗Wi-Fi則可實現創建Wi-Fi熱點、客戶端訪問進行診斷等功能。

數據記錄器／無線傳感器可應用在石油和天然氣、制造、汽車、電力、醫療保健、食品飲料、物流等場景，可在具有Wi-Fi基礎設施的場所中遠程監控和記錄數據。在幾乎所有需要勞動力的行業中所使用的工業可穿戴設備應用中，低功耗Wi-Fi可連接到客戶端設備以獲取警報和診斷，并集中監控和協作。

Wi-Fi 6將推動工業物聯網的無線應用

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IIoT設備都使用2.4 GHz Wi-Fi 4，但由于通道有限，以及經典藍牙、低功耗藍牙和Zigbee等其他協議也使用相同的頻譜，頻譜正變得擁擠，Wi-Fi 6將在這方面發揮重要作用。大多數路由器和筆記本電腦都已支持Wi-Fi 6，支持Wi-Fi 6的IIoT終端節點設備將開始快速發展。

與上一代相比，Wi-Fi 6的主要優勢和差異化，包括可在密集環境中支持更多設備共存，Wi-Fi 6得益于OFDMA和MU-MIMO技術，即使在2.4 GHz頻譜下，也能在密集環境中支持大量設備共存。這使得大量工業物聯網設備能夠在2.4 GHz頻譜中共存，而無需遷移到5 GHz或6 GHz，從而避免增加成本和功耗。

此外，在臨床醫療、電動工具和工業可穿戴設備等應用中，也將從這項新功能中受益匪淺。像是目標喚醒時間（TWT）是Wi-Fi 6中一項新增功能，使終端設備能夠在目標時間喚醒并查找數據，而無需周期性喚醒，將可顯著降低了功耗，這對于所有電池供電設備都至關重要。這將對資產追蹤器、臨床醫療、電動工具、暖通空調、工業可穿戴設備和隨身攝像機應用產生影響。

工業物聯網應用的低功耗Wi-Fi解決方案領導者

隨著互聯設備數量的增長、數據需求的不斷增長，以及對可與多種設備互操作協議的需求，Wi-Fi將日益滲透到工業市場。芯科科技提供物聯網Wi-Fi 4產品，并且是低功耗Wi-Fi +藍牙/藍牙LE，以及小尺寸設計的行業領導者。芯科科技的產品為物聯網提供集成的無線協議棧、網絡協議棧、云連接和一流的安全性。

芯科科技的SiWx917集成Wi-Fi 6和藍牙LE 5.4技術，并集成應用處理器，是專為電池供電或物聯網設備而設計，旨在實現超低功耗和始終在線的云連接。SiWx917支持物聯網優化的Wi-Fi，任何可能受益于聯網的設備都能從中獲得益處。

SiWx917具有先進的功耗優化技術，可實現智能設備長達5年的電池續航時間。芯科科技的Wi-Fi產品組合包括Wi-Fi 6和Wi-Fi 4 SoC解決方案，支持Wi-Fi和藍牙，具有超低功耗、長電池壽命、高性能邊緣計算、一流的安全性、長距離，以及通過FCC、IC和ETSI/CE、MIC認證的模塊。芯科科技的低功耗Wi-Fi產品線包括SiWx917無線SoC、SiWx917Y無線模塊、RS9116 Wi-Fi收發器SoC、RS9116 Wi-Fi收發器模塊、RS9116 Wi-Fi NCP SoC、RS9116 Wi-Fi NCP模塊等。

結語

隨著工業物聯網持續朝向智能化與大規模連接發展，低功耗Wi-Fi技術展現出兼具長時間運行、穩定聯機與靈活部署的優勢，成為增強工廠數據感知和遠程控制效率的關鍵推動力。通過優化的低功耗協議與專用模塊，不僅能滿足傳感器、儀表與設備對長續航與實時傳輸的需求，更能與云端與邊緣運算無縫集成，實現更高的可靠性與可擴展性。芯科科技所推出的低功耗Wi-Fi解決方案，將為智能制造、預測性維護與工廠自動化開啟更多創新應用場景，推動工業物聯網邁向高效、安全可持續的新時代。

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