Morse Micro предлага USB връзка за свързване на индустриални устройства на големи разстояния

Morse Micro представи два референтни дизайна на USB донгъли за Wi-Fi HaLow, насочени към улесняване на добавянето на безжична свързаност с голям обхват към оборудване, което никога не е било проектирано с вграден хардуер за Wi-Fi HaLow.

Изградени около системата върху чип MM8108 на компанията, MM8108-RD09 и MM8108-RD17 използват USB като точка за свързване между Wi-Fi HaLow и съществуваща хост платформа. За индустриалните потребители този подход е значим, тъй като създава възможен път за надграждане на компютри, роботи и периферни устройства, без производителите да се налага да преработват дънната платка на хоста около специализиран HaLow радиомодул.

Фигура 1. USB референтните дизайни MM8108 на Morse Micro предлагат два различни подхода за добавяне на Wi-Fi HaLow свързаност към съществуващи устройства.

Защо USB променя проблема с интеграцията

Wi-Fi HaLow обикновено се обсъжда в контекста на ново IoT оборудване, при което радиомодулът може да бъде проектиран в продукта още от самото начало. Индустриалната среда е различна. В едно предприятие може вече да има компютри, мобилно оборудване, роботи или вградени контролери, на които им остават години полезна експлоатация, въпреки че тези платформи не разполагат с безжичната технология, необходима за ново приложение.

Подмяната на цялата хост платформа само за да се добави друг безжичен интерфейс рядко е привлекателна. Преработването на електрониката около нов радиомодул може да бъде също толкова трудно, тъй като въвежда съображения, свързани с радиочестотното проектиране, фърмуера, сертифицирането и механичната конструкция. USB реализацията прехвърля голяма част от тази сложност във външен референтен дизайн и оставя съществуващата хост архитектура до голяма степен непроменена.

Това не означава, че интеграцията е напълно plug-and-play във всяко приложение, но променя началната точка на инженерния процес. Вместо да се питат как да преработят индустриален компютър за Wi-Fi HaLow, разработчиците могат да започнат с въпроса дали съществуващ USB интерфейс може да осигури необходимата свързаност.

Wi-Fi HaLow е насочен към различна безжична среда

Wi-Fi HaLow е базиран на IEEE 802.11ah и работи в подгигахерцовия спектър, а не в диапазоните 2,4 GHz, 5 GHz и 6 GHz, свързвани с масовия Wi-Fi. По-ниската работна честота има за цел да осигури по-голям обхват и по-добри характеристики на разпространение за IoT приложения, като същевременно запазва вградената IP мрежова свързаност.

Morse Micro посочва, че нейните реализации на HaLow могат да осигурят мрежова свързаност на разстояния до приблизително един километър, въпреки че действителният индустриален обхват винаги ще зависи от регионалните правила за използване на честотите, антените, мощността на предаване, препятствията, смущенията и физическата среда.

Това прави технологията интересна за обекти, където осигуряването на покритие с конвенционален Wi-Fi става трудно или изисква значителна инфраструктура. Складове, открити производствени зони, логистични дворове, селскостопански обекти и разпределени индустриални активи могат да включват разстояния, които е трудно да бъдат покрити с обичайните предположения за безжична мрежа на закрито.

Привлекателността не се свежда само до максималния обхват. Wi-Fi HaLow е проектиран и за IoT работа с ниска консумация на енергия, като същевременно запазва познатите мрежи, базирани на IP. Това може да намали необходимостта от преобразуване на протоколи между безжичната връзка и конвенционалната Ethernet или IP инфраструктура.

RD09 разширява Wi-Fi HaLow към съществуващата мрежова инфраструктура

MM8108-RD09 е проектиран да работи както в приложения с точка за достъп, така и в станционни приложения. Morse Micro предоставя поддръжка за OpenWrt, която позволява съвместими рутери и точки за достъп с USB свързаност да бъдат надградени с възможности за Wi-Fi HaLow.

Това прави RD09 особено релевантен за разработчиците на инфраструктура и системните интегратори. Съществуваща рутерна платформа може вече да предоставя маршрутизиране през Ethernet, защитна стена, управление и други мрежови функции, докато USB референтният дизайн добавя радиослоя HaLow.

Същият дизайн може да поддържа и клиентски устройства. Morse Micro посочва вградена поддръжка на драйвери за Windows и Linux, както и приложение за macOS, което позволява на стандартни компютри да се свързват към мрежи Wi-Fi HaLow чрез USB устройството.

От гледна точка на индустриалната интеграция това е сравнително позната архитектура: операционната система разпознава безжичния адаптер чрез специализиран софтуер, а хостът може да взаимодейства с мрежата HaLow като с мрежов интерфейс.

RD17 избира по-интересен подход за индустриално оборудване

MM8108-RD17 решава различен проблем. Вместо да изисква от хоста да разпознава специален Wi-Fi HaLow адаптер и съответния драйвер, донгълът се представя като стандартен Ethernet интерфейс CDC-NCM.

Следователно за хоста връзката изглежда много повече като конвенционален мрежов интерфейс. Morse Micro описва RD17 като устройство без нужда от драйвер, тъй като устройствата, поддържащи стандартния интерфейс CDC-NCM, не се нуждаят от специален драйвер за Wi-Fi HaLow на Morse Micro, инсталиран на хоста.

Това разграничение е важно при индустриални системи, в които софтуерните среди могат да бъдат строго контролирани. Индустриалният компютър може да работи с валидиран операционен образ, който операторите не желаят да променят. Контролерът на робот или вградената платформа също може да поддържа USB, като същевременно предлага малка гъвкавост за добавяне на драйвери на ядрото от трети страни.

Като прехвърля по-голяма част от специфичната за HaLow реализация извън хост системата, RD17 потенциално разширява обхвата на оборудването, което може да използва безжичната технология. Morse Micro изрично посочва индустриалните компютри и роботиката сред целевите си приложения, наред с терминалите на места за продажба и устройствата с Android или iOS.

Без драйвери не означава без конфигуриране

Терминът „без драйвери“ лесно може да създаде впечатлението, че не е необходима интеграционна работа. На практика важният момент е по-тесен: хостът не изисква специален Wi-Fi HaLow драйвер, когато вече поддържа стандартния CDC-NCM Ethernet интерфейс.

Мрежовата конфигурация, удостоверяването, адресирането и комуникацията на приложно ниво все още трябва да бъдат взети предвид. Индустриалните инженери трябва също да оценят как новият безжичен път взаимодейства със съществуващото мрежово сегментиране, политиките за киберсигурност и практиките за управление на устройствата.

RD17 поддържа Wi-Fi Easy Connect, известно също като Device Provisioning Protocol, както и бутон за сдвояване, наличен за удостоверяване на устройството. Това може да опрости въвеждането в експлоатация в сравнение с ръчното конфигуриране на безжични идентификационни данни чрез приложение, специфично за хост системата.

За организациите, които управляват множество разпределени устройства, въвеждането в експлоатация често е също толкова важно, колкото и радиопроизводителността. Технически способната безжична връзка става трудна за управление в голям мащаб, ако всяка крайна точка изисква различен работен процес за провизиране.

Съществуващите индустриални компютри са очевиден случай на употреба

Индустриалните компютри често остават в експлоатация много по-дълго от потребителското изчислително оборудване. Техните процесори, I/O интерфейси и софтуер могат да продължат да отговарят на изискванията на приложенията дори когато първоначалните мрежови възможности вече не съответстват на новата архитектура на предприятието.

HaLow интерфейс, базиран на USB, предлага един от възможните начини за удължаване на експлоатацията на тези системи без подмяна на компютъра. Например индустриален компютър, използван за наблюдение на отдалечено оборудване, потенциално би могъл да се свързва чрез HaLow, като същевременно запази съществуващия си софтуер и базирания на Ethernet приложен стек.

Това е особено важно за платформите HMI и индустриалните компютърни системи, при които полезният живот на хардуера често надхвърля жизнения цикъл на отделните комуникационни технологии.

Същата идея се отнася и за системите за периферни изчисления. Периферно устройство може да събира информация от сензори, да извършва локален анализ или да изпълнява машиннообучаема инференция в близост до процеса. Ако съществуващата му мрежова връзка не може икономично да покрие необходимото разстояние, добавянето на още един радиоинтерфейс може да бъде по-лесно от цялостното преработване на платформата за периферни изчисления.

Роботиката поставя различен набор от изисквания към свързаността

Роботите и автономните индустриални устройства са друга област, в която подходът с USB може да бъде полезен, макар че изискванията към свързаността се различават значително между приложенията. Не всяка комуникационна връзка на робот трябва да бъде прехвърляна към безжична мрежа с голям обхват, особено когато става въпрос за детерминирано управление или комуникация, свързана с безопасността.

Съществуват обаче много вторични потоци от данни, които не изискват безжичната мрежа да затваря основния контур за управление на движението. Диагностичната информация, данните за състоянието на оборудването, производственият статус, софтуерното управление и избрана информация от сензори могат да бъдат кандидати за отделна свързаност.

Мобилен робот, работещ в голям обект, също може да излезе извън практическата зона на покритие на една конвенционална точка за достъп. Разширяването на свързаността чрез безжична мрежа под 1 GHz може да намали някои предизвикателства, свързани с покритието, в зависимост от разпределението на обекта и изискванията към производителността.

Следователно инженерният въпрос не е дали Wi-Fi HaLow трябва да замени всяка съществуваща индустриална безжична технология. Въпросът е дали съчетанието от обхват, IP мрежова свързаност и работа с по-ниска консумация на енергия е по-подходящо за конкретен комуникационен път от алтернативите.

Големият обхват може да намали инфраструктурата, но радиочестотното планиране все още е от значение

Спецификацията за обхват от порядъка на километри е привлекателна, но промишлените обекти рядко приличат на открити лабораторни тестови среди. Стоманените конструкции, машините, складовите стелажи, технологичните съдове и армираните стени могат да повлияят на разпространението на радиочестотния сигнал, а близкото оборудване може да допринесе за електрически шум и смущения.

Поради тази причина практическата полза от HaLow може да бъде намаляване на броя на точките за достъп или по-добро покритие в труднодостъпни зони, а не просто достигане на максималното рекламирано разстояние. Проучването на обекта и изпитванията при реален монтаж остават важни винаги когато безжичната мрежа ще пренася оперативно важни данни.

Работният диапазон под 1 GHz също варира според региона, което означава, че при международно внедряване на оборудването трябва да се вземат предвид конфигурацията на продукта и регулаторните изисквания. Индустриалните OEM производители, които планират една платформа за няколко пазара, не могат да приемат, че радиопараметрите са еднакви навсякъде.

Нативният IP опростява мрежовата архитектура

Една от по-важните характеристики на Wi‑Fi HaLow за индустриална интеграция е вградената IP свързаност. Някои IoT технологии с голям обхват са умишлено оптимизирани за сензорни мрежи с ниска скорост на данните и разчитат на шлюзове за преобразуване между радиопротокола и стандартните IP мрежи.

HaLow използва различен подход. Устройствата могат да участват директно в IP мрежи, което може да направи интеграцията по-позната за екипи, които вече управляват Ethernet и Wi‑Fi инфраструктура.

Това не премахва необходимостта от шлюзове, защитни стени или маршрутизация, когато архитектурата ги изисква. То просто означава, че преобразуването на протоколи не трябва да бъде основна част от всяка връзка.

За инженерите, работещи със системи за индустриална комуникация и мрежи, това познаване може да намали част от софтуерната интеграционна работа, обичайно свързана с добавянето на специализирана радиотехнология с голям обхват.

MM8108 осигурява по-голям резерв от обикновената сензорна свързаност

MM8108 е Wi‑Fi HaLow SoC от второ поколение на Morse Micro. Компанията посочва PHY скорости на данните до приблизително 43,3 Mbps при поддържаните работни условия, което поставя устройството значително над изискванията за пропускателна способност на много базови телеметрични приложения.

Това не означава, че една индустриална инсталация ще постига непрекъснато максималната PHY скорост, особено при голям обхват. Реалната пропускателна способност на приложението се влияе от условията на канала, модулацията, протоколния overhead и мрежовия дизайн.

Това обаче помага да се обясни защо Morse Micro позиционира новите USB дизайни както за периферен AI, така и за конвенционална IoT свързаност. Разпределените периферни системи могат да генерират значително повече информация от обикновените температурни или наляганеови сензори, особено когато приложенията включват диагностика на машини, изображения или по-богати оперативни набори от данни.

USB може също да ускори прототипирането

Стойността на референтния дизайн не се ограничава до преоборудването на производствено оборудване. USB хардуерът може също да улесни ранната оценка, тъй като разработчиците не трябва веднага да се ангажират с потребителска радиоплатка.

Системният интегратор може да тества покритието, пропускателната способност и поведението на приложенията, като използва съществуващ хост, преди да реши дали последващият производствен дизайн трябва да запази USB реализацията или да интегрира MM8108 по-директно.

Това намалява бариерата пред отговора на най-важния въпрос в началния етап: решава ли Wi‑Fi HaLow действително проблема със свързаността на този обект?

Ако отговорът е „не“, инженерният екип е избегнал значителни усилия за хардуерна разработка. Ако отговорът е „да“, измерванията, събрани по време на етапа на прототипиране, могат да помогнат при определянето на разположението на антените, мрежовата топология и бъдещия продуктов дизайн.

Два референтни дизайна за два различни пътя за надграждане

Разликата между RD09 и RD17 в крайна сметка е по-важна от факта, че и двата продукта използват USB. RD09 интегрира HaLow като естествен безжичен интерфейс и е особено подходящ за рутери, точки за достъп и компютри, при които специализираната софтуерна поддръжка е практична.

RD17 абстрахира по-голяма част от тази интеграция от хост системата, като се представя като стандартен CDC-NCM Ethernet интерфейс. Това го прави потенциално по-подходящ за индустриално и вградено оборудване, при което инсталирането на допълнителни безжични драйвери е нежелателно или невъзможно.

И двата подхода адресират един и същ по-широк проблем: голяма инсталирана база оборудване е проектирана преди Wi‑Fi HaLow да стане търговски достъпен, а подмяната на това оборудване само за да се добави още една радиотехнология е трудно оправдаема.

По-голямата възможност е свързаност без преработване на машината

Следователно индустриалното значение на новите референтни дизайни на Morse Micro е свързано по-малко със самия USB конектор и повече с това, което този конектор избягва. Съществуващото оборудване може да получи достъп до дългообхватна мрежа в подгигахерцовия диапазон без цялостно преработване на хост системата, а разработчиците могат да оценят HaLow чрез хардуерни платформи, които вече познават.

Това може да е полезно за индустриални компютри, роботи, периферни устройства и мрежова инфраструктура, разположени в големи обекти, където разширяването на покритието на конвенционалния Wi‑Fi е трудно или скъпо. RD17 е особено забележителен, тъй като стандартното му Ethernet представяне намалява зависимостта от специфични за хоста безжични драйвери, премахвайки една често срещана пречка при наследени и вградени системи.

Wi‑Fi HaLow няма да замени всяка индустриална мрежа, нито дългообхватната безжична връзка трябва да се разглежда като заместител на инфраструктурата за детерминирано управление. Най-силната ѝ роля може да бъде запълването на пространството между конвенционалния Wi‑Fi с малък обхват и специализираните IoT мрежи с ниска скорост на предаване на данни, особено там, където оборудването се нуждае от естествена IP свързаност на по-голяма физическа площ.

За индустриалните инженери новите USB дизайни улесняват тестването на тази възможност. Вместо да се започва с проект за нова дънна платка, радиомодул и софтуерна интеграция, първият експеримент вече може да започне от наличен USB порт.