Morse Micro представи две референтни конструкции на USB донгъли с Wi-Fi HaLow, предназначени да улеснят добавянето на безжична свързаност на дълги разстояния към оборудване, което първоначално не е 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 на 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. Референтните USB конструкции MM8108 на Morse Micro предлагат два различни подхода за добавяне на Wi-Fi HaLow свързаност към съществуващи устройства.

Как 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 дадено предприятие може вече да има компютри, мобилно оборудване, роботи или вградени контролери, на които им остават години полезна експлоатация, въпреки че на тези платформи липсва безжичната технология, необходима за ново приложение.

Подмяната на цялата хост платформа само за да се получи 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 към външна референтна конструкция и оставя съществуващата хост архитектура до голяма степен непроменена.

Това не прави интеграцията напълно plug-and-play във всяко приложение, но променя изходната точка за инженерната работа. 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 ниша

Wi-Fi HaLow е базиран на IEEE 802.11ah и работи в спектъра под 1 GHz, вместо в честотните ленти 2,4 GHz, 5 GHz и 6 GHz, свързвани с масовия Wi-Fi. По-ниската работна честота е предназначена да осигури по-голям обхват и по-добри характеристики на разпространение за IoT приложения, като същевременно запазва вградената IP мрежова свързаност.

Morse Micro твърди, че реализациите му на HaLow могат да осигурят мрежова свързаност на разстояния до приблизително един километър, макар че реалният обхват в индустриални условия винаги зависи от регионалните правила за честотите, антените, мощността на предаване, препятствията, смущенията и физическата среда.

Това прави технологията интересна за обекти, в които покритието на конвенционалния Wi-Fi става трудно осъществимо или изисква значителна инфраструктура. Складове, открити производствени зони, логистични площадки, селскостопански обекти и разпределени индустриални активи могат да включват разстояния, които е трудно да бъдат покрити с обичайните предположения за безжична връзка на закрито.

Привлекателността не се свежда само до максималния обхват. Wi-Fi HaLow е проектиран и за IoT приложения с ниска консумация на енергия, като същевременно запазва познатата мрежова комуникация, базирана на IP. Това може да намали нуждата от преобразуване на протоколи между безжичната връзка и стандартната Ethernet или IP инфраструктура.

RD09 разширява Wi-Fi HaLow в 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 подходящ за разработчиците на инфраструктура и системните интегратори. Съществуваща рутерна платформа може вече да осигурява Ethernet маршрутизация, защитна стена, управление и други мрежови функции, докато референтният USB 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 Wi-Fi HaLow мрежи 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 поема по-интересен път при индустриалното оборудване

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

За хост системата връзката следователно изглежда много повече като стандартен мрежов интерфейс. Morse Micro описва RD17 като устройство без нужда от драйвери, тъй като устройствата, поддържащи стандартния интерфейс CDC-NCM, не се нуждаят от специално разработен драйвер на Morse Micro за Wi-Fi HaLow, инсталиран на хоста.

Това разграничение е важно за индустриалните системи, в които софтуерните среди могат да бъдат строго контролирани. Индустриален 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 премества по-голяма част от специфичната за HaLow реализация извън хоста, 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 място за продажба и устройствата с Android или iOS.

Без драйвер не означава без конфигуриране

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

Мрежовата конфигурация, удостоверяването, адресирането и комуникацията на ниво приложение все пак 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, известен също като протокол за провизиране на устройства, както и бутон за сдвояване за удостоверяване на устройството. Това може да опрости въвеждането в сравнение с ръчното конфигуриране на безжични идентификационни данни чрез приложение, специфично за хоста.

За организациите, които управляват множество разпределени устройства, въвеждането често е също толкова важно, колкото и радиопроизводителността. Технически способен безжичен канал става труден за управление в голям мащаб, ако всяка крайна точка изисква различен работен процес за конфигуриране.

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 приложението дори когато първоначалните мрежови възможности вече не са подходящи за новата архитектура на предприятието.

HaLow интерфейс, базиран на USB, предлага един от възможните начини за разширяване 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 актуално за платформите HMI и индустриални изчислителни 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 машиннообучаеми изводи в близост до процеса. Ако съществуващата му мрежова връзка не може икономично да покрие необходимото разстояние, добавянето на още един радиоинтерфейс може да е по-лесно от цялостното преработване на периферната платформа.

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 според приложението. Не всяка комуникационна връзка на робот трябва да бъде прехвърляна към безжична мрежа с голям обхват, особено когато става дума 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 сензорна информация могат да бъдат кандидати за отделна свързаност.

Мобилен робот, който работи в голям обект, също може да излезе извън практическата зона на покритие на една конвенционална точка за достъп. Разширяването на свързаността чрез подгигахерцова безжична технология би могло да намали някои предизвикателства, свързани с покритието, в зависимост от разположението 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 му от обхват, IP мрежова свързаност и по-ниска консумация на енергия е по-подходящо за конкретен комуникационен път от наличните алтернативи.

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

Спецификация за обхват от порядъка на километри е привлекателна, но индустриалните обекти рядко приличат на открити лабораторни тестови среди. Стоманени конструкции, машини, складови стелажи, технологични съдове и армирани 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 по-малък брой точки за достъп или по-добро покритие в труднодостъпни зони, а не просто достигане на максимално обявяваното разстояние. Проучването на обекта и изпитванията при реален монтаж остават важни винаги, когато безжичната мрежа ще пренася оперативно важни данни.

Работният подгигахерцов диапазон 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 идентични навсякъде.

Вградената IP свързаност опростява мрежовата архитектура

Една от по-важните характеристики на Wi‑Fi HaLow за интеграция в индустриални среди е вградената IP свързаност. Някои IoT технологии с голям обхват са умишлено оптимизирани за сензорни мрежи с ниска скорост на предаване на данни и разчитат на шлюзове, които преобразуват радиопротокола в стандартни IP мрежи и обратно.

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 там, където 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, която обикновено е свързана с добавянето на специализирана радиотехнология за далечни разстояния.

MM8108 осигурява по-голям резерв от обикновената сензорна свързаност

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

Това не означава, че една индустриална инсталация непрекъснато ще постига 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 сензори за температура или налягане, 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 серийно оборудване. USB хардуерът може също да улесни ранната оценка, тъй като разработчиците не трябва веднага да се ангажират с персонализирана радиоплатка.

Системният интегратор може да тества покритието, пропускателната способност и поведението на приложението, като използва съществуващ хост, преди да реши дали при последващия сериен дизайн да запази USB реализацията или да интегрира MM8108 по-директно.

Това улеснява 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 разработване на хардуер. Ако отговорът е „да“, измерванията, събрани по време на етапа на прототипиране, могат да помогнат при разполагането 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 вграден безжичен интерфейс и е особено подходящ за маршрутизатори, точки за достъп и компютри, при които е възможна специализирана софтуерна поддръжка.

RD17 абстрахира по-голяма част от тази интеграция от хоста, 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 от 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 мрежова свързаност в подгигахерцовия диапазон без цялостно преработване на хоста, а разработчиците могат да оценят HaLow чрез хардуерни платформи, с които вече са запознати.

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

Wi-Fi HaLow няма да замени всяка индустриална мрежа, нито дългообхватната безжична свързаност 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 вградена IP свързаност на по-голяма физическа площ.

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