Morse Micro ha presentado dos diseños de referencia de dongles USB Wi-Fi HaLow destinados a facilitar la incorporación de conectividad inalámbrica de largo alcance a equipos que nunca se diseñaron con hardware Wi-Fi HaLow integrado.

Basados en el sistema en chip MM8108 de la empresa, tanto el MM8108-RD09 como el MM8108-RD17 utilizan USB como punto de conexión entre Wi-Fi HaLow y una plataforma anfitriona existente. Para los usuarios industriales, este enfoque es importante porque crea una posible vía de actualización para ordenadores, robots y dispositivos periféricos sin exigir a los fabricantes que rediseñen la placa base anfitriona en torno a una radio HaLow dedicada.

Figura 1. Los diseños de referencia USB MM8108 de Morse Micro ofrecen dos enfoques diferentes para añadir conectividad Wi-Fi HaLow a dispositivos existentes.

Por qué el USB cambia el problema de integración

Wi-Fi HaLow se ha tratado normalmente en el contexto de nuevos equipos de IoT, en los que la radio puede diseñarse en el producto desde el principio. Los entornos industriales son diferentes. Una planta puede contar ya con ordenadores, equipos móviles, robots o controladores integrados a los que aún les quedan años de vida útil, aunque esas plataformas carezcan de la tecnología inalámbrica necesaria para una nueva aplicación.

Reemplazar toda la plataforma anfitriona simplemente para obtener otra interfaz inalámbrica rara vez resulta atractivo. Rediseñar la electrónica en torno a una nueva radio puede ser igual de difícil, ya que introduce consideraciones de ingeniería de RF, firmware, certificación y diseño mecánico. Una implementación USB traslada gran parte de esa complejidad a un diseño de referencia externo y deja prácticamente intacta la arquitectura anfitriona existente.

Eso no hace que la integración sea completamente plug and play en todas las aplicaciones, pero cambia el punto de partida de la ingeniería. En lugar de preguntarse cómo rediseñar un ordenador industrial para Wi-Fi HaLow, los desarrolladores pueden empezar por evaluar si una interfaz USB existente puede proporcionar la conectividad necesaria.

Wi-Fi HaLow apunta a un espacio inalámbrico diferente

Wi-Fi HaLow se basa en IEEE 802.11ah y funciona en el espectro sub-GHz, en lugar de las bandas de 2,4 GHz, 5 GHz y 6 GHz asociadas con el Wi-Fi convencional. La frecuencia de funcionamiento más baja está diseñada para proporcionar mayor alcance y mejores características de propagación para aplicaciones de IoT, manteniendo al mismo tiempo la conectividad de red IP nativa.

Morse Micro afirma que sus implementaciones de HaLow pueden proporcionar conectividad de red a distancias de aproximadamente un kilómetro, aunque el alcance industrial real siempre dependerá de las normativas regionales sobre frecuencias, las antenas, la potencia de transmisión, los obstáculos, las interferencias y el entorno físico.

Esto hace que la tecnología resulte interesante para instalaciones donde la cobertura Wi-Fi convencional se vuelve difícil de conseguir o requiere mucha infraestructura. Los almacenes, las zonas exteriores de procesos, los patios logísticos, las instalaciones agrícolas y los activos industriales distribuidos pueden abarcar distancias difíciles de cubrir utilizando los supuestos habituales de las redes inalámbricas de interior.

Su atractivo no se debe únicamente a su alcance máximo. Wi-Fi HaLow también está diseñado para funcionar con dispositivos IoT de bajo consumo, manteniendo al mismo tiempo las conocidas redes basadas en IP. Esto puede reducir la necesidad de traducir protocolos entre el enlace inalámbrico y la infraestructura Ethernet o IP convencional.

El RD09 amplía Wi-Fi HaLow a las infraestructuras de red existentes

El MM8108-RD09 está diseñado para funcionar tanto en aplicaciones de punto de acceso como de estación. Morse Micro proporciona compatibilidad con OpenWrt, lo que permite actualizar con capacidad Wi-Fi HaLow routers y puntos de acceso compatibles que dispongan de conectividad USB.

Esto hace que el RD09 sea especialmente relevante para desarrolladores de infraestructuras e integradores de sistemas. Una plataforma de router existente puede proporcionar ya enrutamiento Ethernet, cortafuegos, gestión y otras funciones de red, mientras que el diseño de referencia USB añade la capa de radio HaLow.

El mismo diseño también puede admitir dispositivos cliente. Morse Micro indica compatibilidad nativa con controladores para Windows y Linux, además de una aplicación para macOS, lo que permite conectar ordenadores convencionales a redes Wi-Fi HaLow mediante el dispositivo USB.

Desde la perspectiva de la integración industrial, se trata de una arquitectura relativamente conocida: el sistema operativo entiende el adaptador inalámbrico mediante software específico, y el anfitrión puede interactuar con la red HaLow como una interfaz de red.

El RD17 adopta un enfoque más interesante para los equipos industriales

El MM8108-RD17 aborda un problema diferente. En lugar de exigir que el anfitrión entienda un adaptador Wi-Fi HaLow específico y su controlador correspondiente, el dongle se presenta como una interfaz Ethernet estándar CDC-NCM.

Para el sistema anfitrión, la conexión se parece, por tanto, mucho más a una interfaz de red convencional. Morse Micro describe el RD17 como un dispositivo que no requiere controladores porque los dispositivos compatibles con la interfaz estándar CDC-NCM no necesitan que se instale en el anfitrión un controlador específico de Morse Micro para Wi-Fi HaLow.

Esta distinción es importante en los sistemas industriales, donde los entornos de software pueden estar estrictamente controlados. Un ordenador industrial puede ejecutar una imagen del sistema operativo validada que los operadores no quieran modificar. Un controlador robótico o una plataforma integrada también pueden ofrecer compatibilidad con USB y, al mismo tiempo, dejar poca flexibilidad para añadir controladores de kernel de terceros.

Al trasladar una mayor parte de la implementación específica de HaLow fuera del host, el RD17 puede ampliar potencialmente el rango de equipos que pueden utilizar esta tecnología inalámbrica. Morse Micro identifica específicamente los ordenadores industriales y la robótica entre sus aplicaciones objetivo, junto con los terminales de punto de venta y los dispositivos Android o iOS.

Sin controlador no significa sin configuración

El término «sin controlador» puede dar fácilmente la impresión de que no se requiere ningún trabajo de integración. En la práctica, el punto importante es más concreto: el host no necesita un controlador Wi-Fi HaLow específico cuando ya admite la interfaz Ethernet estándar CDC-NCM.

Aún es necesario considerar la configuración de red, la autenticación, el direccionamiento y la comunicación a nivel de aplicación. Los ingenieros industriales también deben evaluar cómo interactúa la nueva ruta inalámbrica con la segmentación de red existente, las políticas de ciberseguridad y las prácticas de gestión de dispositivos.

El RD17 incluye compatibilidad con Wi-Fi Easy Connect, también conocido como Device Provisioning Protocol, con un botón de emparejamiento disponible para la autenticación del dispositivo. Esto puede simplificar la incorporación en comparación con el aprovisionamiento manual de credenciales inalámbricas mediante una aplicación específica del host.

Para las organizaciones que gestionan muchos dispositivos distribuidos, la incorporación suele ser tan importante como el rendimiento de radio. Un enlace inalámbrico técnicamente capaz se vuelve difícil de operar a escala si cada dispositivo requiere un flujo de aprovisionamiento diferente.

Los ordenadores industriales existentes son un caso de uso evidente

Los PC industriales suelen permanecer en servicio mucho más tiempo que los equipos informáticos de consumo. Sus procesadores, interfaces de E/S y software pueden seguir cumpliendo los requisitos de la aplicación incluso cuando las opciones de red originales ya no se ajustan a una nueva arquitectura de planta.

Una interfaz HaLow basada en USB ofrece una posible forma de ampliar esos sistemas sin sustituir el ordenador. Por ejemplo, un PC industrial utilizado para supervisar equipos remotos podría conectarse potencialmente mediante HaLow, conservando su software existente y su pila de aplicaciones basada en Ethernet.

Esto es especialmente relevante para las plataformas de HMI y computación industrial, donde la vida útil del hardware suele superar el ciclo de vida de las tecnologías de comunicación individuales.

La misma idea se aplica a los sistemas de computación en el borde. Un dispositivo de borde puede recopilar información de sensores, realizar análisis localmente o ejecutar inferencias de aprendizaje automático cerca del proceso. Si su conexión de red existente no puede cubrir económicamente la distancia necesaria, añadir otra interfaz de radio puede ser más sencillo que rediseñar toda la plataforma de borde.

La robótica presenta un conjunto diferente de requisitos de conectividad

Los robots y los dispositivos industriales autónomos son otra área en la que el enfoque USB podría resultar útil, aunque los requisitos de conectividad varían considerablemente según la aplicación. No todos los enlaces de comunicación de los robots deberían trasladarse a una red inalámbrica de largo alcance, especialmente cuando intervienen el control determinista o las comunicaciones relacionadas con la seguridad.

Sin embargo, hay muchos flujos de datos secundarios que no requieren que la red inalámbrica cierre el bucle principal de control de movimiento. La información de diagnóstico, los datos sobre el estado de los equipos, el estado de la producción, la gestión del software y determinados datos de sensores pueden ser candidatos para una conectividad independiente.

Un robot móvil que opere por una instalación grande también puede salir del área de cobertura práctica de un único punto de acceso convencional. Ampliar la conectividad mediante tecnología inalámbrica sub-GHz podría reducir algunos problemas de cobertura, según la distribución del sitio y los requisitos de rendimiento.

Por tanto, la cuestión de ingeniería no es si Wi-Fi HaLow debería sustituir a todas las tecnologías inalámbricas industriales existentes. La cuestión es si su combinación de alcance, redes IP y funcionamiento de menor consumo se adapta mejor a una ruta de comunicación específica que las alternativas.

El largo alcance puede reducir la infraestructura, pero la planificación de RF sigue siendo importante

Una especificación de alcance de varios kilómetros resulta atractiva, pero los sitios industriales rara vez se parecen a los entornos de prueba de laboratorio abiertos. Las estructuras de acero, la maquinaria, las estanterías de almacenamiento, los recipientes de proceso y las paredes reforzadas pueden afectar a la propagación de RF, mientras que los equipos cercanos pueden generar ruido eléctrico e interferencias.

Por ese motivo, el beneficio práctico de HaLow puede ser contar con menos puntos de acceso o una mejor cobertura en zonas difíciles, en lugar de limitarse a alcanzar la distancia máxima anunciada. Un estudio del sitio y las pruebas en una instalación real siguen siendo importantes siempre que la red inalámbrica transporte datos operativamente importantes.

La banda de operación sub-GHz también varía según la región, lo que significa que deben tenerse en cuenta la configuración del producto y los requisitos normativos cuando los equipos se implementan internacionalmente. Los fabricantes de equipos originales industriales que planean una plataforma para varios mercados no pueden asumir que los parámetros de radio sean idénticos en todas partes.

La IP nativa simplifica la arquitectura de red

Una de las características más importantes de Wi-Fi HaLow para la integración industrial es la conectividad IP nativa. Algunas tecnologías IoT de largo alcance están optimizadas deliberadamente para redes de sensores con baja tasa de datos y dependen de puertas de enlace para traducir entre el protocolo de radio y las redes IP estándar.

HaLow adopta un enfoque diferente. Los dispositivos pueden participar directamente en redes IP, lo que puede hacer que la integración resulte más familiar para los equipos que ya gestionan infraestructuras Ethernet y Wi-Fi.

Esto no elimina la necesidad de gateways, firewalls o enrutamiento cuando la arquitectura los requiere. Simplemente significa que la traducción de protocolos no tiene que ser una parte fundamental de cada conexión.

Para los ingenieros que trabajan con sistemas de comunicación y redes industriales, esa familiaridad puede reducir parte del trabajo de integración de software que normalmente implica añadir una tecnología de radio especializada de largo alcance.

El MM8108 ofrece más margen que la simple conectividad de sensores

El MM8108 es el SoC Wi-Fi HaLow de segunda generación de Morse Micro. La empresa especifica tasas de datos PHY de aproximadamente 43,3 Mbps en condiciones operativas compatibles, lo que sitúa al dispositivo muy por encima de los requisitos de rendimiento de muchas aplicaciones básicas de telemetría.

Eso no significa que una instalación industrial alcance continuamente la tasa PHY máxima, especialmente a larga distancia. El rendimiento real de las aplicaciones se ve afectado por las condiciones del canal, la modulación, la sobrecarga de los protocolos y el diseño de la red.

Sin embargo, esto ayuda a explicar por qué Morse Micro está posicionando los nuevos diseños USB para la IA en el borde, además de la conectividad IoT convencional. Los sistemas distribuidos en el borde pueden generar mucha más información que los simples sensores de temperatura o presión, especialmente cuando las aplicaciones incluyen diagnósticos de máquinas, imágenes o conjuntos de datos operativos más completos.

El USB también puede acelerar la creación de prototipos

El valor de un diseño de referencia no se limita a adaptar equipos de producción. El hardware USB también puede facilitar la evaluación inicial, ya que los desarrolladores no tienen que comprometerse de inmediato con una placa de radio personalizada.

Un integrador de sistemas puede probar la cobertura, el rendimiento y el comportamiento de las aplicaciones utilizando un host existente antes de decidir si un diseño de producción posterior debe conservar la implementación USB o integrar el MM8108 de forma más directa.

Esto reduce la barrera para responder la pregunta inicial más importante: ¿Wi-Fi HaLow resuelve realmente el problema de conectividad en este sitio?

Si la respuesta es no, el equipo de ingeniería habrá evitado un esfuerzo considerable de desarrollo de hardware. Si la respuesta es sí, las mediciones recopiladas durante la etapa de prototipo pueden orientar la ubicación de las antenas, la topología de red y el diseño de productos futuros.

Dos diseños de referencia abordan dos rutas de actualización diferentes

La diferencia entre el RD09 y el RD17 es, en última instancia, más importante que el hecho de que ambos productos utilicen USB. El RD09 integra HaLow como una interfaz inalámbrica nativa y es especialmente adecuado para routers, puntos de acceso y computadoras donde resulta viable contar con soporte de software específico.

El RD17 abstrae una mayor parte de esa integración del equipo anfitrión al presentarse como una interfaz Ethernet CDC-NCM estándar. Esto podría hacerlo más adecuado para equipos industriales e integrados en los que instalar controladores inalámbricos adicionales no es conveniente o resulta imposible.

Ambos enfoques abordan el mismo problema general: una gran base instalada de equipos fue diseñada antes de que Wi-Fi HaLow estuviera disponible comercialmente, y reemplazar esos equipos simplemente para incorporar otra tecnología de radio es difícil de justificar.

La gran oportunidad es la conectividad sin rediseñar la máquina

Por tanto, la importancia industrial de los nuevos diseños de referencia de Morse Micro tiene menos que ver con el conector USB en sí y más con lo que ese conector evita. Los equipos existentes podrían obtener acceso a redes de largo alcance en la banda sub-GHz sin un rediseño completo del equipo anfitrión, mientras que los desarrolladores pueden evaluar HaLow utilizando plataformas de hardware que ya conocen.

Esto podría ser útil para computadoras industriales, robots, dispositivos periféricos e infraestructura de red distribuidos por instalaciones grandes, donde ampliar la cobertura del Wi-Fi convencional resulta difícil o costoso. El RD17 destaca especialmente porque su presentación Ethernet estándar reduce la dependencia de controladores inalámbricos específicos del equipo anfitrión, eliminando un obstáculo común en sistemas antiguos e integrados.

Wi-Fi HaLow no reemplazará todas las redes industriales, ni debería considerarse la conectividad inalámbrica de largo alcance un sustituto de la infraestructura de control determinista. Su función más importante podría ser ocupar el espacio entre el Wi-Fi convencional de corto alcance y las redes IoT especializadas de baja tasa de datos, especialmente cuando los equipos necesitan conectividad IP nativa en un área física más extensa.

Para los ingenieros industriales, los nuevos diseños USB facilitan las pruebas de esta opción. En lugar de comenzar con una nueva placa base, un módulo de radio y un proyecto de integración de software, ahora el primer experimento puede comenzar con un puerto USB disponible.