Morse Micro a présenté deux conceptions de référence de dongles USB Wi-Fi HaLow visant à faciliter l’ajout d’une connectivité sans fil longue portée à des équipements qui n’avaient jamais été conçus pour intégrer du matériel Wi-Fi HaLow.

Basées sur le système sur puce MM8108 de l’entreprise, les deux conceptions MM8108-RD09 et MM8108-RD17 utilisent l’USB comme point de connexion entre le Wi-Fi HaLow et une plateforme hôte existante. Pour les utilisateurs industriels, cette approche est importante, car elle crée une possibilité de mise à niveau pour les ordinateurs, les robots et les appareils edge sans obliger les fabricants à reconcevoir la carte mère hôte autour d’une radio HaLow dédiée.

Figure 1. Les conceptions de référence USB MM8108 de Morse Micro proposent deux approches différentes pour ajouter la connectivité Wi-Fi HaLow à des appareils existants.

Pourquoi l’USB change le problème d’intégration

Le Wi-Fi HaLow a généralement été évoqué dans le contexte de nouveaux équipements IoT, dont la radio peut être intégrée au produit dès le départ. Les environnements industriels sont différents. Une usine peut déjà disposer d’ordinateurs, d’équipements mobiles, de robots ou de contrôleurs intégrés auxquels il reste plusieurs années de service utile, même si ces plateformes ne disposent pas de la technologie sans fil requise pour une nouvelle application.

Remplacer toute la plateforme hôte simplement pour obtenir une autre interface sans fil est rarement intéressant. Reconcevoir l’électronique autour d’une nouvelle radio peut être tout aussi difficile, car cela introduit des considérations liées à l’ingénierie RF, au micrologiciel, à la certification et à la mécanique. Une implémentation USB transfère une grande partie de cette complexité vers une conception de référence externe et laisse l’architecture hôte existante largement intacte.

Cela ne rend pas l’intégration totalement plug-and-play dans toutes les applications, mais change le point de départ de l’ingénierie. Au lieu de se demander comment reconcevoir un ordinateur industriel pour le Wi-Fi HaLow, les développeurs peuvent commencer par vérifier si une interface USB existante peut fournir la connectivité requise.

Le Wi-Fi HaLow cible un espace sans fil différent

Le Wi-Fi HaLow repose sur la norme IEEE 802.11ah et fonctionne dans le spectre inférieur au gigahertz, plutôt que dans les bandes 2,4 GHz, 5 GHz et 6 GHz associées au Wi-Fi grand public. La fréquence de fonctionnement plus basse vise à offrir une portée supérieure et de meilleures caractéristiques de propagation pour les applications IoT, tout en conservant une mise en réseau IP native.

Morse Micro affirme que ses implémentations HaLow peuvent fournir une connectivité réseau sur des distances d’environ un kilomètre, bien que la portée industrielle réelle dépende toujours des réglementations régionales en matière de fréquences, des antennes, de la puissance d’émission, des obstacles, des interférences et de l’environnement physique.

Cette technologie est intéressante pour les sites où la couverture Wi-Fi classique devient difficile à assurer ou nécessite une infrastructure importante. Les entrepôts, les zones de processus extérieures, les plateformes logistiques, les installations agricoles et les actifs industriels distribués peuvent tous impliquer des distances difficiles à couvrir avec les hypothèses habituelles du sans-fil intérieur.

L’intérêt ne réside pas uniquement dans une portée maximale. Le Wi-Fi HaLow est également conçu pour les applications IoT à faible consommation, tout en conservant une mise en réseau familière fondée sur IP. Cela peut réduire le besoin de traduire les protocoles entre la liaison sans fil et les infrastructures Ethernet ou IP classiques.

Le RD09 étend le Wi-Fi HaLow aux infrastructures réseau existantes

Le MM8108-RD09 est conçu pour fonctionner dans des applications de point d’accès et de station. Morse Micro fournit une prise en charge d’OpenWrt permettant de mettre à niveau des routeurs et des points d’accès compatibles dotés d’une connectivité USB afin de leur ajouter la fonctionnalité Wi-Fi HaLow.

Le RD09 est ainsi particulièrement pertinent pour les développeurs d’infrastructures et les intégrateurs de systèmes. Une plateforme de routeur existante peut déjà assurer le routage Ethernet, le pare-feu, la gestion et d’autres fonctions réseau, tandis que la conception de référence USB ajoute la couche radio HaLow.

La même conception peut également prendre en charge les appareils clients. Morse Micro indique une prise en charge native des pilotes pour Windows et Linux, ainsi qu’une application macOS, permettant aux ordinateurs classiques de se connecter aux réseaux Wi-Fi HaLow via le périphérique USB.

Du point de vue de l’intégration industrielle, il s’agit d’une architecture relativement familière : le système d’exploitation comprend l’adaptateur sans fil grâce à un logiciel dédié, et l’hôte peut interagir avec le réseau HaLow comme avec une interface réseau.

Le RD17 adopte une approche plus intéressante pour les équipements industriels

Le MM8108-RD17 répond à un problème différent. Plutôt que d’exiger que l’hôte comprenne un adaptateur Wi-Fi HaLow dédié et le pilote correspondant, le dongle se présente comme une interface Ethernet CDC-NCM standard.

Pour l’hôte, la connexion ressemble donc beaucoup plus à une interface réseau classique. Morse Micro décrit le RD17 comme ne nécessitant aucun pilote, car les appareils prenant en charge l’interface CDC-NCM standard n’ont pas besoin qu’un pilote Wi-Fi HaLow dédié de Morse Micro soit installé sur l’hôte.

Cette distinction est importante dans les systèmes industriels où les environnements logiciels peuvent être étroitement contrôlés. Un ordinateur industriel peut exécuter une image logicielle validée que les opérateurs ne souhaitent pas modifier. Un contrôleur de robot ou une plateforme embarquée peut également prendre en charge l’USB tout en offrant peu de flexibilité pour ajouter des pilotes de noyau tiers.

En déplaçant une plus grande partie de l’implémentation spécifique à HaLow hors de l’hôte, le RD17 élargit potentiellement la gamme d’équipements pouvant utiliser cette technologie sans fil. Morse Micro cite précisément les ordinateurs industriels et la robotique parmi ses applications cibles, aux côtés des terminaux de point de vente et des appareils Android ou iOS.

Sans pilote ne signifie pas sans configuration

Le terme « sans pilote » peut facilement donner l’impression qu’aucun travail d’intégration n’est nécessaire. En pratique, le point important est plus précis : l’hôte n’a pas besoin d’un pilote Wi-Fi HaLow dédié lorsqu’il prend déjà en charge l’interface Ethernet standard CDC-NCM.

La configuration du réseau, l’authentification, l’adressage et la communication au niveau applicatif doivent toujours être pris en compte. Les ingénieurs industriels doivent également évaluer la manière dont le nouveau chemin sans fil interagit avec la segmentation réseau existante, les politiques de cybersécurité et les pratiques de gestion des appareils.

Le RD17 prend en charge Wi-Fi Easy Connect, également appelé Device Provisioning Protocol, avec un bouton d’association disponible pour l’authentification de l’appareil. Cela peut simplifier l’intégration par rapport au provisionnement manuel des identifiants sans fil au moyen d’une application spécifique à l’hôte.

Pour les organisations qui gèrent de nombreux appareils distribués, l’intégration est souvent tout aussi importante que les performances radio. Une liaison sans fil techniquement performante devient difficile à exploiter à grande échelle si chaque terminal nécessite un flux de provisionnement différent.

Les ordinateurs industriels existants constituent un cas d’utilisation évident

Les PC industriels restent souvent en service bien plus longtemps que les équipements informatiques grand public. Leurs processeurs, interfaces d’E/S et logiciels peuvent continuer à répondre aux exigences des applications, même lorsque les options réseau d’origine ne correspondent plus à une nouvelle architecture d’usine.

Une interface HaLow basée sur USB offre une possibilité d’étendre ces systèmes sans remplacer l’ordinateur. Un PC industriel utilisé pour surveiller des équipements distants pourrait, par exemple, se connecter via HaLow tout en conservant ses logiciels existants et sa pile applicative basée sur Ethernet.

Cela concerne particulièrement les plateformes IHM et informatiques industrielles, dont la durée de vie utile du matériel dépasse souvent le cycle de vie de chaque technologie de communication.

La même idée s’applique aux systèmes informatiques en périphérie. Un appareil en périphérie peut recueillir des informations provenant de capteurs, effectuer des analyses locales ou exécuter des inférences d’apprentissage automatique à proximité du processus. Si sa connexion réseau existante ne permet pas de couvrir économiquement la distance requise, l’ajout d’une autre interface radio peut être plus simple que la refonte de toute la plateforme périphérique.

La robotique présente un ensemble différent d’exigences en matière de connectivité

Les robots et les appareils industriels autonomes constituent un autre domaine où l’approche USB pourrait être utile, même si les exigences de connectivité varient considérablement selon les applications. Toutes les liaisons de communication des robots ne devraient pas être transférées vers un réseau sans fil longue portée, en particulier lorsqu’un contrôle déterministe ou des communications liées à la sécurité sont en jeu.

Il existe toutefois de nombreux flux de données secondaires qui n’exigent pas que le réseau sans fil ferme la boucle principale de contrôle des mouvements. Les informations de diagnostic, les données sur l’état des équipements, le statut de la production, la gestion des logiciels et certaines données de capteurs peuvent tous être candidats à une connectivité distincte.

Un robot mobile se déplaçant dans une grande installation peut également sortir de la zone de couverture pratique d’un seul point d’accès conventionnel. Étendre la connectivité au moyen d’un réseau sans fil inférieur à 1 GHz pourrait réduire certains problèmes de couverture, selon la configuration du site et les exigences de performance.

La question d’ingénierie n’est donc pas de savoir si le Wi-Fi HaLow doit remplacer toutes les technologies sans fil industrielles existantes. Il s’agit de déterminer si sa combinaison de portée, de mise en réseau IP et de fonctionnement à faible consommation convient mieux à une voie de communication donnée que les solutions alternatives.

Une longue portée peut réduire l’infrastructure, mais la planification RF reste essentielle

Une portée annoncée à l’échelle du kilomètre est attrayante, mais les sites industriels ressemblent rarement à des environnements de test ouverts en laboratoire. Les structures en acier, les machines, les rayonnages de stockage, les cuves de procédé et les murs renforcés peuvent tous affecter la propagation RF, tandis que les équipements voisins peuvent générer du bruit électrique et des interférences.

Pour cette raison, l’avantage pratique du HaLow pourrait être de nécessiter moins de points d’accès ou d’offrir une meilleure couverture dans les zones difficiles, plutôt que de simplement atteindre la distance maximale annoncée. Une étude de site et des essais en conditions réelles d’installation restent importants dès lors que le réseau sans fil transporte des données essentielles aux opérations.

La bande de fréquences inférieure à 1 GHz varie également selon les régions, ce qui signifie qu’il faut prendre en compte la configuration du produit et les exigences réglementaires lors du déploiement des équipements à l’international. Les fabricants industriels qui prévoient une plateforme unique pour plusieurs marchés ne peuvent pas supposer que les paramètres radio seront identiques partout.

La connectivité IP native simplifie l’architecture réseau

L’une des caractéristiques les plus importantes du Wi-Fi HaLow pour l’intégration industrielle est sa connectivité IP native. Certaines technologies IoT longue portée sont intentionnellement optimisées pour les réseaux de capteurs à faible débit de données et s’appuient sur des passerelles pour effectuer la conversion entre le protocole radio et les réseaux IP standard.

HaLow adopte une approche différente. Les appareils peuvent participer directement à la mise en réseau IP, ce qui peut rendre l’intégration plus familière aux équipes qui gèrent déjà des infrastructures Ethernet et Wi-Fi.

Cela ne supprime pas la nécessité de disposer de passerelles, de pare-feu ou de fonctions de routage lorsque l’architecture l’exige. Cela signifie simplement que la traduction des protocoles ne doit pas constituer un élément fondamental de chaque connexion.

Pour les ingénieurs travaillant sur des systèmes de communication et de mise en réseau industriels, cette familiarité peut réduire une partie du travail d’intégration logicielle habituellement associé à l’ajout d’une technologie radio spécialisée à longue portée.

Le MM8108 offre davantage de marge que la simple connectivité des capteurs

Le MM8108 est le SoC Wi-Fi HaLow de deuxième génération de Morse Micro. L’entreprise indique des débits de données PHY pouvant atteindre environ 43,3 Mbit/s dans les conditions de fonctionnement prises en charge, ce qui place ce composant bien au-delà des besoins en débit de nombreuses applications de télémétrie basiques.

Cela ne signifie pas qu’une installation industrielle atteindra en permanence le débit PHY maximal, particulièrement sur une longue portée. Le débit réel des applications dépend des conditions du canal, de la modulation, de la surcharge des protocoles et de la conception du réseau.

Cela contribue toutefois à expliquer pourquoi Morse Micro positionne les nouvelles conceptions USB pour l’IA en périphérie, ainsi que pour la connectivité IoT conventionnelle. Les systèmes distribués en périphérie peuvent générer considérablement plus d’informations que de simples capteurs de température ou de pression, en particulier lorsque les applications impliquent des diagnostics de machines, des images ou des jeux de données opérationnels plus riches.

L’USB peut également accélérer le prototypage

La valeur d’une conception de référence ne se limite pas à la modernisation d’équipements de production. Le matériel USB peut également faciliter l’évaluation initiale, car les développeurs n’ont pas à s’engager immédiatement dans la conception d’une carte radio personnalisée.

Un intégrateur système peut tester la couverture, le débit et le comportement des applications à l’aide d’un hôte existant avant de décider si une future conception destinée à la production doit conserver l’implémentation USB ou intégrer plus directement le MM8108.

Cela réduit l’obstacle à franchir pour répondre à la question initiale la plus importante : le Wi-Fi HaLow résout-il réellement le problème de connectivité sur ce site ?

Si la réponse est non, l’équipe d’ingénierie aura évité un effort considérable de développement matériel. Si la réponse est oui, les mesures recueillies pendant la phase de prototypage peuvent guider le positionnement des antennes, la topologie du réseau et la conception des futurs produits.

Deux designs de référence répondent à deux voies de mise à niveau différentes

La distinction entre le RD09 et le RD17 est finalement plus importante que le fait que les deux produits utilisent l’USB. Le RD09 intègre HaLow comme interface sans fil native et convient particulièrement aux routeurs, aux points d’accès et aux ordinateurs pour lesquels une prise en charge logicielle dédiée est envisageable.

Le RD17 abstrait une plus grande partie de cette intégration de l’hôte en apparaissant comme une interface Ethernet CDC-NCM standard. Il pourrait ainsi être mieux adapté aux équipements industriels et embarqués pour lesquels l’installation de pilotes sans fil supplémentaires est indésirable ou impossible.

Les deux approches répondent au même problème général : une grande base installée d’équipements a été conçue avant la disponibilité commerciale du Wi-Fi HaLow, et il est difficile de justifier le remplacement de ces équipements simplement pour bénéficier d’une technologie radio supplémentaire.

La grande opportunité réside dans une connectivité sans refonte de la machine

L’importance industrielle des nouveaux designs de référence de Morse Micro tient donc moins au connecteur USB lui-même qu’à ce qu’il permet d’éviter. Les équipements existants pourraient accéder à un réseau sub-GHz longue portée sans refonte complète de l’hôte, tandis que les développeurs peuvent évaluer HaLow sur des plateformes matérielles qu’ils connaissent déjà.

Cela pourrait être utile pour les ordinateurs industriels, les robots, les appareils en périphérie et les infrastructures réseau répartis dans de grandes installations, où il est difficile ou coûteux d’étendre la couverture Wi-Fi conventionnelle. Le RD17 est particulièrement remarquable, car sa présentation Ethernet standard réduit la dépendance à l’égard de pilotes sans fil propres à l’hôte, éliminant ainsi un obstacle courant dans les systèmes anciens et embarqués.

Le Wi-Fi HaLow ne remplacera pas tous les réseaux industriels, et le sans-fil longue portée ne doit pas être considéré comme un substitut à une infrastructure de contrôle déterministe. Son rôle le plus important pourrait plutôt être de combler l’espace entre le Wi-Fi conventionnel à courte portée et les réseaux IoT spécialisés à faible débit de données, notamment lorsque les équipements ont besoin d’une connectivité IP native sur une zone physique plus étendue.

Pour les ingénieurs industriels, les nouveaux designs USB facilitent l’évaluation de cette option. Au lieu de commencer par un nouveau circuit imprimé principal, un module radio et un projet d’intégration logicielle, la première expérimentation peut désormais débuter avec un port USB disponible.