Schnelle Bereitstellung von Wi-Fi 6/6E mit einer flexiblen Modulfamilie

Das rasante Wachstum von KI und anderen datenintensiven Anwendungen hat die industriellen Abläufe dramatisch verbessert, aber auch die drahtlosen Netzwerke stark belastet.

Das Problem liegt oft an den Beschränkungen älterer Wi-Fi-Netze, die nicht für moderne industrielle Anforderungen ausgelegt sind. Überlastung ist eines der größten Probleme: In vielen Einrichtungen konkurrieren Dutzende oder sogar Hunderte von Geräten des industriellen Internet der Dinge (IIoT) um die Bandbreite und überfordern die vorhandenen Netzwerke.

Auch die Effizienz ist ein Thema. Älteren Wi-Fi-Technologien fehlen die für batteriebetriebene Sensoren und mobile Systeme erforderlichen Funktionen zum Energiemanagement.

Eine weitere Einschränkung ist die Sicherheit. Cyberattacken zielen zunehmend auf industrielle Netzwerke ab, und die WPA2-Verschlüsselung älterer Netzwerke bietet möglicherweise keinen ausreichenden Schutz.

Diese Herausforderungen haben zu einem dringenden Bedarf an neuen Lösungen geführt, die auf modernen Funkstandards wie Wi-Fi 6/6E (802.11ax) basieren.

Wie Wi-Fi 6/6E die Anforderungen industrieller Netzwerke erfüllt

Eine der größten Verbesserungen von Wi-Fi 6 ist der orthogonale Frequenzmultiplex-Zugriff (OFDMA), der es mehreren Geräten ermöglicht, denselben Kanal zu nutzen, wodurch sich die Netzwerkkapazität drastisch erhöht. Wi-Fi 6E erweitert diese Vorteile durch das Hinzufügen eines 6-Gigahertz-Bandes (GHz) zu den bestehenden 2,4- und 5-GHz-Bändern, wodurch Störungen in überfüllten Industrieumgebungen erheblich reduziert werden.

Für batteriebetriebene Systeme ist die „Target Wake Time“ (TWT, Ziel-Weckzeit) ein weiterer wichtiger Vorteil. TWT ermöglicht es den Geräten, Zeitpläne für das Aufwachen und die Übertragung von Daten auszuhandeln. Dadurch wird die Leerlaufzeit minimiert und die Akkulaufzeit erheblich verlängert, während gleichzeitig eine zuverlässige Vernetzung gewährleistet ist.

Schließlich wird die Sicherheit durch ein Upgrade auf WPA3 Enterprise deutlich erhöht. Diese Technologie bietet eine stärkere Verschlüsselung, Schutz vor Brute-Force-Angriffen und verbesserte Authentifizierungsmethoden.

Für Entwickler stellt sich die Frage, wie sie all diese neuen Möglichkeiten schnell und effektiv einsetzen können.

Wi-Fi-6/6E-Module optimieren die industrielle Vernetzung

Eine Antwort findet sich in den Wi-Fi-6/6E-Netzmodulen der Sona-Familie von Ezurio. Jedes Modul zielt auf spezifische Leistungs- und Integrationsanforderungen ab, aber alle haben eine gemeinsame Grundlage: Unterstützung für Wi-Fi 6 und Bluetooth 5.4, Zuverlässigkeit in Industriequalität und einfache Bereitstellung.

Die Familie umfasst fünf Produktlinien: Sona IF573 (Wi-Fi 6E), Sona IF513 (Wi-Fi 6E), Sona TI351 (Wi-Fi 6), Sona NX611 (Wi-Fi 6), und Sona MT320 (Wi-Fi 6). Jedes Modul basiert auf einem anderen Chipsatz. Dieser Multi-Vendor-Ansatz gibt Entwicklern die Flexibilität, das für ihre Systemarchitektur geeignete Silizium auszuwählen und gleichzeitig das Risiko einer Herstellerbindung zu verringern.

Die Module sind in steckbaren und oberflächenmontierbaren (SMT) M.2-Formfaktoren erhältlich, was die Integration in verschiedene Systemlayouts und bei beengten Platzverhältnissen ermöglicht. Zu den Antennenoptionen gehören MHF4-Anschlüsse, HF-Pins oder integrierte Chipantennen. Vorzertifizierte Antennenoptionen sind verfügbar, um die behördliche Genehmigung zu vereinfachen.

Alle Module werden durch den „Ezurio Connectivity Stack“ unterstützt, der Linux-Kernel-Unterstützung bis zur Version 6.1 und Android bis zur Version 12 bietet. Dies ermöglicht es Entwicklern, moderne drahtlose Funktionen zu bestehenden Systemen hinzuzufügen, ohne die Software zu überarbeiten.

Wi-Fi-6/6E-Lösungen für eine breite Palette von Industrieanwendungen

Um die Bandbreite der Optionen in der Sona-Familie zu veranschaulichen, betrachten wir einen typischen Anwendungsfall: IIoT-Gateways, die Daten von zahlreichen Endpunkten, einschließlich Quellen mit hoher Bandbreite, aggregieren. Die Ezurio-Module Sona IF573, die auf einem Chip von Infineon Technologies basieren, sind für diese Aufgabe gut geeignet. Mit einem Durchsatz von 1200 Mbit/s, einer 2 × 2 MU-MIMO-Konfiguration (Multi-User Multiple-Input, Multiple-Output) und dreibändiger Wi-Fi-6E-Unterstützung für 2,4/5/6 GHz können industrielle Gateways mit diesen Modulen mehrere Highspeed-Verbindungen unterhalten. Ein typisches Beispiel ist das Modul 453-00119 (Abbildung 1), das ein M.2-2230-Key-E-Gehäuse verwendet und drei MHF4-Anschlüsse enthält.

Abbildung 1: Das Modul 453-00119 unterstützt hohe Performance in industriellen Gateways. (Bildquelle: Ezurio)

Betrachten wir als nächstes große Sensornetzwerke. Auch wenn jedes einzelne Gerät nur geringe Datenmengen überträgt, kann die kombinierte Netzbelastung erheblich sein. Das Ezurio-Modul Sona IF513, das ebenfalls auf einem Infineon-Chip basiert, bietet eine praktische Lösung für diese Großanwendungen. Es hat eine Datenrate von 143 Mbit/s, und seine 1×1-SISO-Konfiguration (Single-Input, Single-Output) bietet eine weniger komplexe Möglichkeit, auf das nicht überfüllte 6-GHz-Band zuzugreifen. Ein repräsentativer Baustein ist der 453-00185R (Abbildung 2), der den M.2-1216-SMT-Formfaktor verwendet und einen HF-Pin für eine flexible Antennenverlegung aufweist.

Abbildung 2: Der 453-00185R bietet Zugang zum 6-GHz-Band und verfügt über einen HF-Pin für eine flexible Antennenverlegung. (Bildquelle: Ezurio)

Eine weitere häufige Anwendung ist die Überwachung von batteriebetriebenen Geräten. Das Ezurio-Modul Sona TI351, das auf einem Chip von Texas Instruments basiert, ist auf diesen Anwendungsfall zugeschnitten. Es hat eine 1×1-SISO-Konfiguration, eine Datenrate von 86 Mbit/s und unterstützt TWT. Ein typisches Modul dieser Serie ist das 453-00200C (Abbildung 3), das den M.2-1216-SMT-Formfaktor verwendet und eine Chipantenne besitzt.

Abbildung 3: Der 453-00200C priorisiert Energieeffizienz und verfügt über eine Chipantenne. (Bildquelle: Ezurio)

Bei den fahrerlosen Transportsystemen (AGVs) besteht ein Bedarf an kompakten Lösungen, die eine hervorragende Vernetzung für Echtzeit-Telemetrie bieten. Hier glänzt das Ezurio-Modul Sona NX611. Er basiert auf einem Chip von NXP Semiconductors, verwendet eine 1×1-SISO-Konfiguration und liefert bis zu 600 Mbit/s mit SIP-Optionen wie dem 453-00155R (Abbildung 4), die den Platzbedarf minimieren sollen.

Abbildung 4: Das 453-00155R bietet bis zu 600 Mbit/s und verwendet einen SIP-Formfaktor. (Bildquelle: Ezurio)

Zu guter Letzt betrachten wir noch Mensch-Maschine-Schnittstellen (HMIs). Das Ezurio-Modul Sona MT320 eignet sich hervorragend für diese Anwendungen. Es basiert auf einem MediaTek-Chip und unterstützt das MediaTek Genio SDK, um die Integration mit grafikintensiven Prozessoren zu optimieren. Es verwendet eine 2×2-MU-MIMO-Konfiguration und bietet eine Datenrate von 1200 Mbit/s. Eine typische Implementierung ist das 453-00176R (Abbildung 5), das den M.2-1420-SMT-Formfaktor verwendet und MHF4-Anschlüsse für 2×2-MU-MIMO-Antennen bietet.

Abbildung 5: Das 453-00176R ist für die Verwendung mit MediaTek-Prozessoren optimiert. (Bildquelle: Ezurio)

Fazit

Da industrielle Systeme zunehmend datengesteuert sind, hat sich Wi-Fi 6/6E als entscheidende Verbindungslösung erwiesen. Die drahtlosen Ezurio-Module der Sona-Familie bieten flexible Optionen für die Integration fortschrittlicher Wi-Fi-Funktionen in diese Systeme. Mit mehreren Chipsatzoptionen, verschiedenen Formfaktoren, vorzertifizierten Antennen und umfassender Softwareunterstützung können Entwickler ein Modul wählen, das ihren spezifischen Anforderungen entspricht.