Implementare rapidamente il Wi-Fi 6/6E con una famiglia di moduli flessibile

La rapida crescita dell'IA e di altre applicazioni ad alta intensità di dati ha sì migliorato notevolmente le operazioni industriali, ma ha anche messo a dura prova le reti wireless.

Spesso, il problema è dovuto ai limiti delle reti Wi-Fi più vecchie che non sono state progettate per rispondere alle moderne esigenze industriali. In molte strutture, uno dei problemi più significativi è la congestione: decine, se non addirittura centinaia di dispositivi per l'Internet delle cose industriale (IIoT), si contendono la larghezza di banda, mettendo in serie difficoltà le reti esistenti.

Un altro problema è l'efficienza. Le tecnologie Wi-Fi legacy non dispongono delle funzioni di gestione dell'alimentazione richieste per i sensori alimentati a batteria e i sistemi mobili.

Vi è poi un'altra limitazione: la sicurezza. Gli attacchi informatici prendono sempre più di mira le reti industriali e la crittografia WPA2 offerta dalle reti più datate potrebbe non assicurare una protezione sufficiente.

Alla luce di queste sfide, è diventato urgente trovare nuove soluzioni basate su standard wireless moderni come il Wi-Fi 6/6E (802.11ax).

In che modo il Wi-Fi 6/6E soddisfa le esigenze di connettività di rete industriale

Uno dei miglioramenti più significativi del Wi-Fi 6 è OFDMA (multiplexing a divisione di frequenza ortogonale), una tecnologia che, consentendo a più dispositivi di condividere lo stesso canale, aumenta notevolmente la capacità della rete. Il Wi-Fi 6E incrementa questi vantaggi aggiungendo una banda a 6 GHz a quelle esistenti a 2,4 e 5 GHz, il che riduce in modo significativo le interferenze in ambienti industriali affollati.

Per i sistemi alimentati a batteria, un altro vantaggio importante è il tempo di riattivazione target (TWT). Grazie alla funzione TWT, i dispositivi possono negoziare programmi per la riattivazione e il trasferimento dei dati. Questa capacità permette di ridurre al minimo i tempi di inattività e di prolungare notevolmente la durata della batteria, mantenendo al contempo una connettività affidabile.

Infine, un aggiornamento a WPA3 Enterprise rafforza in modo ragguardevole la sicurezza. Questa tecnologia offre infatti una crittografia più avanzata, protezione contro gli attacchi di forza bruta e metodi di autenticazione migliori.

Per i progettisti, l'interrogativo è come implementare tutte queste nuove funzionalità in modo rapido ed efficace.

I moduli Wi-Fi 6/6E semplificano la connettività industriale

Una risposta la si può trovare nella famiglia Sona di moduli di connettività Wi-Fi 6/6E di Ezurio. Ogni modulo soddisfa specifiche esigenze di prestazioni e integrazione, ma tutti condividono una base comune: supporto per Wi-Fi 6 e Bluetooth 5.4, affidabilità di livello industriale e facilità di implementazione.

La famiglia comprende cinque linee di prodotti: Sona IF573 (Wi-Fi 6E), Sona IF513 (Wi-Fi 6E), Sona TI351 (Wi-Fi 6), Sona NX611 (Wi-Fi 6) e Sona MT320 (Wi-Fi 6). Ciascuna è costruita attorno a un chipset diverso. Questo approccio multi-vendor offre agli sviluppatori la flessibilità di selezionare il chip più idoneo per la loro architettura di sistema, riducendo al tempo stesso il rischio di dipendenza da un solo vendor.

I moduli sono disponibili con fattori di forma M.2 con tecnologia a innesto e a montaggio superficiale (SMT) che ne consentono l'integrazione in vari layout di sistema e in spazi ristretti. Le opzioni per l'antenna includono connettori MHF4, piedinatura RF e antenne in chip integrate. Per semplificare l'approvazione normativa, sono disponibili opzioni di antenna precertificate.

Tutti i moduli sono supportati dallo stack di connettività Ezurio, che include il supporto del kernel Linux a partire dalla versione 6.1 e di quello Android a partire dalla versione 12. I progettisti possono così aggiungere moderne funzioni wireless ai sistemi esistenti senza dover rivedere il software.

Soluzioni Wi-Fi 6/6E per un'ampia gamma di applicazioni industriali

Per illustrare la portata delle opzioni della famiglia Sona, prendiamo in considerazione un tipico caso d'uso: i gateway IIoT, che aggregano i dati provenienti da numerosi endpoint, comprese fonti a grande larghezza di banda. I moduli Sona IF573 di Ezurio, basati su un chip di Infineon Technologies, sono particolarmente adatti ad assolvere a questo ruolo. Grazie al throughput di 1200 Mbps, alla configurazione MU-MIMO (Multi-Input Multi-Output) 2 × 2 e al supporto Wi-Fi 6E a tripla banda a 2,4/5/6 GHz, consentono ai gateway industriali di mantenere più connessioni ad alta velocità. Un esempio tipico è 453-00119 (Figura 1), che utilizza un contenitore M.2 2230 Key E e incorpora tre connettori MHF4.

Figura 1: 453-00119 supporta prestazioni elevate nei gateway industriali. (Immagine per gentile concessione di Ezurio)

Vediamo ora le reti di sensori su larga scala. Anche se ogni singolo dispositivo potrebbe trasmettere solo piccole quantità di dati, complessivamente il carico di rete può arrivare a volumi ingenti. Per queste implementazioni su larga scala, una soluzione pratica viene fornita dal modulo Sona IF513 di Ezurio, anch'esso basato su un chip di Infineon. Ha una velocità dati di 143 Mbps e la sua configurazione 1 × 1 a ingresso e uscita singoli (SISO) offre un mezzo meno complesso per accedere alla banda poco affollata dei 6 GHz. Un dispositivo rappresentativo è 453-00185R (Figura 2), che utilizza il fattore di forma SMT M.2 1216 e ha un pin di traccia RF per l'instradamento flessibile dell'antenna.

Figura 2: 453-00185R permette di accedere alla banda a 6 GHz ed è dotato di un pin di traccia RF per l'instradamento flessibile dell'antenna. (Immagine per gentile concessione di Ezurio)

Un'altra applicazione comune è il monitoraggio delle apparecchiature alimentate a batteria e il modulo Sona TI351 di Ezurio, basato su un chip di Texas Instruments, risponde perfettamente a questo caso d'uso. Ha una configurazione SISO 1 × 1, una velocità dati di 86 Mbps e supporta TWT. Un dispositivo tipico di questa serie è 453-00200C (Figura 3), che utilizza il fattore di forma SMT M.2 1216 e dispone di un'antenna in chip.

Figura 3: 453-00200C dà priorità all'efficienza energetica ed è dotato di un'antenna in chip. (Immagine per gentile concessione di Ezurio)

Per quanto riguarda i veicoli a guida automatica (AGV), servono soluzioni compatte in grado di fornire un'eccellente connettività per la telemetria in tempo reale. In questo campo Sona NX611 di Ezurio si distingue fra tutti. Basato su un chip di NXP Semiconductors, utilizza una configurazione SISO 1 × 1 e fornisce fino a 600 Mbps con opzioni SIP come 453-00155R (Figura 4), progettato per ridurre al minimo l'ingombro fisico.

Figura 4: 453-00155R eroga fino a 600 Mbps e utilizza un fattore di forma SIP. (Immagine per gentile concessione di Ezurio)

Da ultimo, prendiamo in considerazione le interfacce uomo-macchina (HMI). Sona MT320 di Ezurio è un ottimo abbinamento per queste applicazioni. Si basa su un chip di MediaTek e supporta l'SDK MediaTek Genio per semplificare l'integrazione con i processori ad alta intensità grafica. Utilizza una configurazione MU-MIMO 2 × 2 e ha una velocità dati di 1200 Mbps. Un'implementazione tipica è 453-00176R (Figura 5), che utilizza il fattore di forma SMT M.2 1420 e offre connettori MHF4 per antenne MU-MIMO 2 × 2.

Figura 5: 453-00176R è ottimizzato per l'uso con i processori MediaTek. (Immagine per gentile concessione di Ezurio)

Conclusione

Oggi, i sistemi industriali si basano sempre più sui dati e il Wi-Fi 6/6E ha dimostrato di essere una soluzione di connettività cruciale. La famiglia di moduli wireless Sona di Ezurio offre opzioni flessibili per integrare funzionalità Wi-Fi avanzate in questi sistemi. Grazie alle numerose opzioni di chip, a diversi fattori di forma, ad antenne precertificate e supporto software completo, i progettisti possono scegliere il modulo che soddisfa i loro requisiti specifici.