Pelle Svensson：u-blox短距离通信产品中心营销经理，将无线通信技术引入智能工厂是一项挑战。在本文中，我们将讨论Wi-Fi技术将如何发展以应对新出现的挑战。在互联工厂中部署Wi-Fi的目的很简单。它的目的是使一些设备能够相互通信信息。但时间在流逝。如果说十年前的智能工厂只是一个空荡荡的广场，那么今天的智能工厂看起来更像是一个繁华的市场。虽然位置没有改变，但背景却大不相同。今天的无线电波就像嘈杂的市场一样混乱，设备必须尽最大努力成功地传输通信信号。幸运的是，为了满足日益苛刻的市场需求，无线通信技术的进步并没有停止，Wi-Fi技术也不例外。这种无线技术承载着全球45%的IP流量和60-80%的无线流量。在本文中，我们将探讨工厂数字化的趋势，以及新的用例如何推动对Wi-Fi技术的需求。[1]Wi-Fi技术取得了长足的进步，仅在20年前，最高速度仅为54Mbps。2009年，Wi-Fi4（以前称为IEEE802.11n）采用了IEEE802.11a引入的5GHz频段，在5GHz和2.4GHz频段都提高了数据传输速率，并显著提高了数据吞吐量。Wi-Fi4接入点与采用传统Wi-Fi技术的设备向后兼容，为Wi-Fi技术的广泛应用做出了重大贡献。2013年，Wi-Fi5（IEEE802.11ac）采用仅支持5GHz频带并提供高达6.8Gbps的数据传输速率的新技术，进一步提高了性能。最近推出的Wi-Fi6最值得称赞的优点是它可以提高性能并有效地处理来自更多客户端的流量，有时也称为高效无线（HEW）Wi-Fi6可提供创新的扩展功能，以满足当今用户的需求，包括高吞吐量（约10Gbps）、可靠的长距离通信、低延迟、低功耗、共存和高速交换。Wi-Fi标准的每个版本都将性能提升到了一个新的水平，并将Wi-Fi技术推向了更复杂和要求更高的用例。复杂的应用场景正在推动标准的进步，需要进一步改进以满足新兴的无线通信需求，包括工业部署中常见的需求。高可用性在工厂环境中非常重要，停机可能会直接导致收入损失。在拥挤的射频环境中实现高可用性需要具有良好的鲁棒性，以抵御来自其他设备的干扰，以及高吞吐量，以支持在每次通信后缩短数据传输时间和快速释放带宽。确保可扩展性-在不添加热点的情况下允许更多客户端访问网络的能力非常重要，因为越来越多的设备使用Wi-Fi连接。快速响应时间对于工业自动化系统尤其重要，例如那些编排复杂生产线流程的系统。从机器人到智能电动工具，越来越多的联网移动设备希望在移动到各种接入点的覆盖范围后能够快速建立连接，这凸显了无缝漫游功能的重要性。此外，易于调试和维护对于简化操作和降低成本至关重要。Wi-Fi6的优点如果Wi-Fi4的亮点是“高吞吐量”，Wi-Fi5的亮点是“超高吞吐量”，那么Wi-Fi6的亮点是“高效率”，它于2018年首次发布。虽然从6.8Gbps提高到9.6Gbps的吞吐量并不像以前的几倍提高那么令人印象深刻，但Wi-Fi6真正的亮点是可以更有效地利用可用带宽，使每个接入点能够支持更多客户端，而不会降低网络性能。
高效处理更多客户的关键在于一系列的技术创新。多用户正交频分多址（MU-OFDMA）技术通过分片和块将可用带宽划分为不同大小的资源单元，使接入点能够灵活地同步多个客户端的资源需求。MU-OFDMA将固定数量的接入点可以处理的客户端数量增加了四倍。多用户多输入多输出（MU-MIMO）允许接入点同时向多个客户端发送不同的数据流，包括上行链路和下行链路两个方向。1024正交振幅调制（1024QAM）支持对每个符号更多的信息进行编码。Wi-Fi6支持每符号位10位数据传输，与使用256QAM的Wi-Fi5相比，吞吐量提高了25%。BSS着色技术有助于确保不同的“颜色”通道不会相互干扰。最后，目标唤醒时间（TWT）可以节省设备的电池电量并有效延长电池寿命。支持更高客户端密度的技术也可以提高吞吐量。MIMO聚合了带宽，允许单个客户端处理多个数据流，而不是分割带宽以服务于多个设备。MU-OFDMA支持与多个客户端同时发送和接收数据，缓解了密集网络中常见的拥塞问题，并确保以尽可能低的延迟传输数据。新的目标唤醒时间（TWT）功能允许接入点指示设备切换到低功耗模式，同时指定预定义的唤醒时间。通过尽可能长的睡眠时间来显着延长电池寿命，对于只偶尔发送数据的无线传感器来说是有意义的。利用通过Wi-Fi6E提供的6GHz频谱是限制Wi-Fi 通信的主要资源，为了缓解由于资源不足而造成的限制，美国联邦通信委员会（FCC）等监管机构将6GHz频带开放给免许可证Wi-Fi 通信，在某些情况下，提供的频谱是以前的2.4GHz和5GHz频带的两倍以上。允许使用新1200MHz频谱的接入点和终端设备标签将显示Wi-Fi6E字符。6GHz频带的优势包括接近已广泛使用的5GHz频带，具有许多不重叠的信道，并且能够提供多个信道大小。此外，新频谱很少被利用，设备不必与频带内拥挤的传统客户端争夺资源。Wi-Fi已经成为智能工厂的主流无线连接技术，成为了一种选择。在这样的环境中，它通常由蓝牙技术以及专有和非专有蜂窝通信技术补充。有了前面提到的许多新功能，Wi-Fi6的地位可能会得到进一步巩固。下图显示了扩展功能集的使用场景，这些功能集可能会从Wi-Fi6中受益。
工业传感器网络：无线互连传感器广泛应用于工业环境，例如监测振动和温度，并及时安排预测性维护。这些传感器目前依赖于功耗优化通信协议，如蓝牙低功耗和IEEE801.15.4协议。Wi-Fi6为设备提供了新的目标唤醒时间（TWT）功能，以最大限度地延长睡眠时间并最终实现低功耗性能。这有助于降低支持Wi-Fi的传感器的功率需求，延长其使用寿命并简化维护。与此同时，该设备还释放了睡眠时占用的频谱，从而缓解了频谱拥塞。运动控制：考虑到OFDMA的延迟和服务质量的改善，Wi-Fi6在控制应用领域具有很大的前景。同时，低功耗特性和高普及性使蓝牙技术仍然是设备配置使用场景的理想选择。人机界面（HMI）：Wi-Fi6接入点为每台设备提供稳定、卓越的吞吐量，同时适当处理更高的设备密度，同时还具有低延迟功能，因此Wi-Fi6还有另一个应用前景。它可以实现一个易于使用的基于平板电脑的人机界面，从联网的机器设备读取数据，甚至更先进的增强现实人机界面。增强现实（AR）增强现实是当今HMI发展的必然目标，它使用静态或手持图形用户界面。无论是使用平板电脑还是智能眼镜作为媒体，增强现实技术都可以在平板电脑摄像头捕获的图像上叠加并显示实时信息、文档或蓝图。借助增强现实技术，工程师可以可视化工业机床的内部运行情况，并同时进行问题评估，而不会中断生产过程。Mesh网络：Mesh技术在工业环境中的应用场景多种多样，包括集中控制整个工厂的智能照明，以及从分布式传感器收集数据以便在云中进行处理。目前，蓝牙是节点之间和网关数据传输的最佳无线技术，而Wi-Fi更适合从网关到企业云环境的“最后一英里”传输。Wi-Fi6的低功耗特性是否会为Wi-Fi网状解决方案铺平道路，并进一步推动其在工业领域的应用，还有待观察。虽然Wi-Fi6在几乎所有指标上都优于Wi-Fi4，但对于许多用例来说，Wi-Fi4已经足够，例如工厂管理人员可以使用Wi-Fi4技术来简化开发并降低成本。
Wi-Fi6正在进入新兴的利基市场，Wi-Fi7已经在我们的视野中，我们预计将在2024年及以后发布进一步的性能提升。根据推动Wi-Fi标准的IEEE和Wi-Fi联盟的说法，Wi-Fi7将专注于视频性能优化，如确定性延迟、高可靠性和服务质量。此外，通道扩展（最多320个）和调制改进将吞吐量提高了3倍（30个）Wi-Fi：不断创新，满足需求智能工厂的快速发展势头将继续依靠多种无线通信技术相互补充，包括Wi-Fi、蓝牙、4G LTE和5G。考虑到Wi-Fi6将提供一系列新功能，包括更高的数据传输速率、更低的延迟、更低的功耗、更大的网络容量和更广泛的覆盖范围，该技术可以在智能工厂中得到更广泛的应用。由于Wi-Fi联盟与行业保持着密切的沟通，因此很好地响应了行业的需求，可以期待行业不断创新，满足新兴行业场景的不断需求。5G and Wi-Fi6Stronger together Senza Fili Tech Brief Monica Paolini2021