Wifi embedded что это

Обновлено: 24.01.2025

В SIEMENS продукты для построения промышленных беспроводных сетей собраны в семейство SCALANCE W .

Где применяется беспроводные сети на основе продуктов SCALANCE W

Беспроводная связь для производства

Подвесные конвейеры
Автоматические самоходные тележки AGV
Внутрипроизводственная логистика
Мобильная производственная робототехника

Беспроводные приложения с особой ответственностью

Перемещение людей
Подъёмники, аттракционы
Приложения связанные с возможностью аварийной остановки для обеспечения безопасности

Экстремальные условия внутри и вне помещений

Металлургические заводы
Шахты и туннели
Нефтегазовая промышленность
Исполнение для тяжёлых и расширенных условий эксплуатации EEC (Enhanced Environmental Conditions) с соответствующими сертификатами

Отличие обычного и промышленного WiFi

В чем отличие классического WiFi от промышленного WiFi? В целом промышленный WiFi использует аналогичный формат и принцип передачи данных. Но в отличии от офисных решений, промышленные WiFi устройства имеют более надежный конструктив, предназначены для установки в шкафы автоматизации, вне шкафа в производственном помещении или на улице. Промышленные WiFi устройства поддерживают не только стандартные механизмы передачи данных, но и профили промышленных протоколов (например PROFIsafe) и циклическую передачу данных для надежной связи в промышленных протоколах (например, протокола PROFINET с коротким и детерминированным циклом опроса).

Основы беспроводной связи

Частотный спектр и общая среда передачи

Проводной стандарт связи Ethernet использует механизм определения коллизий CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection), который позволяет определить наличие коллизий при передачи данных (стоит отметить, что благодаря использованию изолированной проводной среды и дуплексной передачи данных коллизии в современных проводных сетях маловероятны). Беспроводной стандарт связи WiFi использует единый радиоэфир и не имеет возможности работать в изолированной среде. Для предотвращения коллизий здесь используется механизм предотвращения коллизий CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance), которые используется специальные сигналы (jam signal) для проверки радиоэфира. Такой механизм позволяет улучшить производительность и скорость передачи данных за счёт снижения вероятности коллизий и повторных попыток передачи данных путем превентивных проверок. Стандарт WiFi работает на частотах 2.4 ГГц и 5 ГГц, что соответствует микроволновому диапазону.

Соединение с всенаправленными антеннами
в открытом пространстве

Можно использовать различные варианты организации беспроводной передачи данных, например организовать связь с подвижными объектами на небольшом расстоянии (до 100 метров), используя беспроводные точки доступа и клиенты с всенаправленными антеннами.

Соединение с узконаправленными антеннами
в открытом пространстве

Также есть возможность организовать беспроводной канал связи между неподвижными объектами на расстояние до 1.5 километра используя беспроводные точки доступа и клиенты с узконаправленными антеннами.

Распространение радиоволн

При распространении электромагнитного сигнала в радиоэфире сигнал может отражаться и преломляться, затухать и рассеиваться (особенно эти явления актуальны при организации связи с подвижными объектами). В таком случае для приема сигнала используется несколько антенн. Технология называется MIMO (расшифровывается как Multiple Input – Multiple Output) и позволяет осуществлять прием и передачу сигнала на несколько пар антенн.

Качество сигнала, отражения и интерференции.

При создании проводной электрической сети нам необходимо учитывать портовую емкость коммутатора, а также пропускную способность портов и возможности коммутационной части устройства. При построении беспроводной сети задача более сложная: используется единая среда передачи данных и в ней могут появляться отражения и интерференция передаваемого сигнала, которые будут сказываться на качестве передачи данных, а также необходимо учитывать мощность излучаемого в радиоэфир сигнала и оценивать чувствительность приемника, чтобы он мог услышать сигнал и выделить его из шума в радиоэфире.

Для повышения качества необходимо использовать разделение

по частоте
в пространстве
по времени
по способу кодирования

Разделение по частоте

Для повышения качества передачи данных по беспроводным каналам связи и построения распределённых беспроводных сетей рекомендуется использовать различные типы разделения. Один из вариантов разделить радиочастотный спектр на различные частотные диапазоны (2.4 ГГц и 5 ГГц), которые поддерживаются в стандарте WiFi, а также внутри данных частотных диапазонов использовать различные каналы. Это позволить подключить большое количество устройств к беспроводным точкам доступа и исключить взаимное влияние и наложение передаваемых сигналов.

Хорошее частотное планирование – основа качественной связи!

Разделение в пространстве

Чтобы исключить взаимное влияние устройств, работающих в одинаковых частотных диапазонах и на одинаковых каналах, можно также использовать разнесение точек доступа в пространстве. Распределённые в пространстве точки доступа необходимо соединить между собой, чтобы сформировать единую сеть передачи данных. Для соединения точек доступа можно использовать проводное подключение или организовать беспроводную магистраль между точками доступа используя технологию Wireless Distribution System (WDS).

Разделение по времени: DCF или iPCF

Стандартный механизм передачи данных Distributed coordination function (DCF) позволяет выделяет таймслот для передачи данных для каждого клиента. Но здесь есть проблема: время передачи не детерминировано. Это означает, что один клиент может заниматься несколько таймслотов и передавать данные, в то время как другие клиенты ожидают в очереди. Это приводит к появлении задержки передачи данных. При передаче данных промышленных протоколов такой метод неэффективен. Поэтому используется другой механизм industrial Point Coordination Function (iPCF). Данный механизм позволяет реализовывать циклический обмен данными, выделяя таймслот для клиентов по очереди и передавать данные с точной, детерминированной задержкой.

Полезные добавления для промышленных приложений - iFeatures

Благодаря очень короткому периоду опроса, клиент очень быстро обнаруживает есть ли связь с точкой доступа. В результате время переключения на другую точку доступа после потери связи составляет менее 50 мс.

Видео: Быстрый роуминг (RCoax - радиоизлучающий кабель) с iPCF

Механизм iPCF-MC позволяет клиенту осуществлять переключение между точками доступа при движении еще быстрее. Механизм iPCF позволяет задать несколько частотных каналов и сканировать их для дальнейшего переключения, при достижении необходимых граничных условий. Чем больше каналов сканируется – тем потенциально дольше будет осуществляться переключение. Механизм iPCF-MC используется два типа каналов, Data Channel (DC) канал передачи данных и Management Channel (MC) служебный канал. Клиент всегда сканирует один служебный (MC) канал и при достижении пороговых значений переключается на новый канал передачи данных.

Видео: Быстрый роуминг с IPCF-MC

iFeatures для IWLAN – iPCF и iPCF-MC
Сравнение времени роуминга для разных режимов

Механизм iPCF-MC позволяет уменьшить время роуминга, а время переключения не зависит от количества используемых каналов передачи данных.

iFeatures: MAC Modes

При работе в проводных сетях Ethernet коммутатор прозрачно передает кадры, не изменяя MAC заголовок. Беспроводной клиент работая в стандартном режиме (Own) при передаче данных с Ethernet интерфейса на беспроводной WLAN интерфейс подменяет MAC адрес устройства отправителя на свой собственный. В случае работы в протоколом PROFINET нам необходимо транслировать данные протокола прозрачно, избегая подмены MAC адресов. Беспроводные клиенты позволяют настраивать прозрачную передачу 1 MAC адреса подключенного устройства в режиме ручной (Manual) или автоматической (Automatic) настройки. А режим Layer2Tunnel позволяет прозрачно передавать до 8 MAC адресов устройств, подключенных к беспроводному клиенту.

Протокол industrial Parallel Redundancy Protocol (iPRP) позволяет осуществлять резервирование беспроводного соединение и реализовывать бесшовный роуминг.

Пример: WLAN вдоль рельсового пути

Резервирования с использованием технологии iPRP на примере поезда. На поезде используется устройство бесшовного резервирования (RedBox), который подключается к Ethernet коммутатор и передает дубликаты кадров на два беспроводных клиента. Клиенты разнесены в пространстве друг относительно друга и используют различные идентификаторы SSID для разделения передачи данных. Вне поезда другое устройство бесшовного резервирования через Ethernet коммутаторы подключается к точкам доступа, каждая из которых поддерживает оба идентификатора SSID, используемых клиентами. Клиенты передают данные по параллельным каналам и синхронизируются между собой через проводной канал. Такой метод исключает перерывы связи при пропадании одного соединения и позволяет осуществлять бесшовное переключение между точками доступа при движении.

Видео: Бесшовное резервирование через IWLAN с iPRP

Обзор дополнительных функций для промышленных применений

RCoax – излучающий кабель

Беспроводные WiFi устройства поддерживают встраиваемые и выносные антенны, а также специальный типа антенны – излучающий кабель (RCoax).

Излучающие кабели RCoax обеспечивают надежное беспроводное соединение там, где затруднительно использовать обычные антенны.

Например: краны, лифты или рельсовые транспортные средства.

Излучающие кабели RCoax используются как антенны точек доступа SCALANCE W и обеспечивают надежное беспроводное соединение. Излучающий коаксиальный кабель надёжен и прост в монтаже. Для беспроводных сетей есть доступны два варианта кабеля для 2,4 ГГц и 5 ГГц. Излучающий кабель подключение к точкам доступа SCALANCE W-700 как внешняя антенна. Движущиеся устройства подключаются через клиентские модули SCALANCE W-700

Видео: RCoax кабель для беспроводных сетей

Наша первая статья о Wi-Fi-чипе ESP8266 была тепло встречена хабра-сообществом. Не смотря на то, что содержала мало конкретной информации. Тому была веская причина — NDA, подписанное нами для получения SDK от производителя решения, компании Espressif. Именно поэтому мы просто рассказали, «вот, есть такое решение». Чтобы заинтересованные имели возможность обратить внимание.

На днях мы (проект COOLRF, не забудьте подписаться на наше ВКонтакт-сообщество, если вы еще не состоите в нём) получили разрешение производителя чипа на публикацию в наших статьях информации, ранее попадавшей под условия соглашения о неразглашении. Всех, кого интересовали подробности — welcome под кат.

Типовые сценарии использования

ESP8266 создан для использования в умных розетках, mesh-сетях, IP-камерах, беспроводных сенсорах, носимой электронике и так далее. Одним словом, ESP8266 появился на свет, чтобы стать мозгом грядущего «Интернета вещей».

Предусмотрено два варианта использования чипа: 1) в виде моста UART-WIFI, когда модуль на базе ESP8266 подключается к существующему решению на базе любого другого микроконтроллера и управляется AT-командами, обеспечивая связь решения с инфраструктурой Wi-Fi; 2) реализуя новое решение, использующее сам чип ESP8266 в качестве управляющего микроконтроллера.

Первый сценарий был кратко описан в нашей прошлой статье. Реализуется он с помощью любого из недорогих китайских ESP8266-модулей. Хорошо подходит любителям ардуино и тем, у кого уже есть в руках готовая схематика и отлаженная прошивка на базе чего-то своего, горячо любимого.

Второй вариант сценария предусматривает написание индивидуальной прошивки для управления чипом «изнутри». В данный момент прошивка должна быть написана для фирменного компилятора. С чем, в основном, и связаны требования к неразглашению информации вокруг этого решения. В обозримом будущем производитель планирует перейти на использование GCC и эти ограничения будут сняты.

Сценарий использования чипа в качестве управляющего микроконтроллера интересен тем, что позволяет создать устройства, действительно небольшие и реально долго работающие от батарей. Для работы с периферией на борту ESP8266 есть все необходимые возможности.

Ключевые характеристики

Чип ESP8266 является одним из самых высокоинтегрированных решений для работы с WiFi. Внутри чипа уместилась куча всего того, что в конкурирующих решениях часто является частью внешней обвязки:

В итоге типовая обвязка чипа состоит всего из нескольких элементов. Меньше элементов = меньше цена компонентов, меньше стоимость пайки, меньше площадь размещения, меньше стоимость печатной платы. Что прекрасно подтверждается актуальными ценами модулей на базе героя нашего сегодняшнего обзора.

Управляет всем этим интегрированным хозяйством расширенная версия 32-битного процессора Tensilica’s L106 Diamond series. Что же интересного внутри?

802.11 b/g/n protocol
Wi-Fi Direct (P2P), soft-AP
Integrated TCP/IP protocol stack
Integrated TR switch, balun, LNA, power amplifier and matching network
Integrated PLL, regulators, and power management units
+20.5dBm output power in 802.11b mode
Supports antenna diversity
Power down leakage current of < 10uA
SDIO 2.0, SPI, UART
STBC, 1x1 MIMO, 2x1 MIMO
A-MPDU & A-MSDU aggregation & 0.4μs guard interval
Wake up and transmit packets in < 22ms
Standby power consumption of < 1.0mW (DTIM3)

Ultra Low Power Technology

Энергопотребление — одна из самых важных характеристик решения, претендующего стать мозгом миллиардов устройств Интернета вещей. С чем связана популярность BLE и различных собственных реализаций радиоинтерфейсов? Ведь в конечном счете все устройства на базе этих реализаций все равно стремятся попасть в обычный Wi-Fi с помощью специальных устройств-мостов.

Секрет прост — сложно создать устройство, подключенное к WiFi, достаточное время работающее на автономном питании. Потребители не готовы менять батареи в датчиках каждые два-три месяца. Поэтому «выход в сеть» приходилось обеспечивать мостами, подключенным к постоянному электричеству. ESP8266 должен решить эту проблему. Теперь Wi-Fi можно использовать даже в автономных датчиках, работающих на небольших батареях. Благодаря использованию продвинутых механизмов управления энергопотреблением решения.

Если бегло посмотреть на характеристики потребления чипа, можно остаться в неведении. 215mA в режиме передачи — ничего особенного? Да, но стоит вчитаться в даташит и начинаешь понимать перспективы решения. ESP8266 потребляет около 60uA в режиме глубокого сна (с работающими часами реального времени) и меньше 1.0mA (DTIM=3) или меньше 0.5mA (DTIM=10) в режиме поддержания связи с точкой доступа Wi-Fi.

Wi-Fi — это стандарт беспроводного подключения LAN для коммуникации разных устройств, относящийся к набору стандартов IEEE 802.11. Wi-Fi использует радиоволны (так же, как Bluetooth и сотовые сети) для коммуникации устройств в малом масштабе, например: в домах, торговых центрах, на площадях и т. д. Wi-Fi — это самый недорогой и быстрый способ передачи данных на короткие расстояния, включая просмотр веб-страниц, онлайн-игры, видеостриминг и VoIP-вызовы. В 2019 году количество поставленных Wi-Fi устройств превысило 310 млн.

Пользовательский опыт: высокая скорость, низкая задержка, использование в разных условиях на разных типах устройств.

Самая используемая технология беспроводной коммуникации.
Основное средство доступа к мировому интернет-трафику.
Сфера экономики объёмом почти 2 трлн долларов США.
Рост: в 2019 году общее количество поставленных устройств достигло 4 млрд, а используемых устройств — 13 млрд [1] .

Но всегда ли нужно покупать новый роутер с новейшими технологиями?

Количество устройств

Рекомендуемый стандарт

Просмотр веб-страниц, работа с почтой, общение по видео или телефонные звонки через интернет

Всё вышеперечисленное + загрузка больших файлов и видеостриминг в прямом эфире

Wi-Fi 5 или Wi-Fi 6

Далее, определите нужную площадь охвата. Окружающая обстановка довольно сильно влияет на покрытие и производительность беспроводных устройств.

В разных домах из-за радиопомех (также известных как затухание сигнала) и разной чувствительности приёма клиентов один и тот же роутер будет работать по-разному. В целом, подключение будет хорошим, если использовать диапазон 2,4 ГГц в пределах 20 метров, а 5 ГГц — в пределах 15 метров. Увеличить охват помогают антенны с коэффициентом высокого усиления, технология Beamforming и другие факторы.

Если скорости или покрытия роутера недостаточно, можно призадуматься об использовании OneMesh или Deco Mesh Wi-Fi.

1) OneMesh TM : недорогая Mesh-сеть с имеющимися устройствами TP-Link
Подробнее об устройствах OneMesh

Если роутер поддерживает функцию Speedtest®, можете запустить тест прямо из веб-интерфейса управления или приложения Tether.

Ниже представлено несколько способов повышения скорости Wi-Fi.

1) Подойдите ближе к Wi-Fi роутеру
От расстояния между роутером и вашим устройством зависит скорость Wi-Fi — чем ближе устройство к роутеру, тем лучше подключение.

2) Найдите хорошее место для Wi-Fi роутера
Для максимального покрытия размещайте Wi-Fi роутер посередине открытого пространства и подальше от электроники, от которой могут быть помехи, такой как микроволновые печи, холодильники и беспроводные телефоны.

3) Обновите прошивку Wi-Fi роутера
В новых прошивках могут быть исправлены надоедливые ошибки, оптимизирована производительность, а иногда даже добавлена поддержка более высокой скорости. Обновить прошивку роутера TP-Link можно в веб-интерфейсе управления роутера или в приложении Tether. Новые прошивки также доступны на официальном сайте TP-Link, откуда их можно бесплатно загрузить.

4) Смените диапазон и канал Wi-Fi
Если роутер двухдиапазонный (например, TP-Link Archer C7), для увеличения скорости и уменьшения помех можно сменить диапазон с 2,4 ГГц на 5 ГГц. Если у роутера только один диапазон 2,4 ГГц, попробуйте выбрать статический канал 1, 6 или 11.

5) Приоритизируйте сетевой трафик при помощи QoS
Онлайн-игры, видеозвонки и онлайн-фильмы сильно нагружают пропускную способность. Если на роутере (например, TP-Link Archer C4000) есть функция QoS (приоритизация), можно приоритизировать интернет‑трафик для конкретных онлайн-задач, таких как онлайн‑игры или стримы. Задачам с высоким приоритетом будет выделена дополнительная пропускная способность, поэтому они будут работать плавно даже при большой загруженности сети.

Усилители сигнала (RE)

Усилители сигнала это отличное решение при недостаточном Wi-Fi покрытии. Разместите усилитель примерно посередине между роутером и зоной Wi-Fi со слабым сигналом. Усилитель будет получать и повторять Wi-Fi сигнал роутера вокруг себя, таким образом расширяя покрытие беспроводной сети.

Для выбора подходящего усилителя для домашней сети перейдите в раздел усилителей сигнала.

Оборудование Powerline (PLC)

Адаптеры Powerline используют электропроводку для передачи данных и создания интернет-подключения там, где есть розетка. Это удобно, потому что для увеличения покрытия не нужно прокладывать по всему дому кучу кабелей Ethernet — просто подключите адаптеры Powerline в розетку, а затем подключите их к роутеру. Это создаст высокоскоростную сеть (почти такую же, как проводную), поскольку стены и другие преграды не смогут помешать, как это происходит с усилителями сигнала.

Для выбора подходящего оборудования Powerline для домашней сети перейдите в раздел оборудования Powerline.

Однако надо не забывать, что при этом оба адаптера Powerline должны находиться в одной электрической цепи. Если в доме несколько электрических цепей, нужно убедиться, что обе розетки, в которые вы подключаете адаптеры Powerline, относятся к одной и той же электрической цепи.

Mesh Wi-Fi

Mesh Wi-Fi это Wi-Fi система, созданная для устранения зон со слабым сигналом и обеспечения непрерывного Wi-Fi на каждом квадратном сантиметре дома. Одно из главных преимуществ заключается в том, что у всех устройств общее имя сети, поэтому не надо вручную переподключать свои устройства в поисках более мощного сигнала, как это происходит с точками доступа или адаптерами Powerline. При перемещении по дому телефон или планшет автоматически подключится к устройству Deco с самой высокой скоростью, благодаря чему образуется по-настоящему бесшовная сеть Wi-Fi.

Для выбора подходящего оборудования Mesh Wi-Fi перейдите в раздел оборудования Mesh Wi-Fi.

Самая используемая технология беспроводной коммуникации.
Основное средство доступа к мировому интернет-трафику.
Сфера экономики объёмом почти 2 трлн долларов США.
Рост: в 2019 году общее количество поставленных устройств достигло 4 млрд, а используемых устройств — 13 млрд [1] .