时间敏感无线网络WTSN,能否成为Wi-Fi 6进入工业互联网的敲门砖?
作者 | Ivy2022-07-10

本周有一份新鲜出炉的白皮书值得关注——它由无线宽带联盟发布,名为《应用于工业互联网的Wi-Fi 6/6E:在万物互联的世界中实现确定性的Wi-Fi》,标志着Wi-Fi 6/6E正式迈入了工业互联网的大门。

全文字数:2500字,写作用时:300分钟,阅读时间:8分钟

物女皇:在不确定中建立确定性

时间敏感无线网络WTSN,能否成为Wi-Fi 6进入工业互联网的敲门砖?

这是我在【物女心经】专栏写的第260篇文章。

本周有一份新鲜出炉的白皮书值得关注——它由无线宽带联盟发布,名为《应用于工业互联网的Wi-Fi 6/6E:在万物互联的世界中实现确定性的Wi-Fi》,标志着Wi-Fi 6/6E正式迈入了工业互联网的大门。

这份报告侧重于介绍将时间敏感网络TSN的特性引入到Wi-Fi 6和Wi-Fi 6E的无线网络,以便满足工业互联网对于无线通信技术独特而严苛的需求。

白皮书中还介绍了Wi-Fi 6/6E在工业互联网中的重点应用,涵盖自主移动机器人AMR、基于位置的服务、安全控制、预测性维护、增强现实/虚拟现实/混合现实(AR/VR/MR)、安全控制等。

时间敏感的无线网络WTSN为Wi-Fi开辟新市场

时间敏感无线网络WTSN,能否成为Wi-Fi 6进入工业互联网的敲门砖?

时间敏感网络对于工业领域的应用至关重要。日常生活中,几乎每个人都使用过Wi-Fi网络进行通信,在我们下载超大文件或者进行语音通话的过程中,可能会出现丢包、变慢或卡顿的情况。这些问题在平时可能没什么大不了,但是一旦类似问题发生于工厂车间,就可能导致严重事故或者人身危险。

因此在工业领域,用户对于通信的低延迟和确定性有很严苛的要求,Wi-Fi 6/6E的方案是通过引入时间敏感的无线网络WTSN来解决这个问题。

关于时间敏感网络TSN,我在此前的文章中曾有过多次介绍(感兴趣可点击阅读:《时间敏感型网络TSN,如何成为智能制造落地的关键?》)。如果我们将各种通信技术在不同设备之间传递数据的过程,比喻为快递公司递送包裹的过程,那么数据对应货物,通信网络对应道路,携带数据的网络报文对应送货车辆。

Wi-Fi可以说非常适合运输物联网包裹,每个车辆的货箱很大,一次可以运送大量货物到就近的分拣站,但是司机不太守时,零星包裹可能在运输途中损坏或丢失。

时间敏感网络TSN这类车辆专门递送智能工业领域对时间极为敏感、要求实时送达的包裹,精确守时,确保包裹万无一失。为了解决实时性的问题,TSN定制了一种特殊的快递车型,就像电影《黑衣人》中秒变火箭的飞行汽车一样,保证送货车辆的速度和时效。

以前TSN往往应用于有线网络,随着无线技术的普及,TSN与Wi-Fi、TSN与5G都在发生融合。

时间敏感无线网络WTSN,能否成为Wi-Fi 6进入工业互联网的敲门砖?

白皮书中重点介绍了时间敏感的无线网络WTSN的构建方法,还描述了如何使用IEEE 802.11标准中定义的精确定时测量协议来实现精确定位的功能,这些功能一旦成型,将极大扩展Wi-Fi在工业领域的应用场景。

一旦无线在工业领域普及,将会引发更大范围的变化。因为与有线方式相比,无线具有成本低、移动性强、使用简单的明显优势。根据白皮书中引用的在石油和天然气行业的案例,迁移到无线网络,安装成本降低的比例可高达75%。

随着Wi-Fi在工业领域的渗透,势必将与5G网络不期而遇。

在本节的第一幅图中,无线宽带联盟对比了Wi-Fi与5G的各自优势,融合了时间敏感网络的Wi-Fi在网络延时和单位面积通信容量方面更优。

当然两者不是非此即彼的关系,组合使用可能效果更佳。

Wi-Fi6的六大工业应用

时间敏感无线网络WTSN,能否成为Wi-Fi 6进入工业互联网的敲门砖?

根据无线宽带联盟的预测,到2025年将有23亿Wi-Fi 6终端和3.5亿Wi-Fi 6E终端进入市场,而且Wi-Fi 6的发展速度势必超越Wi-Fi 5,将在3年内实现预估总体市场占有率的五成。

白皮书中也详细介绍了Wi-Fi 6/6E在工业领域的应用案例,具体包括:

  • 自主移动机器人AMR/AGV:思科、英特尔等几家公司合作测试了Wi-Fi在AMR和AGV的应用,该场景的网络延迟要求在10到20毫秒之间,设备行进速度低于 50公里/小时,网络可靠性为99.9999%。

  • 无线传感器网络:Wi-Fi 6中添加的目标对象唤醒时间TWT功能,可以提供更强的节能和调度能力,非常适合低功耗的场景,比如仅靠电池供电的工业电机传感器,可以仅在电机温度超过某个阈值的时候才上传数据。

  • 安全控制:思科公司正在测试将新一代Wi-Fi应用于安全控制应用程序,这些应用往往需要<1毫秒的延迟,以便检测到人身风险时及时停机。

  • 机器视觉与AMR融合:使用高增益定向天线可以让AMR在仓库中常见的金属机架之间穿梭,而不会因为通信信号衰减而影响工作。正在测试中的机器视觉与AMR融合应用,可以实现<20毫秒延迟和<1毫秒抖动。

  • 增强现实AR、虚拟现实VR、混合现实XR:Wi-Fi 6E比较适合需要高Gb/s吞吐量和确定性的用例,例如工业AR、VR、MR和传感器的融合。正在研究中的Wi-Fi 6在AR/VR中的应用,可实现90fps的高分辨率帧速率,其中吞吐量要求可高达100Mb/s。

  • 基于位置的服务:IEEE802.11-2016中规定的精细定时测量FTM协议,既可实现时间同步,又可实现精确的室内范围和位置、定位确定,而且这一功能不需要额外的Wi-Fi基础设施,便于快速实施。

无线通信在工业领域占比7%并持续增长

时间敏感无线网络WTSN,能否成为Wi-Fi 6进入工业互联网的敲门砖?

每年HMS Networks都会发布最新的工业网络市场格局和分布,工业网络的通信组合包括现场总线、工业以太网和无线网络。根据HMS Networks刚刚发布的2022年最新研究,工业网络市场预计在2022年增长8%。

工业网络是工业互联网的基石,是工厂车间不断优化生产效率和产品质量的关键保障。在各种工业网络中,工业以太网仍然显示出较高的增速,占所有新增安装节点的66%,现场总线占27%,而无线通信占据7%的市场份额,并且以8%的增长率增长,与工业网络市场的整体增长率持平。典型的工业无线用例包括电缆更换与替代、无线设备访问和与工业移动设备的连接等。

在未来工厂中,Wi-Fi 6与5G将会融合共生,但是两者的产业生态可能会产生较大的差异。

以模组类型的企业为例,在2022挚物大会的演讲中,我曾经分析过蜂窝物联网模组厂商的格局。经过十几年的风雨磨砺,这类企业纷纷上市发展并推出了5G通信模组。而Wi-Fi模组企业中鲜有上市公司,当年的Wi-Fi模组三剑客:博联、庆科和汉枫都走上了不同的转型之路。究其原因,与通信模组的技术壁垒有关,模组商销量爬坡需要大客户的支撑,但是大客户同样可以找芯片原厂做技术支持,让模组企业陷于相对尴尬的境地。

因此各类企业无论是参与Wi-Fi 6还是5G的产业生态发展,都需要找准自己的定位。

写在最后

Wi-Fi 6已经到来,Wi-Fi 7还会远吗?

尽管预计Wi-Fi 7标准要到2024年才能最终确定,但新华三H3C已经发布了最新的Wi-Fi 7路由器。Wi-Fi 7是IEEE协会正在制定的新一代Wi-Fi标准,承诺速度高达46Gbps,比Wi-Fi 6快近5倍,并继续融合TSN以减少网络延迟。


热门文章
云原生数据库近年来的快速崛起,实质上体现的是企业对数据能力需求的迭代...
2022-07-10