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重新思考Wi-Fi:Wi-Fi HaLow将推动物联网发展的十大原因

2021年07月26日 14:18 次阅读

作者:Shahar Feldman,Morse Micro营销副总裁

与现有的无线技术相比,Wi-Fi HaLow具有包括范围、数据率和能效等优势。

虽然传统的Wi-Fi是目前使用的最普遍的无线通信协议,但物联网的快速发展,迫使人们重新思考Wi-Fi,揭示出技术差距,以及在一个无所不包的互联世界中,Wi-Fi需要扮演什么角色。许多物联网和机对机(M2M)应用,对远程连接的更高需求和低功耗需求,正在引领802.11ah Wi-Fi HaLow在现在及未来以越来越快的速度发展。

Wi-Fi HaLow技术由IEEE 802.11ah任务组进行标准化,并由Wi-Fi联盟(WFA)命名。Wi-Fi HaLow在免许可的sub-GHz频段运行,提供的数据速率从数百Kb/s到数十Mb/s不等,传输距离从数十米到超过一公里。Wi-Fi HaLow满足了应对最具挑战性的物联网环境所需的可扩展性、稳健性和安全性。

那么,是什么让Wi-Fi HaLow成为支持物联网的理想无线通信技术?以下是Wi-Fi HaLow如何解决现有技术根本弱点的十大关键原因。

1.能效

802.11ah Wi-Fi HaLow协议,促进了可以长时间睡眠的设备节能。这就提供了最广泛的电源选择,从用于短距离应用的小型电池,到超过1公里的更大电池、更高功率的设备。

正交频分复用(OFDM)技术,采用先进的调制和编码方案,通过适应信道条件的数据速率,提供更高的吞吐量。吞吐量越高,信息传输的空中时间就越短,这意味着无线电可以更快地回到睡眠状态,节约能源。WLAN的“先听后讲”协议意味着对媒介的争夺更少,对数据包重传浪费的能量更少。

Wi-Fi HaLow空闲和睡眠模式,结合摩尔斯微(Morse Micro)的专利电路设计技术,让每单位能量可以传输更多数据,降低空闲功耗,这样就能与其他技术相抗衡。

2.数据速率

Wi-Fi HaLow提供最广泛的数据速率范围,以适应物联网应用,如流媒体传输数十Mb/s和较低速率的应用,如温度传感器、门锁或邮箱。就像Wi-Fi一样,速率可以根据条件的变化或与接入点(AP)的距离自动调整。

3.范围

Wi-Fi HaLow提供1米至》1公里的sub-1 GHz窄带信号,覆盖范围更广,从智能家庭到大型仓库,无需中继器或网状网络。窄带信号可达到传统2.4 GHz Wi-Fi或蓝牙的10倍范围、100倍面积或1000倍容量,相对于更短距离的5 GHz Wi-Fi 5/6(802.11ac/ax)和6 GHz Wi-Fi 6E(802.11ax)甚至更高(图1)。

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图1:Wi-Fi HaLow--达到传统Wi-Fi 1000倍的容量。(来源:Morse Micro)

4.建筑材料穿透力

物理原理很简单,频率越低,穿透力越强(自由空间的传播损耗越低)(图2)。Wi-Fi HaLow使用750 MHz - 950 MHz频谱,比2.4-GHz蓝牙、Wi-Fi 4或Zigbee低2.5倍,比5-GHz Wi-Fi 5低5倍,比6-GHz Wi-Fi 6e低6倍。住宅和建筑物的建筑材料和布局的变化,对Wi-Fi HaLow信号的影响较小。

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图2:Wi-Fi HaLow提供了优越的范围和卓越的建筑材料穿透能力。(来源:Morse Micro)

5.安全性

Wi-Fi HaLow需要最先进的WPA3安全标准来验证和加密数据。摩尔斯微(Morse Micro)支持现有的WPA3和Wi-Fi未来安全性方面的改进(图3)。Wi-Fi HaLow的更高数据速率,实现了快速的空中传送(OTA)固件更新,而许多远程无线技术,如LoRaSigfox,设备需要长时间离线,才能完成这种更新。

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图3:Wi-Fi HaLow采用了最先进的WPA3安全标准,并支持无线安全升级,因此网络不受影响。(来源:Morse Micro)

6.网络数据容量

Wi-Fi HaLow为每个接入点(AP)的最多8191台设备,指定了范围广泛的数据速率(图4)。多种信令选项,减少了管理和控制大量设备所需的开销。其中一个例子是受限访问窗口(RAW:Restricted Access Window),这是Wi-Fi HaLow的一个独特功能,允许接入点向一部分站点授予传输其数据的特权,而其他站点则被迫休眠、缓冲非紧急数据或两者兼而有之。这就减少了冲突,为活跃设备腾出了空域,使之能以最快的调制和编码方案(MCS)速率传输更多数据。

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图4:单个Wi-Fi HaLow接入点,可以连接成千上万的设备。(图片:Morse Micro)

7.安装/运营成本

Wi-Fi HaLow支持本地IP流量,就像传统的Wi-Fi一样。简单的安装只需要一个具有Wi-Fi HaLow功能的接入点或路由器。不需要专有的集线器或网关。这种星型网络拓扑结构,无需复杂的中继器网状网络,这些中继器会阻塞消息,并导致其他无线通信技术的管理问题。Wi-Fi HaLow使用免许可的1GHz以下频谱,没有月费,也无需蜂窝网络供应商的数据流量套餐。

8.免许可的频谱

由于Wi-Fi HaLow不依赖移动服务提供商,所以不需要服务提供商合同。与传统的Wi-Fi一样,客户拥有自己的设备,使用免许可的无线电频谱。该无线通信技术在全球范围内的免许可频段运行,范围从750 MHz到950 MHz。Wi-Fi HaLow不使用蜂窝数据运营商的频率,这些运营商通常会收取许可证费用和月费。某些使用限制可能适用,并可能因国家而异。

9.互通性和客户体验

Wi-Fi HaLow是一个全球公认的标准,定义了设备的通信方式。与前几代Wi-Fi一样,Wi-Fi HaLow设备供应商遵循Wi-Fi联盟的指导来确保互通性,该联盟为成员提供规范和认证服务。其他无线物联网技术要么是专有的,要么没有那么好的组织指导,这些因素可能会影响上市时间、产品成本和客户体验。

用户将体验到与传统Wi-Fi网络一样的易用性。再加上Wi-Fi HaLow的单一接入点解决方案的简单性,提供了更高的开箱即用的安装成功率,并消除了网状网络部署的复杂性和挑战。

10.本地IP支持

Wi-Fi HaLow中定义了对IP流量的本地支持,这与传统的Wi-Fi非常相似。通过使用支持Wi-Fi HaLow的路由器,所有客户端设备都可以使用IPv4/IPv6传输协议直接访问互联网,实现基于云的服务和物联网数据管理。其他无线物联网技术,如蓝牙、Zigbee、Z-Wave、LoRa和Sigfox,需要一个专有的网关,将所有本地客户端流量转换为IP流量,以便进行互联网访问。这些额外的数据包处理阶段,需要将额外的数据包裹起来,增加了延迟,降低了其网络效率。

在部署初期,Wi-Fi HaLow预计将用于标准Wi-Fi无法到达的室内外应用,如电池驱动的监控系统、无线摄像头、门铃等。另一个典型的用例是大型场馆,单个HaLow接入点可以替代其他大量的接入点,避免了低效、复杂的网状结构,简化了安装,降低了总体拥有成本。

工业自动化、过程控制传感器、楼宇自动化、仓库和零售店等,都需要这项技术,让一切都能在一个日益自动化的世界中保持连接。的确,Wi-Fi HaLow因其多功能性而脱颖而出。

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