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是什么讓W(xué)i-Fi HaLow成為物聯(lián)網(wǎng)的理想?yún)f(xié)議?

iIeQ_mwrfnet ? 來源:微波射頻網(wǎng) ? 作者:Shahar Feldman,Mors ? 2021-06-22 17:33 ? 次閱讀

Wi-Fi HaLow很快就會出現(xiàn)在人們?nèi)粘I畹?a target="_blank">智能門鎖、安保攝像頭、可穿戴設(shè)備和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)上。什么是Wi-Fi HaLow,與傳統(tǒng)的Wi-Fi(4/5/6)有何不同,是什么讓W(xué)i-Fi HaLow成為物聯(lián)網(wǎng)的理想?yún)f(xié)議?

Wi-Fi就像是我們互聯(lián)世界的氧氣,是當(dāng)今最普遍的無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,承載了超過一半的互聯(lián)網(wǎng)流量。“Wi-Fi ”是一個(gè)通用術(shù)語,指的是經(jīng)過二十多年發(fā)展而成的802.11協(xié)議家族。Wi-Fi聯(lián)盟是推動Wi-Fi應(yīng)用和發(fā)展的組織,該組織用數(shù)字命名法,簡化了常用的幾代Wi-Fi名稱,例如,Wi-Fi 4 = 802.11n、Wi-Fi 5 = 802.11ac、Wi-Fi 6 = 802.11ax。您正在家里或工作場所使用的,很有可能就是這些類型的Wi-Fi。

盡管Wi-Fi 4/5/6無處不在,但物聯(lián)網(wǎng)(IoT)的快速發(fā)展,迫使人們重新思考傳統(tǒng)Wi-Fi,揭示技術(shù)差距,重新定義802.11協(xié)議在當(dāng)今超低功耗物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的無線連接世界中,應(yīng)該發(fā)揮的作用。物聯(lián)網(wǎng)和機(jī)器對機(jī)器(M2M)應(yīng)用,對遠(yuǎn)程連接和低功耗的更高要求,促使人們需要另一種為物聯(lián)網(wǎng)而優(yōu)化的Wi-Fi。

Wi-Fi HaLow(發(fā)音為HEY-low)協(xié)議,通過提供超低功耗的無線解決方案,填補(bǔ)了這一空白,與傳統(tǒng)Wi-Fi相比,該方案可以在更遠(yuǎn)的距離和更低的功耗下,連接更多的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。該協(xié)議于2016年得到了IEEE 802.11ah任務(wù)組的批準(zhǔn),被Wi-Fi聯(lián)盟稱為Wi-Fi HaLow。

Wi-Fi HaLow本質(zhì)上是一款低功耗、遠(yuǎn)距離、多用途的Wi-Fi版本,在免許可的1千兆赫頻譜下運(yùn)行。Wi-Fi HaLow標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合了能效、遠(yuǎn)程連接、低延遲、高清視頻質(zhì)量數(shù)據(jù)速率、安全功能和本地IP支持,是無線連接、電池供電的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的理想?yún)f(xié)議選擇。讓我們仔細(xì)看看Wi-Fi HaLow和傳統(tǒng)Wi-Fi之間的一些主要區(qū)別,以及為什么802.11ah協(xié)議非常適合物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的連接要求。

表1:Wi-Fi 4/5/6與Wi-Fi HaLow的比較

功能 Wi-Fi 4/5/6
(IEEE 802.11n/ac/ax)
Wi-Fi HaLow
(IEEE 802.11ah)
運(yùn)行頻段 2.4 GHz, 5 GHz, 6 GHz Sub-1 GHz
(美國為902 – 928 MHz)
信道寬度選擇 20, 40, 80, 160 MHz 1, 2, 4, 8, (16 可選) MHz
每個(gè)接入點(diǎn)的最大可尋址站點(diǎn)數(shù) 2007 8191
單流MCS數(shù)據(jù)速率范圍 6.5 Mbps-150 Mbps
(.11n, Wi-Fi 4)
150 Kbps – 86.7 Mbps
通常范圍 約100米 1公里以上
10倍遠(yuǎn)的范圍
100倍廣的面積
1000倍大的容量
(與802.11n 20 MHz相比)
鏈路預(yù)算改進(jìn)(1 MHz信道) - 15-24 dBm

一種省電的協(xié)議

Wi-Fi HaLow為耗電的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備,提供了卓越的能效。IEEE 802.11ah規(guī)定的各種復(fù)雜的睡眠模式,使HaLow設(shè)備能夠長時(shí)間處于極低功率狀態(tài),?節(jié)省電池能量:

?目標(biāo)喚醒時(shí)間(TWT:Target wake time):這允許站點(diǎn)(STA)和接入點(diǎn)(AP)預(yù)先安排一個(gè)時(shí)間,讓沉睡的站點(diǎn)醒來并監(jiān)聽信標(biāo)。

?受限訪問窗口(RAW:Restricted access window):接入點(diǎn)可以授予站點(diǎn)子集傳輸其數(shù)據(jù)的權(quán)限,而其他站點(diǎn)則被迫休眠、緩沖非緊急數(shù)據(jù)或兩者兼而有之。

?擴(kuò)展的最大基本服務(wù)集(BSS:Basic Service Set)空閑期:這將站點(diǎn)的“允許空閑期”延長至五年。

?分層的流量指示映射(TIM :Traffic Indication Mapping):更有效地分組編碼TIM,節(jié)省信標(biāo)的傳輸時(shí)間。

?短MAC報(bào)頭:這減少了報(bào)頭的開銷、傳輸時(shí)間和功耗,并釋放了頻譜。

?空數(shù)據(jù)PHY協(xié)議數(shù)據(jù)單元(NPD):這將類似MAC的ACKs/NACKs嵌入PHY層,以減少時(shí)間和功耗。

?短信標(biāo):短(有限)信標(biāo)頻繁發(fā)送以同步站點(diǎn),而完整信標(biāo)的發(fā)送頻率較低。

? BSS著色機(jī)制:顏色分配表示特定接入點(diǎn)的BSS組,而站點(diǎn)可以忽略其他顏色。

?雙向TXOP(BDT:Bi-directional TXOP)(以前稱為速度幀):當(dāng)喚醒站點(diǎn),發(fā)現(xiàn)存在用于傳輸?shù)纳闲墟溌泛拖滦墟溌穾瑫r(shí),這會減少介質(zhì)訪問的次數(shù)。BDT使用物理層協(xié)議數(shù)據(jù)單元(PPDU)的信號(SIG)字段中的響應(yīng)指示,以增加對第三方站點(diǎn)傳輸?shù)腡XOP 持續(xù)時(shí)間保護(hù)。

該協(xié)議的高效睡眠和電源管理模式,支持物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備使用電池運(yùn)行多年,以及多種靈活的電源和電池大小選擇,從采用紐扣電池的短距離物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備,到傳輸超過一公里的更高功率、采用更大電池的應(yīng)用。與2.4 GHz和5 GHz頻段的Wi-Fi協(xié)議相比,該協(xié)議采用的sub-GHz窄帶信號,傳輸距離更遠(yuǎn),能耗更低,讓每單位能耗可傳輸更多數(shù)據(jù)。

因此,Wi-Fi HaLow芯片所需的功率僅為傳統(tǒng)Wi-Fi芯片的一小部分。雖然傳統(tǒng)Wi-Fi的數(shù)據(jù)速率較高,讓用戶能夠在2.4 GHz、5 GHz和6 GHz頻段,使用寬頻信道快速傳輸高清視頻和下載大量文件,但這些Wi-Fi連接的有效距離很短,電池消耗很快,需要頻繁充電或更換電池,或者最好有一個(gè)主電源連接。基于這些原因,Wi-Fi HaLow是電源受限的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的更好選擇,這些設(shè)備需要達(dá)到更遠(yuǎn)的距離,并能用電池運(yùn)行數(shù)年,同時(shí)仍然提供較高的數(shù)據(jù)吞吐量。

Wi-Fi HaLow的sub-1 GHz協(xié)議優(yōu)化了滲透率、覆蓋范圍、功率和容量。

覆蓋范圍更廣

802.11標(biāo)準(zhǔn)涵蓋的頻率范圍非常廣泛,從sub-GHz到毫米波(mmWave)。Wi-Fi HaLow是第一個(gè)在免許可的sub-GHz頻段運(yùn)行的Wi-Fi標(biāo)準(zhǔn)。Wi-Fi HaLow提供的數(shù)據(jù)速率,從幾百kb/s到幾十Mb/s不等,傳輸距離從幾十米到一公里以上。

與傳統(tǒng)Wi-Fi使用的最窄的20MHz信道相比,Wi-Fi HaLow的sub-1 GHz信號使用更窄的信道,從1MHz到更窄。由于信道中的熱噪聲較低,這種20倍的帶寬系數(shù)轉(zhuǎn)化為13 dB的鏈路預(yù)算改進(jìn)。與傳統(tǒng)的2.4 GHz Wi-Fi相比,750 MHz - 950 MHz之間的RF頻率,需要額外增加8dB-9 dB的鏈接預(yù)算,從而節(jié)省自由空間傳輸損耗。此外,Wi-Fi HaLow協(xié)議增加了一個(gè)范圍優(yōu)化的調(diào)制和編碼方案(MCS10),可提供額外的3dB鏈路預(yù)算改進(jìn)。

總之,與傳統(tǒng)的2.4GHz IEEE 802.11n(Wi-Fi 4)相比,Wi-Fi HaLow提供了高達(dá)24dB的鏈路預(yù)算改進(jìn)。與頻率更高、帶寬更寬的802.11ac(Wi-Fi 5)和802.11ax(Wi-Fi 6/6E)協(xié)議相比,Wi-Fi HaLow鏈路預(yù)算優(yōu)勢進(jìn)一步增強(qiáng),其使用帶寬更寬的5GHz和6GHz頻譜。這就解釋了為什么Wi-Fi HaLow信號的傳輸距離,是傳統(tǒng)Wi-Fi的十倍,而不需要網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展器。例如,電池供電的攝像頭可以放置在家里或車庫外墻更方便的地方。照明系統(tǒng)可以從單個(gè)AP控制,而不管燈具是在室內(nèi)還是室外的花園里。

為終端用戶提供無線物聯(lián)網(wǎng)解決方案,覆蓋數(shù)百米的距離,而無需額外的擴(kuò)展器或昂貴的蜂窩數(shù)據(jù)套餐,是802.11ah協(xié)議的一個(gè)關(guān)鍵競爭優(yōu)勢。Wi-Fi-HaLow的遠(yuǎn)程覆蓋優(yōu)勢,擴(kuò)展了智能家居和智能城市網(wǎng)絡(luò)的范圍,讓用戶能夠控制1公里以外的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了傳統(tǒng)Wi-Fi協(xié)議的覆蓋范圍。

信號穿透力更強(qiáng)

一般來說:頻率越低,覆蓋范圍越遠(yuǎn),穿透障礙物的能力越強(qiáng)。Sub-GHz 的Wi-Fi HaLow信號可以比傳統(tǒng)Wi-Fi更容易穿過墻壁和其他障礙物。與2.4GHz和5GHz頻段的Wi-Fi協(xié)議相比,住宅和商業(yè)建筑的建筑材料和布局的變化,對sub-GHz HaLow信號的影響較小。Wi-Fi HaLow可以穿透墻壁和建筑物,這有助于減少客戶投訴和產(chǎn)品退貨,這些問題有時(shí)會困擾使用傳統(tǒng)Wi-Fi的產(chǎn)品。

Wi-Fi HaLow使用正交頻分復(fù)用(OFDM)調(diào)制,來校正反射和多徑環(huán)境。無論設(shè)備制造商的產(chǎn)品是在室內(nèi)還是室外,或者是在地下室還是閣樓,Wi-Fi HaLow都可以確保設(shè)備與接入點(diǎn)之間有穩(wěn)健的連接。這種靈活性消除了提供專有集線器或橋接設(shè)備以補(bǔ)償不同家庭架構(gòu)的額外成本和復(fù)雜性。

高度可擴(kuò)展的解決方案

單個(gè)Wi-Fi HaLow接入點(diǎn)可以處理多達(dá)8191個(gè)設(shè)備,是傳統(tǒng)Wi-Fi接入點(diǎn)的4倍多。在可預(yù)見的未來,這足夠連接每個(gè)LED燈泡、電燈開關(guān)、智能門鎖、電動窗簾、恒溫器、煙霧探測器、太陽能電池板、安保攝像頭或任何可想象的智能家居設(shè)備。典型的家庭Wi-Fi路由器,通常支持幾十種設(shè)備。當(dāng)寬帶服務(wù)提供商在家居中進(jìn)行部署時(shí),單個(gè)Wi-Fi HaLow接入點(diǎn)可以成為一個(gè)可擴(kuò)展的平臺,用于提供額外的安全和公用事業(yè)管理設(shè)備和服務(wù)。

多種信號傳遞選項(xiàng),減少了管理和控制大量HaLow設(shè)備所需的開銷。這樣可以最大限度地減少信號沖突,并為有源設(shè)備釋放無線電波,以便以最快的調(diào)制和編碼方案(MCS)速率傳輸更多數(shù)據(jù)。與傳統(tǒng)Wi-Fi一樣,HaLow可以根據(jù)信號完整性和與接入點(diǎn)的距離,自動調(diào)整帶寬。預(yù)定義的MCS級別支持單流、單天線產(chǎn)品的帶寬從150 Kbps到40 Mbps,使用的信道寬度從1 MHz到8 MHz,80 Mbps的能力也可通過使用可選的16 MHz寬信道來實(shí)現(xiàn)。

Wi-Fi HaLow的星形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、卓越的穿透力、廣闊的覆蓋面積和巨大的容量,將無線連接從難以部署和帶寬受限的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中解放出來,簡化了網(wǎng)絡(luò)安裝,并將總體持有成本降至最低。

具有抗噪性的免許可頻譜

與采用2.4GHz、5GHz和6GHz頻段的傳統(tǒng)Wi-Fi一樣,Wi-Fi HaLow使終端用戶能夠擁有自己的設(shè)備并使用免許可的sub-GHz無線電頻譜,范圍從750MHz到950MHz。Wi-Fi HaLow的可用頻率范圍、最大傳輸功率和占空比,在世界各地有所不同。(例如,美洲可用的HaLow頻譜是902 MHz至928 MHz,而在歐洲是863 MHz至868 MHz)。

Wi-Fi HaLow在工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療(ISM)頻段內(nèi)運(yùn)行,可以使用多種信道帶寬:1MHz、2MHz、4MHz、8MHz和16MHz。帶寬越窄,信號傳輸?shù)木嚯x就越遠(yuǎn)。使用OFDM,以跨多個(gè)子信道的數(shù)據(jù)包形式傳輸數(shù)據(jù),這可以提高在具有挑戰(zhàn)性的RF環(huán)境中的性能,特別是當(dāng)有來自其他無線電設(shè)備的強(qiáng)干擾時(shí)。前向糾錯(cuò)(FEC)編碼也為恢復(fù)數(shù)據(jù)包提供了額外的保護(hù),確保穩(wěn)健的連接。

安全性和互通性

與其他IEEE 802.11 Wi-Fi版本一樣,Wi-Fi HaLow是一種固有的安全無線協(xié)議,支持最新的Wi-Fi認(rèn)證要求(WPA3)和空中傳輸(OTA)AES加密,其數(shù)據(jù)速率可以實(shí)現(xiàn)安全的OTA固件升級。

就像其他類型的Wi-Fi一樣,HaLow是一個(gè)全球公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)(IEEE 802.11ah),定義了連接設(shè)備如何進(jìn)行安全認(rèn)證和通信。采用Wi-Fi HaLow的設(shè)備供應(yīng)商,可以保證其產(chǎn)品和網(wǎng)絡(luò),將按照Wi-Fi聯(lián)盟的開發(fā)指導(dǎo)來實(shí)現(xiàn)互通性。由于Wi-Fi HaLow是IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)的一部分,Wi-Fi HaLow網(wǎng)絡(luò)也可以與Wi-Fi 4、Wi-Fi 5和Wi-Fi 6網(wǎng)絡(luò)共存,而不影響其RF性能。

實(shí)現(xiàn)本地IP支持

所有物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)都需要互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議(IP)支持,以實(shí)現(xiàn)云連接。由于Wi-Fi HaLow是802.11 Wi-Fi標(biāo)準(zhǔn),因此它提供本地TCP/IP支持。這種內(nèi)置的IP功能,意味著物聯(lián)網(wǎng)連接不需要專有網(wǎng)關(guān)或網(wǎng)橋。所有連接到具有Wi-Fi HaLow功能的路由器的客戶端設(shè)備,可以使用IPv4/IPv6傳輸協(xié)議,直接訪問互聯(lián)網(wǎng),以獲得基于云的服務(wù)和物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的管理。

HaLow效應(yīng):延伸范圍,拓展物聯(lián)網(wǎng)的可能性

傳統(tǒng)Wi-Fi的網(wǎng)絡(luò)擁堵、范圍限制和較高的功耗,以及可連接到單個(gè)AP的設(shè)備數(shù)量有限,在當(dāng)今物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的世界中已不再可行。這些限制阻礙了各行業(yè)出現(xiàn)的以物聯(lián)網(wǎng)為中心的新商業(yè)模式,這些模式需要更遠(yuǎn)的距離、更大的容量、更靈活的電池和電源選項(xiàng),同時(shí)最大限度地降低部署成本。

作為一種遠(yuǎn)程協(xié)議,Wi-Fi HaLow支持那些2.4GHz和5GHz Wi-Fi無法達(dá)到的室內(nèi)外物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用,例如遠(yuǎn)程安保攝像頭、門禁網(wǎng)絡(luò)甚至無人機(jī)。其他潛在的使用案例包括大型公共場所,如體育場館、購物中心和會議中心,在這些場所,單個(gè)Wi-Fi HaLow接入點(diǎn)可以替代大量的接入點(diǎn),無需復(fù)雜的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò),簡化了安裝,降低了總持有成本。

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、過程控制傳感器、樓宇自動化、倉庫和零售店等眾多應(yīng)用,也將受益于這種遠(yuǎn)程、低功耗協(xié)議,讓無數(shù)設(shè)備能夠在日益自動化的世界中保持連接。事實(shí)上,Wi-Fi-HaLow在傳統(tǒng)的802.11協(xié)議中因其覆蓋范圍、能效、容量和多功能性而脫穎而出。

作者:Shahar Feldman,Morse Micro

來源:微波射頻網(wǎng)

責(zé)任編輯:haq

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原文標(biāo)題:Wi-Fi HaLow與傳統(tǒng)Wi-Fi有何不同?

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    發(fā)表于 12-12 14:32 ?584次閱讀
     摩爾斯微電子推出業(yè)界領(lǐng)先的 <b class='flag-5'>Wi-Fi</b> <b class='flag-5'>HaLow</b> 路由器:HalowLink 1, 樹立連接新標(biāo)準(zhǔn)

    摩爾斯微電子發(fā)布Wi-Fi HaLow評估套件,加速聯(lián)網(wǎng)開發(fā)

    近日,全球領(lǐng)先的Wi-Fi HaLow解決方案提供商摩爾斯微電子正式推出一款開創(chuàng)性的評估套件——MM6108-EKH05。這款完全整合的開發(fā)平臺,旨在推動各行業(yè)聯(lián)網(wǎng)解決方案的快速發(fā)展
    的頭像 發(fā)表于 12-11 13:40 ?603次閱讀

    摩爾斯微電子榮獲2024年WBA行業(yè)大獎(jiǎng)最佳Wi-Fi創(chuàng)新獎(jiǎng)等多項(xiàng)殊榮

    Wi-Fi HaLow技術(shù)Wi-Fi HaLow采用IEEE 802.11ah標(biāo)準(zhǔn),運(yùn)行于sub-1 GHz頻段,能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離、低功耗的無線通信,是
    發(fā)表于 11-01 14:41

    摩爾斯微電子推出社區(qū)論壇與開源GitHub資源庫,新資源的上線將加速全球工程師與開發(fā)者的Wi-Fi開發(fā)進(jìn)程

    HaLow無晶圓半導(dǎo)體公司,總部位于澳大利亞悉尼,在全球多地設(shè)有辦事處。作為全球領(lǐng)先的Wi-Fi HaLow公司,該公司率先推出了下一代聯(lián)網(wǎng)
    發(fā)表于 10-18 17:40

    國內(nèi)首個(gè)!泰芯Wi-Fi Halow芯片獲官方認(rèn)證,發(fā)力AI應(yīng)用場景

    。 ? 2024年5月8日,珠海泰芯半導(dǎo)體迎來了聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的矚目時(shí)刻。TXW8301芯片成功獲得了Wi-Fi CERTIFIED Halow聯(lián)盟的認(rèn)證證書,
    的頭像 發(fā)表于 09-10 00:07 ?5256次閱讀
    國內(nèi)首個(gè)!泰芯<b class='flag-5'>Wi-Fi</b> <b class='flag-5'>Halow</b>芯片獲官方認(rèn)證,發(fā)力AI應(yīng)用場景

    最典型的3家Wi-Fi Halow芯片企業(yè)

    Wi-Fi HalowWi-Fi聯(lián)盟推出的專門面向聯(lián)網(wǎng)市場的標(biāo)準(zhǔn)。
    的頭像 發(fā)表于 08-30 09:58 ?3419次閱讀
    最典型的3家<b class='flag-5'>Wi-Fi</b> <b class='flag-5'>Halow</b>芯片企業(yè)

    摩爾斯微電子與星縱聯(lián)攜手推出Wi-Fi HaLow系列產(chǎn)品

    近日,摩爾斯微電子(Morse Micro),作為Wi-Fi HaLow解決方案的頂尖無晶圓廠半導(dǎo)體公司,與全球智能聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的佼佼者星縱
    的頭像 發(fā)表于 08-22 15:59 ?932次閱讀

    摩爾斯微電子與星縱聯(lián)合作推出 Wi-Fi HaLow 網(wǎng)關(guān)、傳感攝像頭和人數(shù)統(tǒng)計(jì)傳感器

    提升聯(lián)網(wǎng)連接范圍,將 Wi-Fi HaLow 推向市場 ? 2024 年8月16日 - 中國廈門和澳大利亞悉尼 ——專注于 Wi-Fi
    發(fā)表于 08-16 15:10 ?895次閱讀
    摩爾斯微電子與星縱<b class='flag-5'>物</b>聯(lián)合作推出 <b class='flag-5'>Wi-Fi</b> <b class='flag-5'>HaLow</b> 網(wǎng)關(guān)、傳感攝像頭和人數(shù)統(tǒng)計(jì)傳感器