重新思考Wi-Fi:Wi-Fi HaLow十大優勢助攻IoT

作者 : Shahar Feldman,Morse Micro行銷副總裁

相較於現有的無線技術,Wi-Fi HaLow擁有範圍、資料率和能效等方面的優勢。本文探討Wi-Fi HaLow如何解決現有技術根本弱點,以及為什麼成為推動IoT進展的理想無線通訊技術之十大關鍵原因...

儘管傳統的Wi-Fi是目前使用最普遍的無線通訊協議,但物聯網(IoT)的快速發展,迫使人們重新思考Wi-Fi,揭示技術差距以及Wi-Fi在一個無所不包的互連世界中所扮演的角色。在目前以及未來幾年內,更多的IoT和機器對機器(M2M)應用對於遠端連接和低功耗的高度要求,正引領著802.11ah Wi-Fi HaLow以越來越快的速度前進。

Wi-Fi HaLow技術由IEEE 802.11ah任務組進行標準化,並由Wi-Fi聯盟(WFA)命名。Wi-Fi HaLow在免授權的sub-1 GHz頻段運行,提供的資料速率從數百Kb/s到數十Mb/s不等,傳輸距離從數十公尺到超過一公里。Wi-Fi HaLow滿足了因應最具挑戰性的IoT環境所需的可擴展性、穩健性和安全性。

那麼,是什麼讓Wi-Fi HaLow成為助攻IoT的理想無線通訊技術?以下是Wi-Fi HaLow如何解決現有技術根本弱點的十大關鍵原因。

1. 能效

802.11ah Wi-Fi HaLow協議承諾讓裝置能長時間睡眠的節能特點。這就提供了最廣泛的電源選擇,從用於短距離應用的小型電池,到超過1公里的更大電池、更高功率的裝置。

正交頻分多工(OFDM)技術採用先進的調變和編碼機制,透過適應通道條件的資料速率,提供更高的輸送量。輸送量越高,資訊傳輸的空中時間就越短,這意味著無線電可以更快地回到睡眠狀態,以節約能源。WLAN的「先聽後講」(listen-before-talk)協議意味著對於媒介的爭奪更少,也較少浪費能量於資料封包重傳。

例如,Wi-Fi HaLow的閒置和睡眠模式,結合Morse Micro的專利電路設計技術,讓每單位能量可以傳輸更多資料位元、降低閒置功耗,這樣就能與其他技術相抗衡。

2. 資料速率

Wi-Fi HaLow提供最廣泛的資料速率範圍,以適應IoT應用,如高解析(HD)視訊相機串流傳輸數十Mb/s和較低速率的應用,如溫度感測器、門鎖或郵件等。就像Wi-Fi一樣,速率可以根據條件的變化或與接取點(AP)的距離自動調整。

3. 範圍

Wi-Fi HaLow提供1公尺到>1公里的sub-1 GHz窄頻訊號,覆蓋範圍更廣,從智慧家庭到大型倉儲,而無需中繼器或網狀網路。窄頻訊號可以達到傳統2.4GHz Wi-Fi或藍牙的10倍範圍、100倍面積或1000倍容量,甚至對於更短距離的5GHz Wi-Fi 5/6 (802.11ac/ax)和6GHz Wi-Fi 6E (802.11ax)來說的更高容量(1)。

Morse Micro Wi-Fi HaLow

1Wi-Fi HaLow——達到較傳統Wi-Fi更高1,000倍的容量。(來源:Morse Micro)

4. 建築材料穿透力

其物理原則很簡單,頻率越低,穿透力越強(自由空間的傳播損耗越低)(2)。Wi-Fi HaLow使用750MHz – 950MHz頻譜,比2.4GHz藍牙、Wi-Fi 4或Zigbee更低2.5倍,比5GHz Wi-Fi 5低5倍,比6GHz Wi-Fi 6e低6倍。住宅和建築物的建築材料和佈局變化,對於Wi-Fi HaLow訊號的影響較小。

Morse Micro Wi-Fi HaLow range pentration

圖2:Wi-Fi HaLow提供優越的範圍和卓越的建築材料穿透能力。(來源:Morse Micro)

5. 安全性

Wi-Fi HaLow需要最先進的WPA3安全標準以驗證並加密資料。例如,Morse Micro支援現有WPA3和Wi-Fi未來安全性方面的改進(3)。Wi-Fi HaLow的更高資料速率,實現了快速的空中傳輸下載(OTA)韌體更新,而許多長距離無線技術,如LoRa或Sigfox,裝置需要長時間離線,才能完成這種更新。

Morse Micro WPA3 security protocol

圖3:Wi-Fi HaLow採用最先進的WPA3安全標準,並支援OTA安全升級,因此網路不受影響。(來源:Morse Micro)

6. 網路資料容量

Wi-Fi HaLow為每個AP指定最多8,191台裝置的廣泛資料速率(4)。多種信令選項減少了管理和控制大量裝置所需的開銷。其中一個例子是限制存取視窗(RAW),這是Wi-Fi HaLow的一個獨特功能,允許AP向一部份站站授予傳輸其資料的特權,而其他網站則被迫休眠、緩衝非緊急資料或兩者兼而有之。這就減少了衝突,並為活躍裝置騰出了空域,使其能以最快的調變和編碼機制(MCS)速率傳輸更多資料。

Morse Micro Fig 4

圖4:單個Wi-Fi HaLow AP,可以連接成千上萬台裝置。(圖片:Morse Micro)

7. 安裝/營運成本

Wi-Fi HaLow支援本地IP傳輸,就像傳統的Wi-Fi一樣。簡單的安裝只需要一個具有Wi-Fi HaLow功能的AP或路由器。不需要專有的集線器或閘道器。這種星狀網路拓撲架構,無需複雜的中繼器網狀網路,這些中繼器會阻塞訊息,並導致其他無線通訊技術的管理問題。Wi-Fi HaLow使用免授權的sub-1 GHz頻譜,無需訂戶費用,也無需蜂巢式網路供應商的資料流量套餐。

8. 免授權的頻譜

由於Wi-Fi HaLow並不依賴於行動服務供應商,所以不需要服務供應商合約。如同傳統的Wi-Fi一樣,客戶擁有自己的設備,並使用免授權的無線電頻譜。該無線通訊技術可在全球範圍內的免授權頻段運行——從750MHz到950MHz範圍。Wi-Fi HaLow並不使用蜂巢式資料營運商的頻率,這些營運商通常收取授權費用和月租費。此外,還可能套用某些使用限制,而且可能因國家而異。

9. 互通性和客戶體驗

Wi-Fi HaLow是一個全球公認的標準,定義了裝置的通訊方式。如同前幾代Wi-Fi一樣,Wi-Fi HaLow設備供應商遵循Wi-Fi聯盟的指導以確保互通性,該聯盟為成員提供規範和認證服務。其他無線IoT技術則是專有的,或者缺乏有組織的指導,這些因素可能影響其產品的上市時間、成本和客戶體驗。

使用者將體驗到與傳統Wi-Fi網路一樣的易用性。再加上Wi-Fi HaLow的單一AP解決方案之簡單性,提供了更高的開箱即用之安裝成功率,並消除了網狀網路部署的複雜性和挑戰。

10. 支援本地IP

Wi-Fi HaLow中定義了對IP傳輸的本地支持,這與傳統的Wi-Fi非常相似。透過使用支援Wi-Fi HaLow的路由器,所有用戶端裝置都可以使用IPv4/IPv6傳輸協議直接存取網際網路,實現基於雲端的服務和IoT資料管理。其他無線IoT技術,如藍牙、Zigbee、Z-Wave、LoRa和Sigfox,需要一個專有的閘道器,將所有本地用戶端傳輸轉換為IP傳輸,以便存取網際網路。這些額外的資料封包處理階段,需要將額外的資料包裹起來,這增加了延遲並降低了網路效率。

在部署初期,Wi-Fi HaLow預計將用於標準Wi-Fi無法到達的室內與戶外應用,如電池驅動的監控系統、無線攝影機和門鈴等。另一個典型的用例是大型場館,單個HaLow AP可以替代其他大量的AP,以避免低效、複雜的網狀結構,簡化了安裝,並降低總體擁有成本。

工業自動化、程序控制感測器、建築物自動化、倉儲和零售店等,都需要這項技術,讓一切都能在一個日益自動化的世界中保持連接。的確,Wi-Fi HaLow將因其多功能性而脫穎而出。

編譯:夏菲,EDN China

(參考原文:Rethinking Wi-Fi: 10 reasons why Wi-Fi HaLow will supercharge the IoT,by Shahar Feldman)

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