利用Wi-Fi HaLow打造未來智慧建築

作者 : Shahar Feldman,Morse Micro行銷副總裁

雖然傳統的Wi-Fi是目前使用最普遍的無線通訊協定,但物聯網(IoT)的快速發展迫使人們重新思考Wi-Fi,揭示了技術差距,以及在一個無所不包的互連綠色世界中,Wi-Fi需要發揮什麼樣的作用。許多物聯網和機器對機器(M2M)應用,對遠端連接和低功耗的更高要求,使得Wi-Fi HaLow在今後以越來越快的速度發展。

當消費者已經接受了依靠便捷、連網裝置來實現家居功能自動化的概念時,智慧建築也是如此。手動設置恆溫器或自動計時器的日子已經一去不復返。現在,可以隨時隨地透過智慧型手機應用程式甚至雲端AI控制這些功能。例如,機器學習演算法可以透過辨識特定房間的低佔用率,從而關閉暖通空調系統和照明,來協助節約能源。

寬頻連線提供了充足的頻寬和低延遲性,但事實證明,數據機和裝置之間的良好無線連接卻難以實現。

這種情況一直持續到現在。

W-Fi聯盟命名的Wi-Fi HaLow技術,已由IEEE 802.11ah任務組進行了標準化。與傳統Wi-Fi相比,Wi-Fi HaLow使用更低的頻率和更窄的頻段通道,其綜合效果是連接的範圍更廣,總能耗更低。裝置可以與1公里以外的接取點(AP)通訊,這取決於所需的應用程式輸送量和各國對無線電系統的規定。對於一些佔地數平方公里的清潔能源系統來說,Wi-Fi HaLow可以將8,000多台裝置連接到一個AP。

功耗更低
裝置使用單顆電池可持續數年
延長的睡眠模式
穿透力更好
超過1公里的範圍
穿透牆壁、門窗、地板
安裝成本更低
無月租費
接取點更少
本地IP,無需橋接器
可定址設備更多
單個接取點可處理超過8,000個網站
高解析攝影機<->物聯網/工業物聯網設備
安全的WPA3協定

圖1:Wi-Fi HaLow優勢。

雖然傳統的Wi-Fi是目前使用最普遍的無線通訊協定,但物聯網(IoT)的快速發展迫使人們重新思考Wi-Fi,揭示了技術差距,以及在一個無所不包的互連綠色世界中,Wi-Fi需要發揮什麼樣的作用。許多物聯網和機器對機器(M2M)應用,對遠端連接和低功耗的更高要求,使得Wi-Fi HaLow在今後以越來越快的速度發展。

簡化企業門禁系統架構

在大型商業建築,安全網路中的設備通常包括電插鎖、電磁鎖、混合智慧鎖。該網路中的其它元件,包括每扇門外的外部鍵盤或RFID卡掃描器,以及每扇門內的外出觸發器,如被動紅外線(PIR)感測器和出口(REX)按鈕。

典型的安裝需要將保全人員的電腦連接到控制站,控制站使用電線網路來控制用於給鎖具供電或改變其狀態的低壓電力變壓器。另一種方法可能使用乙太網路供電(PoE),向閘道控制器設備提供控制訊號和電源,最遠距離為100公尺。一些系統使用PoE和RS-485協定的混合配電網路,到達房間附近的專有接取點,每扇房門都有無線智能鎖。

Wi-Fi HaLow簡化了這種設備網路,不僅降低了基礎設施的成本,而且還降低了安裝成本和時間,並減少了電池更換和韌體更新帶來的系統維護成本。該標準提供了一種簡化的星型拓撲架構,用於連接高密度的感測器和門鎖控制器,並可以直接整合到電池操作的門鎖裝置中,而不需要中間的子閘道或專有控制器。網路可以像Wi-Fi HaLow AP一樣簡單,在每一層連接一根PoE電纜。然後,每個鎖都能夠作為基於場地或基於雲端的設備進行操作。

 

圖2:Wi-Fi HaLow可達到與傳統Wi-Fi 10倍的距離、100倍的面積和1,000倍的容量,並透過單個接取點安全地連接數千台裝置。

Wi-Fi HaLow還可用作回程網路,取代骨幹網路和設備區域之間的低速電纜。安裝、移動或更改RS-485或PoE網路以添加功能,需要花費大量的材料和人力成本。如果系統架構師需要為無線門鎖增加視頻或其它多因素認證,Wi-Fi HaLow有能力滿足這些需求。

建築物自動化系統(BAS)

Wi-Fi HaLow還可以提高商業建築暖通空調系統的使用效率並最佳化成本。考慮一下為大型辦公樓降溫的例子。這個由壓縮機、感測器、溫控器和阻尼器組成的整個網路可以連網,為現場或雲端的建築管理系統(BMS)監控器提供建築性能的深層視圖。建構該網路的傳統方法依賴於在大多數這些元件上安裝有線電源和訊號連接。一些系統含有短距離的無線網狀網路,包括802.15.4 Zigbee或感測器設備專有無線電。專有集線器或閘道的幾個階段在從這些設備到網際網路BMS路徑上增加了延遲,並且有資料輸送量的限制。

與這些有線和專有無線技術相比,Wi-Fi HaLow IC具有獨特的優勢。因Wi-Fi HaLow在低於1GHz的頻率範圍內運行,使用窄頻通道,比有線或2.4GHz無線技術更易穿透牆壁、天花板、地板和物體,所以裝置可以更少限制地放置在需要的地方。這消除了多級網狀網路連接和中繼器,降低了基礎設施成本和消耗能源的設備數量。

安全和互通

Wi-Fi HaLow與其它IEEE 802.11的 Wi-Fi版本一樣,是一種固有的安全無線協定,支援最新的Wi-Fi認證要求(WPA3)和遠端(OTA)傳輸的AES加密,其資料速率可以實現安全的遠端(OTA)體升級。

與其它類型的Wi-Fi一樣,Wi-Fi HaLow是全球公認的標準(IEEE 802.11ah),定義了連接裝置如何進行身份驗證和安全通訊。採用Wi-Fi HaLow的裝置供應商可以保證其產品和網路將按照Wi-Fi聯盟的開發指南實現互通。由於Wi-Fi HaLow是IEEE 802.11標準的一部份,Wi-Fi HaLow網路也能與Wi-Fi 4、Wi-Fi 5及Wi-Fi 6網路共存,而不影響其射頻(RF)性能。

傳統Wi-Fi的網路擁堵、距離限制和更高的功耗,以及可連接到單個無線接取點的設備數量有限,在智慧建築的互連世界中已不再發生。這些限制阻礙了各行各業正興起以物聯網為中心的新商業模式,這些模式需要更大的容量、範圍、並用電池來運行,同時最大限度地降低部署成本和時間。

隨著Wi-Fi HaLow無線技術的發展,拆除舊線然後安裝新線的概念將成為過去。

本文原刊登於EDN China網站,夏菲編譯

活動簡介
未來寬能隙半導體元件會在哪些應用成為主流?元件供應商又會開發出哪些新的應用寬能隙元件的電路架構,以協助電力系統開發商進一步簡化設計複雜度、提升系統整體效率?TechTaipei「寬能隙元件市場與技術發展研討會」將邀請寬能隙半導體的關鍵供應商一一為與會者解惑。
贊助廠商

加入LINE@,最新消息一手掌握!

發表評論