本文翻譯來自Wi-Fi聯(lián)盟2020年5月發(fā)布的《Wi-Fi HaLow? Technology Overview》
Wi-Fi?連接加速了物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的發(fā)展，從幫助跟蹤倉庫設(shè)備位置的傳感器，到健康監(jiān)測器，再到氣候控制傳感器。Wi-Fi Alliance?推出了Wi-Fi HaLow?以滿足不斷增長的物聯(lián)網(wǎng)市場的獨(dú)特需求。Wi-Fi 4是一種成熟的技術(shù)，基于IEEE 802.11n標(biāo)準(zhǔn)，可提供電子郵件、網(wǎng)上購物和智能電視流媒體所需的數(shù)據(jù)速率和距離。Wi-Fi CERTIFIED 6?是最新一代的基礎(chǔ)性Wi-Fi連接，可提供改進(jìn)的設(shè)備節(jié)省電能支持某些環(huán)境的物聯(lián)網(wǎng)功能，同時(shí)還可以處理帶寬要求較高的應(yīng)用。然而，許多物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境需要更遠(yuǎn)距離的連接，能夠穿透多重墻壁，以及設(shè)備電池一次充電就可以運(yùn)行數(shù)月或數(shù)年。
Wi-Fi HaLow基于IEEE 802.11ah標(biāo)準(zhǔn)，提供了物聯(lián)網(wǎng)配置期望的距離、數(shù)據(jù)速率、穿透性和低功耗配置文件。這些包括用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、智慧城市環(huán)境以及家庭和樓宇自動(dòng)化產(chǎn)品。Wi-Fi HaLow工作在sub-1GHz頻段，可提高Wi-Fi普遍性和安全性，以應(yīng)對更多的物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境。其原生IP支持簡化了對互聯(lián)網(wǎng)和基于云應(yīng)用程序的訪問，而無需額外昂貴的基礎(chǔ)設(shè)施，如集線器、中繼器或網(wǎng)關(guān)等。
這個(gè)技術(shù)概述文檔詳細(xì)闡述了《Wi-Fi HaLow?：Wi-Fi?物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用”》白皮書中的要點(diǎn)，并提供了有關(guān)Wi-Fi HaLow成為不斷增長的物聯(lián)網(wǎng)市場優(yōu)秀解決方案更多的背景知識，包括：
底層無線技術(shù)特性，如sub-1GHz頻率、網(wǎng)絡(luò)帶寬、調(diào)制和編碼方案
Wi-Fi HaLow定義的創(chuàng)新的新節(jié)能功能，如目標(biāo)喚醒時(shí)間（TWT）、受限訪問窗口（RAW）和更長的最長空閑周期
Wi-Fi HaLow安全方法
此外，本概述還介紹了Wi-Fi HaLow與其他免授權(quán)的低功率廣域網(wǎng)(LPWAN)、授權(quán)廣域網(wǎng)（WAN）、無線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（PAN）和局域網(wǎng)(LAN)技術(shù)在電池壽命、覆蓋范圍、數(shù)據(jù)速率和擴(kuò)展性等重要特性上的比較。讀者將了解為什么Wi-Fi HaLow被認(rèn)為是許多不同物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境的首選。
電磁定律和通信理論規(guī)定了功率、距離和射頻(RF)信號可靠性之間的相對權(quán)衡。一般來說，在任何特定頻率上達(dá)到更遠(yuǎn)的距離需要使用較高的信號傳輸功率或較低的數(shù)據(jù)速率。對于任何給定的發(fā)射放大功率而言，在2.4 GHz和5 GHz頻段傳輸?shù)臒o線電波不像低頻無線電波傳播得那么遠(yuǎn)，如915MHz。因此，Wi-Fi HaLow主要工作在sub-1GHz頻譜。
預(yù)測遠(yuǎn)距離射頻信號傳輸成功的另一個(gè)因素是能量集中的信道寬度。在給定頻率范圍內(nèi)的較窄頻帶信道可以進(jìn)行集中傳輸，比在相同頻率上的較寬信道到達(dá)更遠(yuǎn)的距離。如圖1所示，工作在sub-1GHz頻率的較窄信道模式提供了更大的覆蓋范圍，超過了2.4GHz頻率的較寬信道。
準(zhǔn)確地說，Wi-Fi HaLow使用那部分sub-1GHz頻段因市場法規(guī)要求而有所不同。美國目前使用902MHz至928MHz。澳大利亞和新西蘭使用915MHz至928MHz。歐洲在800MHz和900MHz頻段間劃分了7MHz頻譜。設(shè)備制造商應(yīng)咨詢當(dāng)?shù)乇O(jiān)管機(jī)構(gòu)確認(rèn)sub-1GHz哪部分頻段被批準(zhǔn)使用。為支持全球部署的產(chǎn)品開發(fā)，Wi-Fi聯(lián)盟積極倡導(dǎo)Wi-Fi HaLow的全球統(tǒng)一接入頻譜在915MHz至925MHz范圍內(nèi)。
確定哪種物聯(lián)網(wǎng)無線電技術(shù)最能滿足應(yīng)用程序需求的一種方法是評估可用的鏈路預(yù)算。基本上鏈路預(yù)算使用傳輸功率和傳輸增益和損耗(以分貝(DB)為單位)來確定給定距離的傳輸?shù)慕邮展β?。IEEE 802.11ah標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了1、2、4、8和16MHz的有效通道寬度選項(xiàng)。以美國為例，在將Wi-Fi作為物聯(lián)網(wǎng)無線電選項(xiàng)的場景中，Wi-Fi Halow利用sub-1GHz的工作頻率和窄的信道寬度，與使用20MHz寬信道的2.4GHz頻段的Wi-Fi相比，可實(shí)現(xiàn)8至12 dB的優(yōu)勢。
Wi-Fi HaLow在sub-1GHz的頻段內(nèi)可以進(jìn)行更遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)傳輸，從而有效地解決了大量物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的問題，同時(shí)釋放了Wi-Fi工作的其他頻段的容量。這使Wi-Fi HaLow成為Wi-Fi產(chǎn)品組合的絕佳補(bǔ)充，使各種形式的Wi-Fi幾乎可以處理任何的用途，從低帶寬物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)需求到高帶寬密集應(yīng)用。
信標(biāo)（Beacons）是由接入點(diǎn)（AP）廣播同步其服務(wù)的客戶端設(shè)備的數(shù)據(jù)包，設(shè)置了網(wǎng)絡(luò)范圍的上限。盡管Wi-Fi HaLow在1MHz信道中使用調(diào)制編碼方案0（MCS0）1或300Kbps工作，但Wi-Fi HaLow信標(biāo)比在20MHz信道中以6Mbps速率發(fā)送信標(biāo)具有10dB的優(yōu)勢。這些效應(yīng)的結(jié)合創(chuàng)造了約20分貝的連接預(yù)算優(yōu)勢，與2.4GHz Wi-Fi相比，可大致有10倍的距離優(yōu)勢。
在最遠(yuǎn)距離處（約1公里左右），Wi-Fi HaLow在MCS 10模式工作，數(shù)據(jù)以300kbps的速率在1MHz信道中復(fù)制，有效地達(dá)150kbps的數(shù)據(jù)速率。這種有意義的冗余為接收設(shè)備提供了額外的糾正數(shù)據(jù)錯(cuò)誤的機(jī)會(huì)，并為Wi-Fi HaLow鏈路預(yù)算提供了另一種改進(jìn)。這種數(shù)據(jù)速率和距離組合超過了許多可替代無線物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)選項(xiàng)。
Wi-Fi HaLow使用OFDM調(diào)制，該調(diào)制從802.11g開始就在以前的Wi-Fi版本中使用。如圖2所示，要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)使用強(qiáng)大的前向糾錯(cuò)(FEC)碼進(jìn)行編碼，該碼增加了有價(jià)值的冗余校驗(yàn)信息，并且編流可以在分布在工作信道上的26個(gè)或更多子載波上同時(shí)發(fā)送。跨多個(gè)子載波能夠在信道失真的情況下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)健地接收，而冗余則改善了在干擾和噪聲的情況下接收信號的鏈路預(yù)算。OFDM和強(qiáng)大的FEC相結(jié)合，提供了一種比簡單頻移鍵控(FSK)類型無線電更強(qiáng)大的解決方案。使用OFDM并結(jié)合相移鍵控（PSK）或正交幅度調(diào)制（QAM），Wi-Fi HaLow在給定時(shí)間段內(nèi)比其他無線電技術(shù)攜帶更多的數(shù)據(jù)。Wi-Fi HaLow提供的這種頻譜效率在沒有廣泛提供sub-1GHz的工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)學(xué)（ISM）頻段的國家/地區(qū)尤為重要，其傳感器設(shè)備的占空比有一定的限制。在許多國家/地區(qū)，使用ISM頻段不需要許可證。Wi-Fi HaLow在此頻譜內(nèi)提供的數(shù)據(jù)速率比Sigfox、LoRaWAN、Zigbee、Z-Wave、Bluetooth Low Energy、NB-IoT和其他專用的頻移鍵控（FSK）無線電系統(tǒng)等競爭性物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)高出幾個(gè)數(shù)量級，如下表所示。
Wi-Fi HaLow的MCS表源自IEEE 802.11ah規(guī)范。該表描述了調(diào)制類型排列、通道寬度、符號間保護(hù)間隔(GI)以及通信導(dǎo)致的數(shù)據(jù)吞吐量。接入點(diǎn)（AP）和客戶端設(shè)備會(huì)自動(dòng)調(diào)整兩個(gè)支持的最佳MCS，以最大限度地提高當(dāng)前信道條件下的數(shù)據(jù)吞吐量。這樣的MCS表存在于Wi-Fi 4、Wi-Fi 5和Wi-Fi6。IEEE 802.11ah表的數(shù)據(jù)速率通常規(guī)定為IEEE 802.11ac MCS表速率的十分之一，并且最多可用于四個(gè)空間流。雖然最初的Wi-Fi HaLow實(shí)現(xiàn)可能針對單流設(shè)備，但將來會(huì)有一個(gè)四流多輸入多輸出（4x4 MIMO）Wi-Fi HaLow解決方案的途徑。
MCS選項(xiàng)考慮到了兩個(gè)設(shè)備之間的距離和射頻條件可能會(huì)發(fā)生變化。與其他Wi-Fi技術(shù)一樣，Wi-Fi HaLow可以適應(yīng)不斷變化的條件。接入點(diǎn)（AP）和客戶端設(shè)備在加入網(wǎng)絡(luò)時(shí)會(huì)廣播通知其功能。他們可以根據(jù)需要自動(dòng)調(diào)整到最佳MCS。例如，如果接入點(diǎn)（AP）有個(gè)關(guān)聯(lián)的客戶端，其以300kbps的速率在1MHz信道上以MCS 0運(yùn)行，并且兩個(gè)設(shè)備都確定它們之間的射頻信道條件適合在4MHz的信道上支持MCS 4，則它們可以同意更改其MCS和通道帶寬，以便以9 Mbps的速率傳輸數(shù)據(jù)。
多種MCS選項(xiàng)的好處在于管理員可以根據(jù)特定應(yīng)用調(diào)整數(shù)據(jù)速率，并允許混合設(shè)備類型自動(dòng)優(yōu)化以改善條件。例如，一個(gè)遠(yuǎn)程僅需要150 kbps數(shù)據(jù)速率的傳感器可以由附近需要10Mbps的視頻攝像頭的同一個(gè)接入點(diǎn)（AP）來提供服務(wù)。靠近接入點(diǎn)（AP）的設(shè)備通常會(huì)以更快的MCS速率運(yùn)行，傳輸其數(shù)據(jù)并節(jié)省能源。
下表顯示了單流連接的MCS。注意，MCS 10支持遠(yuǎn)距離連接的最低有效速率，然后MCS 0至MCS 9具有依次較高的數(shù)據(jù)速率。
Wi-Fi HaLow技術(shù)的關(guān)鍵設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)之一是低功耗，使電池供電的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備能夠運(yùn)行多年。新的MAC功能使Wi-Fi HaLow網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備能夠節(jié)省能源、減少擁塞、增加容量和設(shè)備密度。發(fā)射無線電信號通常比接收信號消耗更多的功率。設(shè)備傳輸?shù)娜魏螠p少通常都會(huì)節(jié)省能源。低功耗的關(guān)鍵因素是確保無線電能夠長時(shí)間可靠地保持休眠狀態(tài)，而不會(huì)被接入點(diǎn)（AP）掉線或斷開連接。通過讓W(xué)i-Fi設(shè)備更多時(shí)間休眠，可以大大降低這類設(shè)備的平均能耗。處于休眠或被動(dòng)監(jiān)聽狀態(tài)的設(shè)備將釋放可用頻譜，以便活躍的客戶端設(shè)備傳輸其數(shù)據(jù)。下面列出了Wi-Fi HaLow效率和節(jié)能的主要特性。
在一些無線局域網(wǎng)（WLAN）中，設(shè)備必須頻繁喚醒，每秒多次監(jiān)視和響應(yīng)接入點(diǎn)（AP）在信標(biāo)幀中發(fā)送的流量指示圖（TIM）。TIM用于指示哪些客戶端設(shè)備應(yīng)該期待入站數(shù)據(jù)。Wi-Fi HaLow設(shè)備可以通過在可選的非TIM模式下節(jié)省電能，而他們無需保持運(yùn)行狀態(tài)即可主動(dòng)監(jiān)視信標(biāo)幀。此功能無需Wi-Fi客戶端設(shè)備定期檢查信標(biāo)消息。Wi-Fi HaLow從TIM模式中釋放出來使其能夠節(jié)約能源，從而與其他物聯(lián)網(wǎng)傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)競爭。
注意，非TIM模式是一個(gè)選項(xiàng)，取決于設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)所需的功能。Wi-Fi HaLow也支持TIM模式。Wi-Fi HaLow AP可以同時(shí)支持兩種設(shè)備的混合。
希望長時(shí)間休眠的客戶端設(shè)備可以與接入點(diǎn)（AP）協(xié)商TWT約定。接入點(diǎn)（AP）會(huì)存儲(chǔ)發(fā)往客戶端的所有流量，直到達(dá)到約定的喚醒時(shí)間為止。當(dāng)客戶端設(shè)備在規(guī)定的時(shí)間喚醒時(shí)，它會(huì)監(jiān)聽其信標(biāo)，并使接入點(diǎn)（AP）在返回到其休眠狀態(tài)之前接收和發(fā)送所需的任何數(shù)據(jù)。喚醒時(shí)間間隔，由客戶端和AP協(xié)商，可以從很短（微秒）到很長（年）不等。
RAW是一組客戶端設(shè)備通信時(shí)的另一種規(guī)劃方法。對于可預(yù)測活動(dòng)周期的系統(tǒng)，接入點(diǎn)（AP）可以授予一部分具有RAW特權(quán)的客戶端傳輸其數(shù)據(jù)，而其他客戶端可以強(qiáng)制休眠、緩沖非緊急數(shù)據(jù)或同時(shí)執(zhí)行這兩種操作?？蛻舳嗽O(shè)備可以節(jié)省電能，并為其他對時(shí)間要求嚴(yán)格的流量保留更多的網(wǎng)絡(luò)容量。
通過將TWT和RAW功能結(jié)合起來，網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)者可以最大程度地減少信道爭用并節(jié)省整個(gè)系統(tǒng)的功耗。
擴(kuò)展最大空閑時(shí)間功能延長了在接入點(diǎn)（AP）解除關(guān)聯(lián)客戶端之前允許客戶端設(shè)備進(jìn)入休眠狀態(tài)的時(shí)間。這種保留的狀態(tài)使功率敏感傳感器可以避免浪費(fèi)能量，如果它們掉線，則必須重新進(jìn)行身份驗(yàn)證。該功能提供超過五年的最長空閑時(shí)間。實(shí)際上，空閑時(shí)間取決于實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用要求。
分層TIM是一種更有效地對上述TIM進(jìn)行編碼的方法，以減少其廣播時(shí)間并容納更多客戶端。定義了不同的編碼模式，以便有效地管理處于休眠模式的大量客戶端設(shè)備。
刪除數(shù)據(jù)包開頭的不必要的報(bào)頭字段將減少發(fā)送和接收的占用時(shí)間以及相關(guān)的功耗。例如，一個(gè)100字節(jié)小數(shù)據(jù)包傳輸?shù)拈_銷減少8％，將從40％減少到32％。
Null Data PHY協(xié)議數(shù)據(jù)單元（稱為NDP幀）將MAC層信息合并到了PHY層信號字段中。相對于傳統(tǒng)管理和控制幀，這減少了數(shù)據(jù)包大小和傳輸時(shí)間。例如，在1MHz信道上，MCS10用于NDP確認(rèn)的廣播時(shí)間約為0.56毫秒（ms），而傳統(tǒng)方式確認(rèn)將花費(fèi)1.34ms。
信標(biāo)通常以最低的MCS速率發(fā)送到覆蓋區(qū)域中最遠(yuǎn)的客戶端設(shè)備，但是它們的傳輸時(shí)間很長。Wi-Fi HaLow可以識別AP發(fā)送的兩種信標(biāo)：發(fā)送頻率較低的完整信標(biāo)和發(fā)送信息最少保持同步的短信標(biāo)，使用較少的傳輸時(shí)間，但發(fā)送頻率更高。較短的信標(biāo)可減少了監(jiān)聽設(shè)備的功耗，并釋放了頻譜中寶貴的廣播時(shí)間。
BSS著色為每個(gè)接入點(diǎn)（AP）或接入點(diǎn)（AP）上的每個(gè)BSS分配不同的“顏色”。這個(gè)顏色編碼是一個(gè)簡單的指示符，它使客戶端設(shè)備關(guān)注與其BSS顏色匹配的傳輸，而忽略不打算用于其BSS的相鄰網(wǎng)絡(luò)的傳輸，即那些與其相關(guān)聯(lián)的BSS顏色不匹配的傳輸。這旨在減少介質(zhì)爭用開銷并增加總體容量，尤其是在密集的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中。
Wi-Fi HaLow支持最新的和最先進(jìn)的Wi-Fi安全技術(shù)：Wi-Fi CERTIFIED WPA3?和Wi-Fi CERTIFIED Enhanced Open?，基于機(jī)會(huì)性無線加密（Opportunistic Wireless Encryption，OWE）技術(shù)。例如，后者在設(shè)備需要訪問云服務(wù)器的公共環(huán)境中提供隱私。隨著時(shí)間的推移，Wi-Fi HaLow將采用未來的Wi-Fi Alliance的安全改進(jìn)。
Wi-Fi HaLow的最低有效的MCS 10速率為150kbps，適用于更遠(yuǎn)距離使用。附近的設(shè)備可以使用支持每秒數(shù)十兆比特的更高速率。如果設(shè)備需要新固件才能繼續(xù)有效且安全地運(yùn)行，那么Wi-Fi HaLow可以快速提供信息并減少停機(jī)時(shí)間。這與PAN和無線WAN相比更有優(yōu)勢，PAN和WAN的數(shù)據(jù)速率低得多，低至每秒100位。這些網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)速率如此低，無法提供快速應(yīng)對威脅的能力，需要將安全更新通過空中推送到現(xiàn)場數(shù)千臺設(shè)備。使用這些技術(shù)的設(shè)備可能需要較長的停機(jī)時(shí)間，或者派人到每個(gè)設(shè)備現(xiàn)場執(zhí)行手動(dòng)更新而產(chǎn)生更高的維護(hù)成本。Wi-Fi Halow具有安全性、容量、覆蓋范圍和數(shù)據(jù)速率，能夠在最短的停機(jī)時(shí)間內(nèi)支持空中更新。
Wi-Fi聯(lián)盟對Wi-Fi HaLow和其他物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)選項(xiàng)進(jìn)行了比較，分析了數(shù)據(jù)速率、覆蓋范圍、電池壽命、IP網(wǎng)絡(luò)集成的簡易性、能源效率和可擴(kuò)展性。這些屬性在下表中定義。
分析的技術(shù)包括：
非授權(quán)LPWAN: LoRaWAN、Sigfox和Wi-SUN
PAN和LAN：Zigbee、Bluetooth Low Energy、Z-Wave和2.4 GHz Wi-Fi
授權(quán)WAN：NB-IoT、LTE-M
在Wi-Fi HaLow之前，無線物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)通常是圍繞著滿足關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)（如長的電池壽命）進(jìn)行設(shè)計(jì)，而犧牲了其他參數(shù)（如更遠(yuǎn)的距離、簡單性或高數(shù)據(jù)吞吐量）。使用Bluetooth、Zigbee、Z-Wave或?qū)Ｓ脽o線電等PAN技術(shù)實(shí)現(xiàn)的低功耗系統(tǒng)犧牲了距離、速度或網(wǎng)絡(luò)的簡單性。
下面的信息顯示了Wi-Fi Halow與其他使用這些屬性的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)選項(xiàng)的比較。對于這個(gè)分析，線越靠近中心，技術(shù)的這一方面就越不有效。屬性線離中心越遠(yuǎn)，效果越好。
如圖3所示，LoRaWAN和Sigfox等LPWAN系統(tǒng)提供遠(yuǎn)距離連接，但在數(shù)據(jù)速率、規(guī)模、能效、IP集成簡易性或安全性方面表現(xiàn)不佳。
在分析中，LoRaWAN用淺藍(lán)色線條表示，它是唯一一個(gè)在距離、電池壽命和擴(kuò)展性方面接近Wi-Fi HaLow的技術(shù)。然而，它在數(shù)據(jù)速率和IP網(wǎng)絡(luò)集成方面仍有許多不盡人意的地方。同樣，Sigfox在距離上也表現(xiàn)非常好，但與在這種情況下的其競爭對手相比，它在其他方面都表現(xiàn)不佳。
與其他LPWAN技術(shù)相比，Wi-Fi HaLow在六個(gè)方面有五個(gè)表現(xiàn)出色。歷史上，人們一直認(rèn)為Wi-Fi不能用于物聯(lián)網(wǎng)，因?yàn)樗苄П炔桓?。Wi-Fi HaLow已不再是這樣了。Wi-Fi HaLow是專門為提高設(shè)備效率而開發(fā)的，它具有前面描述的專門用于設(shè)備節(jié)能的功能，從而使設(shè)備電池（包括硬幣大小的電池）能夠使用多年。
與其他低功耗廣域網(wǎng)相比，Wi Fi Halow在大多數(shù)測量屬性上都表現(xiàn)出色
許多類型的PAN網(wǎng)絡(luò)是為短距離連接而設(shè)計(jì)的。他們試圖通過網(wǎng)狀架構(gòu)達(dá)到更遠(yuǎn)的距離。網(wǎng)狀架構(gòu)要在設(shè)備間創(chuàng)建多條通信路徑。雖然網(wǎng)狀架構(gòu)可以簡化用戶的初始安裝，但它們增加了物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中的復(fù)雜性、延遲和成本。網(wǎng)狀網(wǎng)內(nèi)中繼其他節(jié)點(diǎn)流量的Zigbee設(shè)備會(huì)消耗更多的電池能量，并被限制到250kbps數(shù)據(jù)吞吐量。網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)的瓶頸和延遲會(huì)阻礙這些系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)Wi-Fi的簡單性。Z-Wave網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)最大限制232個(gè)設(shè)備。Wi-Fi HaLow每個(gè)接入點(diǎn)（AP）允許有8,191臺設(shè)備，并且不需要專有網(wǎng)關(guān)即可訪問IP網(wǎng)絡(luò)。
如圖4所示，雖然PAN/LAN的每種技術(shù)在安裝和運(yùn)行效率方面均表現(xiàn)良好，但在其他類別的技術(shù)中唯一與Wi-Fi HaLow競爭的技術(shù)是在2.4GHz的Wi-Fi。這是管理者需要評估物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境主要目標(biāo)的地方。當(dāng)最重要的因素是更遠(yuǎn)的距離和更長的電池壽命，穿透墻壁，安裝方便以及可擴(kuò)展更多客戶端設(shè)備時(shí)，Wi-Fi HaLow是明確的選擇。IP網(wǎng)絡(luò)集成容易和接入點(diǎn)（AP）范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)吞吐量更有利于2.4GHz Wi-Fi，因?yàn)樵摷夹g(shù)已經(jīng)成熟并且已存在于當(dāng)今的許多接入點(diǎn)（AP）中。將Wi-Fi HaLow添加到Wi-Fi 4、Wi-Fi 5或Wi-Fi 6網(wǎng)絡(luò)使用戶幾乎可以滿足在相同IT基礎(chǔ)架構(gòu)上的任何需求，而不會(huì)受到干擾。
與其他物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)選項(xiàng)相比，Wi-Fi Halow滿足關(guān)鍵要求
NB-IoT或LTE-M等WAN技術(shù)使用運(yùn)營商或移動(dòng)電話服務(wù)提供商的授權(quán)頻譜。盡管有泛在網(wǎng)絡(luò)覆蓋的承諾，但這些系統(tǒng)增加了物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)常性成本負(fù)擔(dān)，通過要求數(shù)據(jù)計(jì)劃訂閱才能使用移動(dòng)蜂窩基礎(chǔ)設(shè)施。
與LTE-M相比，Wi-Fi HaLow在接入點(diǎn)（AP）范圍內(nèi)的客戶端實(shí)現(xiàn)了顯著更高的數(shù)據(jù)速率，使用5MHz的帶寬達(dá)到了4Mbps的最大下行鏈路數(shù)據(jù)速率；與NB-IoT相比，使用180kHz的帶寬達(dá)到了127kbps的數(shù)據(jù)速率。在這項(xiàng)分析中，除覆蓋范圍這一項(xiàng)之外，Wi-Fi HaLow在其他方面都勝過了其他技術(shù)（請參見圖5）。1公里的覆蓋范圍，Wi-Fi HaLow滿足企業(yè)內(nèi)許多物聯(lián)網(wǎng)用例的要求是可能的。
Wi-Fi HaLow為設(shè)備在接入點(diǎn)（AP）范圍內(nèi)的應(yīng)用提供了一種低成本解決方案，還有電池續(xù)航時(shí)間更長、IP網(wǎng)絡(luò)集成容易以及更高數(shù)據(jù)速率的優(yōu)勢。Wi-Fi HaLow是一個(gè)在低功耗客戶端設(shè)備密集的情況下聚合流量比較好的選擇，然后可以將其路由到互聯(lián)網(wǎng)。如果運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)不可用，Wi-Fi HaLow網(wǎng)絡(luò)可以繼續(xù)作為LAN運(yùn)行。
Wi Fi Halow成本效益、可擴(kuò)展性和對原生IP支持使其成為昂貴的授權(quán)或?qū)Ｓ形锫?lián)網(wǎng)技術(shù)的極佳替代方案
IMEC研究小組進(jìn)行了一項(xiàng)研究：比較sub-1GHz的無線技術(shù)能耗。該小組進(jìn)行了兩種不同的實(shí)驗(yàn)。一種實(shí)驗(yàn)是比較了遠(yuǎn)距離技術(shù)NB-IoT、LoRaWAN和Sigfox；另一種實(shí)驗(yàn)比較了基于IEEE 802.15.4 Zigbee技術(shù)的Wi-SUN和Wi-Fi HaLow。
為了對這五種解決方案進(jìn)行公正客觀的比較，研究假設(shè)每10分鐘發(fā)送一次12字節(jié)的數(shù)據(jù)包。在每個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行期間測量功耗。注意，因在比較中包括了Sigfox，本研究選擇了12字節(jié)數(shù)據(jù)包，這對于Wi-Fi HaLow來說非常小。在實(shí)際應(yīng)用中，Wi-Fi HaLow傳輸長達(dá)1500字節(jié)的數(shù)據(jù)包，傳輸速率是Sigfox的15倍。
下表列出了在IMEC仿真結(jié)果中顯示的用于計(jì)算電池壽命的假設(shè)。它們基于10分鐘傳輸間隔的能量消耗：每600秒發(fā)送一條消息，選擇使用了無線電+微控制器(MCU)半導(dǎo)體解決方案示例。注意，其他Wi-Fi HaLow技術(shù)供應(yīng)商可能會(huì)顯示出不同的結(jié)果。
這項(xiàng)研究是通過使用1焦耳的能量可以發(fā)送或接收多少位數(shù)據(jù)來定義能源效率。如圖6所示，在比較關(guān)鍵的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)選項(xiàng)并假設(shè)10分鐘的傳輸間隔時(shí)，就每焦耳的比特?cái)?shù)而言，Wi-Fi HaLow的能源效率要高得多，因?yàn)槠鋫鬏敃r(shí)間相對較短。在這項(xiàng)研究中，其他技術(shù)傳輸相同長度的數(shù)據(jù)包所需的時(shí)間要長得多。例如，Wi-Fi HaLow每焦耳發(fā)送22.4kb，而NB-IoT則每焦耳3.7kb。Wi-Fi Halow的這各六倍優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為更長的設(shè)備電池續(xù)航時(shí)間。
研究還表明，對于簡單的網(wǎng)絡(luò)，Wi-Fi HaLow的能源效率是LoRaWAN和Wi-SUN的四倍。隨著更多節(jié)點(diǎn)加入到網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中，Wi-SUN能源效率略有下降，而Wi-Fi HaLow能源效率保持相對不變。
事實(shí)證明，在本項(xiàng)研究中Wi-Fi HaLow比其他技術(shù)選項(xiàng)更節(jié)能。
Wi Fi HaLow能源效率至少是其他幾種物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)選項(xiàng)的四倍
通過了解每種技術(shù)的能耗，可以預(yù)測每種物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不同容量的電池壽命。儲(chǔ)存在電池中的能量焦耳與其額定容量有關(guān)，通常以毫安時(shí)（mAh）表示。
圖7左邊的圖顯示了不同電池容量Wi-Fi HaLow的電池續(xù)航時(shí)間。許多常見的3V紐扣電池容量為250mAh。典型的AA 1.5V堿性電池平均額定容量為2,000mAh，可用于較大型的設(shè)備。研究結(jié)果表明，在這種具有挑戰(zhàn)性的物聯(lián)網(wǎng)用例情況下，Wi-Fi HaLow使用紐扣電池可以工作超過一年半的時(shí)間，每10分鐘傳輸一次。不論電池大小如何，研究表明Wi-Fi HaLow可以支持紐扣電池供電的小型物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，并在許多應(yīng)用中均優(yōu)于其他技術(shù)。
圖示基于電池容量(左)和傳輸頻率(右) 的Wi-Fi HaLow電池壽命
該項(xiàng)研究的重點(diǎn)是用10分鐘的傳輸間隔來比較技術(shù)。需要在數(shù)據(jù)傳輸間進(jìn)行更頻繁通信的技術(shù)將受到電池壽命縮短的影響。Wi-Fi HaLow顯示可以將休眠時(shí)間延長到更長的時(shí)間。TWT和BSS Extended Max Idle等功能使Wi-Fi HaLow設(shè)備可以在兩次喚醒操作間休眠數(shù)小時(shí)、數(shù)天、數(shù)月甚至數(shù)年。
在比較帶寬、數(shù)據(jù)速率和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時(shí)，Wi-Fi HaLow表現(xiàn)出明顯優(yōu)于Sigfox、NB-IoT、LoRaWAN和Wi-SUN的優(yōu)勢。在類似的用例中，與這些其他技術(shù)相比，Wi-Fi HaLow是最節(jié)能的。IMEC研究小組的評估確定，Wi-Fi HaLow不僅比其他廣泛認(rèn)為的遠(yuǎn)距離技術(shù)能效高四倍以上，而且還提供了比其他物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)選項(xiàng)更高的數(shù)據(jù)吞吐量。該小組還確定，使用典型堿性AA電池的Wi-Fi HaLow設(shè)備可以使用10年以上，比典型的電池保質(zhì)期更長。
Wi-Fi HaLow顯然滿足并且在很多情況下超過了物聯(lián)網(wǎng)連接和應(yīng)用的關(guān)鍵要求。能夠適應(yīng)在距離、數(shù)據(jù)速率和能效方面的大量的物聯(lián)網(wǎng)用例對于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的成功至關(guān)重要。
Wi-Fi HaLow sub-1GHz的工作頻率和窄的信道可實(shí)現(xiàn)更長的距離（約1公里），并提高了穿透墻壁和障礙物的能力。獨(dú)特的節(jié)能功能套件可降低設(shè)備能耗，提高能源效率，多年的電池運(yùn)行并支持紐扣電池。它支持各種數(shù)據(jù)速率，適應(yīng)從低數(shù)據(jù)傳感器網(wǎng)絡(luò)到高數(shù)據(jù)速率視頻系統(tǒng)的用例。新的Wi-Fi HaLow PHY和MAC功能使每個(gè)接入點(diǎn)（AP）支持?jǐn)?shù)千個(gè)設(shè)備，同時(shí)提高了無線電頻譜利用率。
由于Wi-Fi Halow是IEEE 802.11和Wi-Fi產(chǎn)品組合的一部分，因此它是一個(gè)開放標(biāo)準(zhǔn)，無需專有控制器、集線器或網(wǎng)關(guān)即可提供更高效的安裝和運(yùn)營成本。Wi-Fi Halow網(wǎng)絡(luò)可以在現(xiàn)有Wi-Fi 4、Wi-Fi 5和Wi-Fi 6網(wǎng)絡(luò)存在的情況下部署，而不會(huì)影響其射頻性能。本地IP支持和WPA3?的高級安全性使得訪問基于云的應(yīng)用程序和空中更新變得更加簡單和安全。
相關(guān)比較研究表明，Wi-Fi HaLow的能源效率比其他無線技術(shù)高出數(shù)倍。每焦耳能量可以傳輸更多數(shù)據(jù)，確保設(shè)備電池壽命更長。其面向星型架構(gòu)具有遠(yuǎn)程的連接，消除了網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)帶來的數(shù)據(jù)瓶頸和延遲。作為完整Wi-Fi產(chǎn)品組合的一部分，Wi-Fi HaLow提供了一種更全面的連接方法，并將當(dāng)前的Wi-Fi覆蓋范圍擴(kuò)大到難以到達(dá)的地方，例如車庫、地下室、閣樓、倉庫、工廠和大型室外區(qū)域。Wi-Fi HaLow使網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)者能夠使用單一的，基于標(biāo)準(zhǔn)的、支持IP-ready的、可靠架構(gòu)來部署物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，而不必犧牲簡單和效率。
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