Por Michael De Nil, cofundador y CEO de Morse Micro

Con cada iteración del Wi-Fi generacional tradicional, por ejemplo, el Wi-Fi 4, el 5 y el 6, hemos visto los avances significativos en las velocidades de transferencia de datos. Y estos desarrollos traen mayor productividad, seguridad mejorada, mayor comunicación y colaboración, y mucho más.

Sin embargo, a pesar de la evolución continua del Wi-Fi, hay un vacío al abordar los requisitos únicos del mundo moderno. Es decir, falta abordar los requisitos de proliferación, alcance y conectividad del Internet de las Cosas (IoT, por sus siglas en inglés).

Se espera que para 2030 la cantidad de dispositivos IoT sea de 29 mil millones, y con este crecimiento viene un desafío de conectividad importante para el Wi-Fi tradicional. Después de todo, la gran mayoría de los dispositivos IoT (como los sensores inteligentes) no necesitan el rendimiento de datos que ofrece el Wi-Fi tradicional. Por otro lado, se necesitan soluciones de conectividad de largo alcance sólidas, que realmente ofrezcan largo alcance, baja potencia y seguridad con rendimientos que admitan al menos actualizaciones de software por aire, por ejemplo.

Finalmente, esta necesidad se cubrió con la llegada del estándar IEEE 802.11 ah-2016, lanzado por Wi-Fi Alliance como Wi-Fi CERTIFIED HaLowTM en 2021, que también es compatible con la última seguridad WPA3. Este estándar tiene un potencial enorme, ya que admite aplicaciones de IoT diversas, como redes de sensores a gran escala, aplicaciones de sensores y video de largo alcance y backhaul inalámbrico rentable, y brinda una alternativa ante las opciones cableadas costosas como Ethernet o las redes de malla complejas de dispositivos de corto alcance, como Thread.

Dedicado a IoT

El Wi-Fi HaLow se destaca como una solución inalámbrica innovadora diseñada específicamente para los requisitos de IoT. Supera a los protocolos Wi-Fi actuales en aplicaciones de IoT en múltiples frentes. En particular, Wi-Fi HaLow puede transmitir datos a distancias mucho mayores y atravesar paredes y otras barreras de manera más efectiva que los estándares generacionales de Wi-Fi, como el Wi-Fi 4, el 5 y el 6. De hecho, el Wi-Fi HaLow puede extender la cobertura a distancias superiores a 1 km, diez veces el alcance de las redes Wi-Fi convencionales que operan a frecuencias más altas.

El Wi-Fi HaLow se distingue en la cobertura de largo alcance porque opera en la banda sub-1 GHz, (por ejemplo, a 915 MHz) en lugar de hacerlo a frecuencias más altas (por ejemplo, 2.4, 5 y 6 GHz), que suelen requerir una trayectoria de línea visual. Estas señales de frecuencia más alta sufren más pérdidas de señal en distancias más largas, además de una atenuación por la presencia de árboles, edificios y otros obstáculos que reducen todavía más su calidad.

El largo alcance del Wi-Fi HaLow también lo convierte en una mejor opción frente al Wi-Fi tradicional para conectar medidores inteligentes (para servicios públicos de gas, agua y energía) con sistemas de distribución de servicios públicos controlados de forma inalámbrica a costos muchísimo más bajos que las alternativas cableadas.

Una opción excelente para IoT Backhaul

Las tecnologías Wi-Fi de alta frecuencia pueden acomodar enlaces de retroceso de alta velocidad entre nodos de malla a distancias cortas, aunque la calidad del enlace se deteriora rápidamente a medida que los nodos de malla Wi-Fi están más separados. El Wi-Fi HaLow tiene la capacidad de extender los enlaces de backhaul más allá de 1 km, lo cual reduce el costo y la complejidad de admitir redes de medición inteligentes y extiende el alcance de los puntos de acceso Wi-Fi Mesh de 2.4 GHz, 5GHz y 6GHz al proporcionar un backhaul secundario y extender mucho la cobertura y confiabilidad de estos sistemas Wi-Fi Mesh.

Esto permite la utilización de IoT Wi-Fi en propiedades residenciales más grandes, en ubicaciones al aire libre e incluso en entornos de campus, sin la necesidad de un cableado costoso. El Wi-Fi HaLow también se puede utilizar como un backhaul confiable para implementar los ya existentes Wi-SUN o LoRa.

Diseño flexible y energéticamente eficiente

El Wi-Fi HaLow admite múltiples esquemas de codificación de modulación (MCS) que incluyen la modulación por desplazamiento de fase binaria (BPSK), la modulación por desplazamiento de fase en cuadratura (QPSK) y de 16 a 256 modificaciones de amplitud en cuadratura (QAM). Dependiendo del esquema utilizado, para un dispositivo que admite canales de hasta 8 MHz con una sola antena, las velocidades de datos HaLow de Wi-Fi varían de 150 kbps utilizando MCS 10 con modulación BPSK a una velocidad de 43,3 Mbps utilizando MCS 9 a 256 QAM.

Dos flujos espaciales que utilizan canales de 8 MHz alcanzan un máximo de 86,7 Mbps. Y hace poco se agregó al estándar una velocidad aún mayor 1024 QAM. Al ser aplicados, estos esquemas brindan a los diseñadores un alto grado de flexibilidad que les permite adaptar las redes Wi-Fi HaLow para satisfacer las necesidades de una amplia gama de aplicaciones de IoT. Por ejemplo, el Wi-Fi HaLow se adapta con facilidad a aplicaciones que combinan sensores con cámaras de video.

Además de su flexibilidad de red, el Wi-Fi HaLow ofrece una variedad de modos de suspensión avanzados que permiten que los dispositivos IoT permanezcan en un estado de bajo consumo durante períodos de tiempo largos. Por ejemplo, los tiempos de activación de destino (TWT) flexibles permiten a los nodos de IoT negociar con un punto de acceso y establecer tiempos predeterminados en los que cada nodo se activa y escucha las balizas y el tráfico de datos. Esto permite duraciones de suspensión más largas para conservar la duración de la batería de los dispositivos de IoT.

Los tiempos de suspensión para el Wi-Fi HaLow son mucho más largos de lo permitido por el Wi-Fi tradicional. Estas características de ahorro de energía aumentan la eficiencia energética y el funcionamiento del dispositivo durante varios años con baterías de celda de moneda. Esto hace que el Wi-Fi HaLow sea una alternativa superior de largo alcance y bajo consumo de energía comparada con el Wi-Fi convencional, el ZigBee y otros protocolos inalámbricos de corto alcance.

Resumen

El Wi-Fi HaLow ofrece una solución de mayor alcance, mayor densidad y menor potencia para aplicaciones de IoT y backhaul que las opciones de Wi-Fi convencionales. Ha sido diseñado para satisfacer las necesidades de conectividad IoT que ningún otro estándar Wi-Fi puede lograr, e incorpora todos los ingredientes necesarios en un esquema de red inalámbrica moderno, incluida la última seguridad WPA3.

Si bien aún no es algo tan conocido, el Wi-Fi HaLow puede operar detrás de escena para hacer del Wi-Fi algo que nunca antes fue: una solución de conectividad versátil que combina las mejores capacidades de corto alcance que el Wi-Fi siempre ha proporcionado, la capacidad de admitir diversas aplicaciones de IoT de baja potencia que exigen un alcance mucho mayor, y la capacidad de servir como una solución de backhaul de largo alcance rentable.

Sobre el autor

Michael De Nil es cofundador y CEO de Morse Micro. Desempeñó un papel clave en el desarrollo de chips digitales de los chips Wi-Fi 802.11 que se encuentran en la mayoría de los teléfonos inteligentes modernos y, antes de fundar Morse Micro, ya tenía 10 años de experiencia en diseño de circuitos integrados digitales de baja potencia en imec y Broadcom.