撰稿人: Michael De Nil, 摩尔斯微 联合创始人 & CEO,
随着传统一代 Wi-Fi(例如 Wi-Fi 4、5 和 6)的每一次迭代,我们都见证了数据传输速度的显着进步。 这些发展带来了更高的生产力、增强的安全性、更好的沟通和协作等等。
然而,尽管 Wi-Fi 不断发展,但在满足现代世界的独特需求方面仍然存在空白。 例如,解决物联网 (IoT) 的扩散、范围和连接要求。

到 2030 年,物联网设备的数量 预计将达到 290 亿,而这种增长给传统 Wi-Fi 带来了巨大的连接挑战。 毕竟,大多数物联网设备(例如智能传感器)不需要传统 Wi-Fi 提供的数据吞吐量。 另一方面,需要强大的远程连接解决方案,提供长距离、低功耗和安全性,并且吞吐量至少能支持无线软件更新。
这一需求最终随着 IEEE 802.11ah-2016 标准的出现而得到满足,该标准由 Wi-Fi 联盟于 2021 年发布为 Wi-Fi CERTIFIED HaLowTM,该标准还支持最新的 WPA3 安全性。 该标准具有巨大的潜力,支持各种物联网应用,例如大规模传感器网络、长距离视频和传感器应用以及经济高效的无线回程,为昂贵的有线选项(例如以太网)或短距离设备的复杂网状网络(例如 Thread)提供了替代方案。
致力于物联网
Wi-Fi HaLow 是专为物联网需求量身定制的突破性无线解决方案。 它在多个方面都优于物联网应用中当前使用的 Wi-Fi 协议。 最值得注意的是,Wi-Fi HaLow 可以比传统 Wi-Fi 标准(例如 Wi-Fi 4、5 和 6)更有效地传输数据,并更有效地穿透墙壁和其他障碍。事实上,Wi-Fi HaLow 可以将覆盖范围扩展到超过 1 公里,是在更高频率下运行的传统 Wi-Fi 网络覆盖范围的十倍。
Wi-Fi HaLow 在远距离覆盖方面表现出色,因为它在 1 GHz 以下频段(例如 915 MHz)运行,而不是更高频率(例如 2.4、5 和 6 GHz),后者通常需要视距路径。 这些较高频率的信号在较长距离内会遭受更多的信号损失,并且树木、建筑物和其他障碍物的影响进一步降低了它们的质量。
Wi-Fi HaLow 的长距离传输范围也使其在将智能仪表(用于燃气、水和电力公用事业)与无线控制的公用事业分配系统连接方面成为比传统 Wi-Fi 更好的选择,且成本比有线替代方案低得多。
物联网回程的绝佳选择
高频 Wi-Fi 技术可以在短距离内容纳网格节点之间的高速回程链路,但是,随着 Wi-Fi 网格节点之间的距离越来越远,链路质量会迅速恶化。 Wi-Fi HaLow 能够将回程链路延伸至 1 公里以上,降低支持智能电表网络的成本和复杂性,并通过提供辅助回程来扩展 2.4GHz、5GHz 和 6GHz Wi-Fi 网状系统接入点的范围,并显著扩展这些 Wi-Fi 网状系统的覆盖范围和可靠性。
这使得 Wi-Fi IoT 部署能够在较大的住宅物业、室外场所甚至校园环境中部署,而无需昂贵的布线。 Wi-Fi HaLow 还可用作现有 Wi-SUN 或 LoRa 部署的可靠回程。
设计灵活且节能
Wi-Fi HaLow 支持多种调制编码方案 (MCS),包括二进制相移键控 (BPSK)、正交相移键控 (QPSK) 和 16 至 256 正交幅度修改 (QAM)。 根据所使用的方案,对于使用单天线支持高达 8 MHz 信道的设备,Wi-Fi HaLow 数据速率从使用采用 BPSK 调制的 MCS 10 的 150 kbps 到使用 MCS 9(256 QAM)的 43.3 Mbps 不等。

使用 8 MHz 通道的两个空间流的最高速度为 86.7 Mbps。 最近,甚至更高速度的 1024 QAM 也被添加到标准中。 应用后,这些方案为设计人员提供了高度的灵活性,使他们能够定制 Wi-Fi HaLow 网络,以满足广泛的物联网应用的需求。 例如,Wi-Fi HaLow 可以轻松适应将传感器与摄像机相结合的应用。
除了网络灵活性之外,Wi-Fi HaLow 还提供多种高级睡眠模式,使物联网设备能够长时间保持低功耗状态。 例如,灵活的目标唤醒时间 (TWT) 使物联网节点能够与接入点进行协商,并在每个节点唤醒和监听信标和数据流量时设置预定时间,从而实现更长的睡眠持续时间,以节省物联网设备的电池寿命。
Wi-Fi HaLow 的睡眠时间比传统 Wi-Fi 允许的时间长得多。 这些省电功能可提高能源效率,并提高使用纽扣电池的设备的多年运行能力。 这使得 Wi-Fi HaLow 成为传统 Wi-Fi、ZigBee 和其他短距离无线协议的卓越长距离、低功耗替代方案。
总结
与传统 Wi-Fi 选项相比,Wi-Fi HaLow 为物联网和回程应用提供了范围更远、密度更高、功耗更低的解决方案。 它旨在满足其他 Wi-Fi 标准无法实现的物联网连接需求,并融合了现代无线网络方案所需的所有要素,包括最新的 WPA3 安全性。
虽然 Wi-Fi HaLow 可能还不是一个家喻户晓的名字,但它可以在幕后运作,使 Wi-Fi 变得前所未有:一种多功能连接解决方案,结合了 Wi-Fi 一直提供的最佳短距离功能、支持需要更大范围的各种物联网低功耗应用的能力,以及作为经济高效的长距离回程解决方案的能力。
关于作者
Michael De Nil 是摩尔斯微的联合创始人兼首席执行官。 他在大多数现代智能手机中使用的 802.11 Wi-Fi 芯片的数字芯片开发中发挥了关键作用,并在创立摩尔斯微之前,拥有 10 年在 imec 和博通的低功耗数字 IC 设计经验。