Wi-Fi HaLow與LoRaWAN對比

構成物聯(lián)網(wǎng)（IoT）的智能互聯(lián)設備繼續成倍增長(cháng)。一些預測認為，全球物聯(lián)網(wǎng)設備的數量將在2030年達到290多億臺；另一些預測說(shuō)這個(gè)數字將接近1290億。無(wú)論大家選擇相信哪個(gè)數字，確定的是，物聯(lián)網(wǎng)正在迅速增長(cháng)。而且，隨著(zhù)這一增長(cháng)，人們對物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )的期望也隨之增長(cháng)。

LoRaWAN

LoRaWAN于2015年發(fā)布，LoRa聯(lián)盟將其描述為“一種低功耗的廣域網(wǎng)（LPWA）網(wǎng)絡(luò )協(xié)議，旨在將電池供電的設備無(wú)線(xiàn)連接到各個(gè)地區、國家或全球網(wǎng)絡(luò )中……”。LoRa聯(lián)盟是一個(gè)開(kāi)放的非營(yíng)利組織，致力于推廣LoRaWAN。

LPWA網(wǎng)絡(luò )（LPWANs）通常在開(kāi)放的郊區環(huán)境提供0.3 Kbps到50 Kbps的數據速率，連接范圍可達十公里1，并且通常由服務(wù)提供商管理。LoRaWAN和其他LPWAN一樣，為電池供電的傳感器設備提供低帶寬連接。LoRaWAN通常有足夠的帶寬用于通信少量的傳感器數據，但不足以支持遠程升級。盡管物聯(lián)網(wǎng)安全是世界各國政府關(guān)注的重點(diǎn)，但低數據速率也嚴重制約了LPWANs的安全性。

新型協(xié)議

Wi-Fi HaLow是為直接應對物聯(lián)網(wǎng)激增而從頭開(kāi)始設計的。作為Wi-Fi聯(lián)盟發(fā)布的最新MAC/PHY（介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制/物理層）認證，Wi-Fi HaLow結合了IEEE 802.11ah，并為遠距離、低功耗、安全的物聯(lián)網(wǎng)應用，提供了當今最全面、功能最豐富的協(xié)議。根據Wi-Fi聯(lián)盟的說(shuō)法，Wi-Fi HaLow是“提供連接范圍、吞吐量、密度、低功耗操作、低部署成本最佳組合的物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線(xiàn)標準”。

Wi-Fi HaLow與LoRaWAN概覽

Wi-Fi HaLow與LoRaWAN對比情況如何？

無(wú)與倫比的可擴展性

單個(gè)Wi-Fi HaLow接入點(diǎn)（AP）可以處理成千上萬(wàn)的設備，這為部署大量連接設備的企業(yè)提供了卓越的可擴展性，以實(shí)現操作自動(dòng)化、通信和設施維護的便利。

另一方面，根據英國蘭卡斯特大學(xué)（Lancaster University）最近的一項研究，一個(gè)LoRaWAN網(wǎng)關(guān)可以支持120個(gè)終端設備（基于每個(gè)終端設備每16.7分鐘傳輸20個(gè)字節的假設）。

守護物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境的安全性

作為IEEE 802.11 Wi-Fi協(xié)議，Wi-Fi HaLow遵守全球公認的連接設備安全認證和通信標準，支持最新的Wi-Fi認證要求（WPA3）和遠程升級（OTA）的AES加密，其數據速率能夠實(shí)現安全的遠程固件升級。此外，Wi-Fi HaLow可以輕松適應未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)安全要求和變化。由于這被視為最佳實(shí)踐，Wi-Fi聯(lián)盟在開(kāi)發(fā)任何安全相關(guān)協(xié)議（例如Easy Connect）時(shí)都會(huì )采用正式的外部安全審查2。

然而，LoRaWAN并沒(méi)有提供同等的安全保證，似乎也沒(méi)有經(jīng)過(guò)安全專(zhuān)家的正式外部審查。LoRa聯(lián)盟聲稱(chēng)，“LoRaWAN在設計上非常安全，而且身份驗證和加密是強制性的”，但隨后承認，“如果安全密鑰沒(méi)有得到安全保護，如果沒(méi)有在不同設備之間進(jìn)行隨機化，或者如果曾經(jīng)使用過(guò)的加密數字（nonces）被重復使用，網(wǎng)絡(luò )和設備可能會(huì )受到損害?！?一些安全研究人員已經(jīng)發(fā)現了這些漏洞，例如在《物聯(lián)網(wǎng)》（Internet of Things）雜志上發(fā)表的一篇文章中，該文章發(fā)現“[LoRaWAN]存在一些安全和隱私漏洞，這些漏洞可能會(huì )危及可用性、身份驗證和隱私?！边€請注意，雖然使用了AES加密，但LoRaWAN使用的計數器模式存在嚴重缺陷3。此外，由于數據包較小，LoRaWAN無(wú)法解決當前的安全問(wèn)題或適應物聯(lián)網(wǎng)未來(lái)的安全要求。

優(yōu)異的連接范圍

使用Wi-Fi HaLow的設備能夠在超過(guò)1公里的范圍內使用sub-1 GHz頻段與另一個(gè)設備進(jìn)行通信，并且有相對較高的數據速率4。Sub-1 GHz信號在穿過(guò)墻壁和其他障礙物方面也表現卓越。

相比之下，使用相同頻段的LoRaWAN在郊區環(huán)境中的覆蓋范圍可達10公里，但數據傳輸速率較低，而且只有在障礙物較少的地方才能傳輸。這使LoRaWAN成為郊區環(huán)境部署的理想選擇，例如，大型農場(chǎng)希望在幾十公里內連接不同的傳感器。然而，在城市環(huán)境中，LoRaWAN的覆蓋范圍可能會(huì )減少，并且在高樓大廈的環(huán)境中可能會(huì )失去連接，因為L(cháng)oRaWAN上行鏈路使用低效的純Aloha MAC協(xié)議5。

卓越的能源效率

Wi-Fi HaLow只需要其他版本W(wǎng)i-Fi的一小部分功率。相比之下，LoRaWAN是一種低功耗協(xié)議，將設備分為三個(gè)等級（A、B和C），其中A級設備主要是為了提高能效而設計的。對于希望擴大物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )規模并發(fā)送超過(guò)幾個(gè)字節的傳感器數據的企業(yè)來(lái)說(shuō)，LoRaWAN無(wú)法與Wi-Fi HaLow網(wǎng)絡(luò )的能源效率（傳輸一個(gè)單位的信息所需的能量）相提并論。

免許可且可互操作

Wi-Fi HaLow和LoRaWAN都使用免許可和類(lèi)許可的sub-1頻段，范圍在850 MHz至950 MHz。Wi-Fi聯(lián)盟的認證計劃讓消費者相信，所有Wi-Fi CERTIFIED HaLowTM品牌的產(chǎn)品都可以互操作。LoRa聯(lián)盟為L(cháng)oRaWAN產(chǎn)品提供針對LoRaWAN規范的認證，而不是互操作性測試。

較快的數據速率

Wi-Fi HaLow提供一系列非常適合物聯(lián)網(wǎng)設備的數據速率。在1MHz的最窄帶寬下使用單一空間流，可提供從使用具有BPSK調制的MCS 10的150Kbps的數據速率，到使用MCS 9的4.4Mbps的最高速率。在8 MHz操作信道中，單流Wi-Fi HaLow 接入點(diǎn)可以支持各種物聯(lián)網(wǎng)設備，從以低至150 Kbps的速率發(fā)送1 MHz數據包的極低功率傳感器，到以高達43 Mbps的速率發(fā)送8 MHz數據包。這一吞吐量大大超過(guò)了LoRaWAN的數據傳輸速率（0.3Kbps-50Kbps）。LoRaWAN的低數據速率只能用于傳輸極小數據包的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )。

未來(lái)走向

雖然LoRaWAN經(jīng)常被奉為一種用于遠距離、低功耗網(wǎng)絡(luò )的通用協(xié)議，但現實(shí)往往達不到物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)者的期望。大多數現實(shí)世界的物聯(lián)網(wǎng)應用需要比LoRaWAN目前或未來(lái)能夠提供的更高的網(wǎng)絡(luò )容量、更快的數據速率和更強大的安全性。這些現實(shí)世界的需求指向一個(gè)更優(yōu)的無(wú)線(xiàn)解決方案：Wi-Fi HaLow，首個(gè)為物聯(lián)網(wǎng)需求優(yōu)化的Wi-Fi標準。

1 https://en.wikipedia.org/wiki/Low-power_wide-area_network

2 https://www.wi-fi.org/discover-wi-fi/wi-fi-easy-connect

3 https://www.cyber-threat-intelligence.com/publications/IoTDI2018-LoraWAN.pdf

4 https://www.wi-fi.org/beacon/neil-weste/the-future-of-farming-testing-the-rural-range-of-wi-fi-certified-halow

5  https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0140366422002444