Wi-Fi HaLow的真相

了解Wi-Fi HaLow，一種用于物聯(lián)網(wǎng)應用的遠距離、低功耗無(wú)線(xiàn)標準。

IEEE802.11ah，更為人熟知的名字是Wi-Fi HaLow，是一種專(zhuān)門(mén)為滿(mǎn)足物聯(lián)網(wǎng)（IoT）設備需求而設計的無(wú)線(xiàn)通信標準。該標準于2016年推出，多年來(lái)一直相對鮮為人知。然而，智能設備市場(chǎng)的不斷增長(cháng)導致人們對這種以物聯(lián)網(wǎng)為中心的無(wú)線(xiàn)技術(shù)重新產(chǎn)生了興趣。

當然，說(shuō)Wi-Fi HaLow是“專(zhuān)為物聯(lián)網(wǎng)需求而設計的”很容易。我們真正需要知道的是，它如何以及在多大程度上滿(mǎn)足了這些需求。在本文中，我們將介紹Wi-Fi HaLow的基礎知識，以及它與其他無(wú)線(xiàn)選項的比較。最后，我們將回顧一些Wi-Fi HaLow可能非常適合的實(shí)際應用。

首先，圖1提供了Wi-Fi HaLow功能和優(yōu)勢的快速列表。

Wi-Fi HaLow功能和優(yōu)勢概述。

圖1 Wi-Fi HaLow 及其優(yōu)勢概覽。圖片由 Wi-Fi Alliance 提供

除了上述功能外，值得注意的是，一個(gè)Wi-Fi HaLow接入點(diǎn)一次最多可連接8191臺設備。至于列表中的項目，其中一些（例如使用Wi-Fi安全）可以應用于任何Wi-Fi認證產(chǎn)品。我們將忽略這些項目，轉而討論Wi-Fi HaLow的獨特之處，從其工作頻率開(kāi)始。

Wi-Fi HaLow與傳統Wi-Fi：工作頻率

根據具體標準，傳統Wi-Fi的工作頻率范圍在2 GHz到6 GHz之間。相比之下，Wi-Fi HaLow的工作頻率在1 GHz以下。確切的頻率范圍因國家而異——在美國，頻率范圍在902 MHz到928 MHz之間。

與高頻操作相比，在1 GHz以下操作具有以下優(yōu)點(diǎn)：

一個(gè)不那么擁擠的頻譜。

最大傳輸距離更大。

信號穿透性更好。

降低功耗。

該頻段的缺點(diǎn)是限制了帶寬，這也意味著(zhù)數據速率有限。Wi-Fi HaLow 的數據吞吐量確實(shí)比 LoRaWan 高，我們將在下一節中看到。盡管如此，它可能更適合作為傳統 Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò )的補充，而不是替代品。Wi-Fi HaLow 和其他 Wi-Fi 類(lèi)型之間的頻率差異降低了它們并排使用時(shí)發(fā)生干擾的風(fēng)險。

Wi-Fi HaLow與LoRaWAN：范圍和數據速率

理論上，LoRaWan可以覆蓋數百公里的距離。實(shí)際上，它用于覆蓋約5公里的距離。Wi-Fi HaLow的設計工作范圍為1公里，但可以通過(guò)以網(wǎng)狀配置部署網(wǎng)絡(luò )來(lái)進(jìn)一步擴大覆蓋范圍。即使考慮到這一點(diǎn)，LoRaWAN仍然具有更大的范圍。

另一方面，Wi-Fi HaLow 代表了速度的大幅提升。LoRaWAN 的工作范圍從 250 bps 到 22 Kbps。如圖 2 所示，Wi-Fi HaLow 的數據吞吐量范圍從長(cháng)距離的 150 Kbps 到短距離的 78 Mbps。請注意，這些數字假設了單個(gè)空間流——Wi-Fi HaLow 最多可以使用四個(gè)空間流。

Wi-Fi HaLow和其他物聯(lián)網(wǎng)通信標準的數據速率與距離。

圖2:Wi-Fi HaLow和其他物聯(lián)網(wǎng)通信標準的數據速率與距離。圖片由Wi-Fi聯(lián)盟提供

數據速率的差異對潛在應用產(chǎn)生了影響：與LoRaWAN不同，Wi-Fi HaLow可用于傳輸視頻。它通常在無(wú)線(xiàn)安全攝像頭的背景下進(jìn)行討論。

數據速率和調制

前兩節將Wi-Fi HaLow與其他無(wú)線(xiàn)技術(shù)進(jìn)行了比較?，F在，讓我們從更詳細地了解數據吞吐量開(kāi)始，根據其自身的優(yōu)點(diǎn)來(lái)對其進(jìn)行檢查。

Wi-Fi HaLow使用以下類(lèi)型的數據調制：

二進(jìn)制和正交相移鍵控（BPSK和QPSK）。

16、64和256正交幅度調制（QAM）。

Wi-Fi HaLow的調制和編碼方案（MCS）索引包括總共11個(gè)選項。其中，MCS 0到MCS 8可以使用1 MHz、2 MHz、4 MHz、8 MHz或16 MHz的信道。MCS 9提供了最高的數據速率，適用于除2 MHz信道外的任何帶寬。最后，MCS 10（代表最低數據速率和最大傳輸范圍）僅適用于1 MHz信道。

需要理解的關(guān)鍵一點(diǎn)是，數據速率和最大傳輸距離之間存在權衡，數據速率和功耗之間也存在權衡。Wi-Fi HaLow 的數據速率和調制選項范圍廣泛，并且能夠對其進(jìn)行調整，使用戶(hù)能夠自定義這些權衡，以滿(mǎn)足不同應用的需求。

電力消耗

對于電池供電的物聯(lián)網(wǎng)設備，功耗是一個(gè)主要考慮因素。設備的無(wú)線(xiàn)連接消耗的功率越多，更換電池的頻率就越高。這既是一個(gè)成本問(wèn)題，也是一個(gè)可靠性問(wèn)題——如果電池沒(méi)電了，設備就無(wú)法傳輸，數據就會(huì )丟失。此外，必須不斷前往傳感器所在位置更換電池，這根本不是一件有趣的事情。

Wi-Fi HaLow旨在用于這些類(lèi)型的設備，因此它試圖降低功耗。它做得很好。我們在文章開(kāi)頭附近提到了一個(gè)原因——它的低工作頻率。

然而，不僅僅是頻段會(huì )產(chǎn)生影響。圖3比較了五種不同的1GHz以下無(wú)線(xiàn)技術(shù)的設備電池壽命，包括Wi-Fi HaLow（IEEE802.11ah）。此圖來(lái)自IMEC關(guān)于該主題的研究報告，其幻燈片可在此處獲得。

不同亞1 GHz無(wú)線(xiàn)技術(shù)的電池壽命比較。

圖3 不同低于1 GHz的無(wú)線(xiàn)技術(shù)的電池壽命比較。圖片由Jeroen Famaey提供

如您所見(jiàn)，Wi-Fi HaLow提供了五個(gè)選項中最好的電池壽命。

Wi-Fi HaLow的多種節能模式有助于提高性能。這些模式減少了設備必須保持喚醒狀態(tài)的時(shí)間，以避免被接入點(diǎn)丟棄并需要重新進(jìn)行身份驗證。有關(guān)Wi-Fi HaLow節能功能的詳細信息，請參閱上一節中鏈接的Wi-Fi聯(lián)盟白皮書(shū)。

Wi-Fi HaLow：它有什么好處？

至此，我們應該對Wi-Fi HaLow的優(yōu)勢有了相當的了解。概括來(lái)說(shuō)，它提供了：

低功耗；延長(cháng)連接設備的電池壽命。

中長(cháng)距離數據傳輸。

數據吞吐量足夠高，可以在相對較長(cháng)的距離上傳輸視頻。

根據應用要求調整數據速率的選項。

從一個(gè)接入點(diǎn)同時(shí)連接到具有不同需求的多個(gè)設備。

信號穿透力強，適用于節點(diǎn)之間無(wú)直接視線(xiàn)的網(wǎng)絡(luò )。

在同一區域內，不會(huì )干擾高速Wi-Fi網(wǎng)絡(luò )的運行頻率。

那么，這如何轉化為實(shí)際應用呢？我們在文章前面提到了遠程安全攝像頭，但Wi-Fi HaLow也有潛力用于智能建筑和智能農業(yè)。

工業(yè)建筑和農業(yè)設施都使用廣泛的遠程傳感器和執行器網(wǎng)絡(luò )。Wi-Fi HaLow提供了良好的可擴展性，傳感器和執行器受益于其能效。同時(shí)，長(cháng)距離和高信號穿透意味著(zhù)與不僅遠離接入點(diǎn)，而且被墻壁或密集植被隔開(kāi)的節點(diǎn)有更好的連接。