物聯(lián)網(wǎng)和M2M網(wǎng)絡的發(fā)展在許多市場創(chuàng)造了新的機遇。根據(jù)全球領先數(shù)據(jù)統(tǒng)計公司Statista的數(shù)據(jù)，物聯(lián)網(wǎng)設備的數(shù)量將從2021年的138億臺增加到2025年的300億臺以上。這些應用中有很多都需要遠距離連接設備或傳感器，因此要求能效高且電池壽命長。

Wi-Fi（IEEE 802.11）是家庭和小型企業(yè)應用的首選互聯(lián)網(wǎng)連接技術，在Wi-Fi的成功基礎上，Wi-Fi聯(lián)盟推出了另一項新標準——Wi-Fi HaLow。這是一種安全、節(jié)能的星型網(wǎng)絡拓撲結(jié)構，可以實現(xiàn)1公里以上距離通信。Wi-Fi HaLow通過Wi-Fi技術實現(xiàn)了中短程高速視頻流以及遠距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)膹姶笮阅堋?/p>

什么是Wi-Fi HaLow？

擴大Wi-Fi技術范圍這一想法得到了許多行業(yè)先鋒的支持，并隨著IEEE 802.11ah標準的批準得以鞏固。支持者們致力于使用Wi-Fi HaLow并制定了一項認證計劃，加速市場采用和普及。這一努力取得了成效。Wi-Fi聯(lián)盟推出了Wi-Fi CERTIFIED HaLow?計劃，以滿足日益增長的物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)需求。摩爾斯微電子正在提供首個Wi-Fi HaLow CERTIFIED開發(fā)平臺以支持該計劃的推出。

Wi-Fi聯(lián)盟總裁兼首席執(zhí)行官埃德加·菲格羅阿（Edgar Figueroa）表示：“Wi-Fi CERTIFIED HaLow進一步擴展了Wi-Fi在物聯(lián)網(wǎng)中的主導作用，以解決一系列需要更遠距離和更低功耗的安全互通的新應用。Wi-Fi HaLow是對Wi-Fi產(chǎn)品組合的一個令人驚嘆的補充，讓全部Wi-Fi功能成為無與倫比的連接產(chǎn)品；在不斷增長的物聯(lián)網(wǎng)市場中，簡化連接的機會越來越多，Wi-Fi HaLow建立在普遍信任的Wi-Fi基礎上，為新興物聯(lián)網(wǎng)應用鋪平道路，為家庭、企業(yè)和產(chǎn)業(yè)帶來益處?！?/p>

Wi-Fi HaLow是一種開放標準的無線網(wǎng)絡技術，在850-950 MHz范圍內(nèi)運行，通常稱為亞GHz范圍。在較低頻率下運行的優(yōu)點是，信號可以傳播更遠的距離，并且可以穿透墻壁和障礙物，而在較高頻率下則無法穿透。標準Wi-Fi使用更高頻率（2.4 GHz、5 GHz或6GHz）的無線電波，能夠在短距離內(nèi)實現(xiàn)高吞吐量的數(shù)據(jù)傳輸。新的Wi-Fi HaLow技術擴展了Wi-Fi的范圍，更重要的是，消耗的功率非常低，從而延長了電池壽命。這將大大降低偏遠地區(qū)或難以到達地區(qū)的運營維護成本。

Wi-Fi HaLow的主要優(yōu)勢

·基于IEEE 802.11ah的開放標準

·星型網(wǎng)絡拓撲結(jié)構亞GHz范圍運行

·支持遠距離傳輸，最遠可達1公里；該距離是目前Wi-Fi的10倍

·信號可以穿透墻壁和障礙物

·根據(jù)不同的應用，電池壽命可達到5年以上

·無需專有的集線器或網(wǎng)關就能接入互聯(lián)網(wǎng)

·基于WPA3和Wi-Fi Enhanced Open?的內(nèi)置安全性

·鏈接數(shù)據(jù)速率在遠距離（》1Km）上從150Kbps不等，在短距離上高達86.7Mbps（圖1）。

圖1：Wi-Fi HaLow呈現(xiàn)出強大的性能，數(shù)據(jù)速率從遠距離的150 kbps到近距離的86.7 Mbps不等（來源：Wi-Fi聯(lián)盟白皮書）

安全性

Wi-Fi HaLow利用了“Wi-Fi訪問保護”（WPA）安全標準的發(fā)展。該技術對用戶數(shù)據(jù)進行加密，以保護無線網(wǎng)絡免受外部威脅。該標準現(xiàn)在已經(jīng)是第三代。包括Wi-Fi HaLow在內(nèi)的所有新的Wi-Fi認證設備，都需要通過Wi-Fi CERTIFIED WPA3?要求。

WPA3利用“對等實體同時驗證”（SAE），修復了漏洞并減輕了舊安全協(xié)議的威脅，支持更長的加密密鑰和個性化的數(shù)據(jù)保護，從而確保每個客戶端和接入點之間數(shù)據(jù)流量的各自安全，以防止一個客戶端數(shù)據(jù)被連接到同一網(wǎng)絡的另一客戶端進行解密。這種最新的安全協(xié)議使攻擊者更難通過猜測密碼侵入網(wǎng)絡，即使網(wǎng)絡密鑰（密碼）被破解，也無法解密過去的數(shù)據(jù)。

對比

Wi-Fi HaLow在市場上眾多的其他低功耗廣域網(wǎng)（LPWAN）中脫穎而出。如圖2所示，Wi-Fi HaLow的數(shù)據(jù)速率達到數(shù)十Mbps，使之成為唯一能夠在網(wǎng)絡上傳輸視頻的協(xié)議。

圖2：Wi-Fi HaLow與其他LPWAN技術的比較（來源：摩爾斯微電子）

電池壽命

電池的實際壽命取決于應用程序、傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量和頻率。盡管如此，不同的網(wǎng)絡特性可以決定網(wǎng)絡中的設備如何有效地利用能量。網(wǎng)絡數(shù)據(jù)速率越快，無線電就會越快地傳輸數(shù)據(jù)并返回到低功率模式。除了高數(shù)據(jù)速率，Wi-Fi HaLow還引入了增強的睡眠模式，如“目標喚醒時間”和流量調(diào)度器，如“受限訪問窗口”，允許每個星型網(wǎng)絡設備進入睡眠以節(jié)省能量，忽略不相關的網(wǎng)絡流量。另一方面，網(wǎng)狀網(wǎng)絡，如Zigbee、Z-wave或Thread使用的網(wǎng)絡，在網(wǎng)絡邊緣之間傳播時，必須由每個節(jié)點接收和重傳相同的數(shù)據(jù)。

Wi-Fi HaLow實現(xiàn)了“先聽后說”，以最大限度地減少數(shù)據(jù)沖突并保持較高的網(wǎng)絡利用率。相比之下，網(wǎng)狀拓撲結(jié)構要求網(wǎng)絡中的更多設備覆蓋與Wi-Fi HaLow相同的區(qū)域（Zigbee/Z-wave/Thread節(jié)點覆蓋20-30米，而Wi-Fi HaLow的覆蓋范圍為1公里）。再加上每個節(jié)點都需要重傳數(shù)據(jù)，會導致更高的網(wǎng)絡擁塞、更多的沖突和更短的電池壽命。

圖3顯示了IMEC（微電子研究中心）所做的比較，其中Wi-Fi HaLow電池壽命與其他技術在十分鐘傳輸間隔的使用情況下進行了比較。 在這項分析中，Wi-Fi HaLow提供了3.15年的電池壽命，與其他LPWANs相比，電池壽命更長。

技術

圖3：電池壽命比較（來源：Wi-Fi聯(lián)盟白皮書）

Wi-Fi HaLow用例

該技術的應用非常廣泛。包括家居和建筑自動化、運輸和物流、工業(yè)無線通信、汽車、網(wǎng)狀網(wǎng)絡的帶外控制、太陽能管理、醫(yī)療保健、Wi-Fi HaLow + 2.4 GHz混合應用等。

擴展范圍的用例——戶外攝像頭

房屋所在的地塊大小因位置而異。在城市里，房子可能較小，沒有院子或院子很小。然而，當遠離市中心時，房子可能較大、位于較大的地塊上，這使得遠程攝像頭的安裝和連接成為一個挑戰(zhàn)。

Wi-Fi HaLow技術解決了這個問題。低功耗攝像頭可以使用電池，安裝在廣闊土地上的關鍵區(qū)域，信號不會被樹木或其他障礙物所阻擋。圖像信號或視頻信號可以輕松到達接入點進行本地監(jiān)控或云端訪問。事實上，基于Wi-Fi HaLow的攝像頭也可以造福于公寓大樓，可以覆蓋難以到達的公共區(qū)域，如地下停車場或屋頂。

戶外攝像頭用例也可以應用于畜牧業(yè)。例如，可以在關鍵位置安裝攝像頭來監(jiān)控牛群，并幫助識別是否有跡象表明有一頭?；蚨囝^牛特別需要注意健康，從而提高生產(chǎn)力。此外，攝像頭還可以安裝在圍欄的外緣，監(jiān)控靠近的入侵者，如野生動物，以幫助保護牲畜和寵物。

更重要的是，這些遠程攝像頭的電池可以持續(xù)多年，提供了便利，并降低了維護成本。

發(fā)展勢頭增強

Wi-Fi HaLow的發(fā)展勢頭正在增強，Wi-Fi聯(lián)盟正在采取重大措施來推廣上述好處，擴大現(xiàn)有Wi-Fi標準的范圍，并鼓勵開發(fā)者參與其中。關鍵問題是有什么資源可以支持這項技術的發(fā)展。目前，有相當多的公司處于領先地位，包括摩爾斯微電子。該公司的Wi-Fi CERTIFIED HaLow?平臺和業(yè)界首個8MHz參考設計，將使開發(fā)者加快設計周期。

摩爾斯微電子的聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官邁克爾·德尼爾（Michael De Nil）表示：“將Wi-Fi已經(jīng)具有變革性的特性，擴展到1 GHz以下頻段的潛力再怎么強調(diào)都不為過，Wi-Fi聯(lián)盟為消費者開啟了一個遠程、低功耗和高容量的Wi-Fi HaLow體驗新時代，我們?yōu)閃i-Fi聯(lián)盟點贊。作為領先的Wi-Fi HaLow創(chuàng)新者，我們在研發(fā)方面投入了大量資金，以確保市場準備好了SoC和模塊，提供不同于當今任何Wi-Fi或LPWAN技術無可比擬的優(yōu)勢。對于消費者和企業(yè)來說，從智能家居、智能城市到工業(yè)市場，以及介于兩者之間的一切，在Wi-Fi CERTIFIED的產(chǎn)品組合中加入低于1 GHz的Wi-Fi CERTIFIED HaLow將改變行業(yè)規(guī)則。”