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[導讀]什么是Wi-Fi HaLow，與傳統(tǒng)的Wi-Fi(4/5/6)有何不同，是什么讓Wi-Fi HaLow成為物聯網的理想協(xié)議?

Wi-Fi HaLow很快就會出現在人們日常生活的智能門鎖、安保攝像頭、可穿戴設備和無線傳感器網絡上。什么是Wi-Fi HaLow，與傳統(tǒng)的Wi-Fi(4/5/6)有何不同，是什么讓Wi-Fi HaLow成為物聯網的理想協(xié)議?

Wi-Fi就像是我們互聯世界的氧氣，是當今最普遍的無線網絡協(xié)議，承載了超過一半的互聯網流量?！癢i-Fi ”是一個通用術語，指的是經過二十多年發(fā)展而成的802.11協(xié)議家族。Wi-Fi聯盟是推動Wi-Fi應用和發(fā)展的組織，該組織用數字命名法，簡化了常用的幾代Wi-Fi名稱，例如，Wi-Fi 4 = 802.11n、Wi-Fi 5 = 802.11ac、Wi-Fi 6 = 802.11ax。您正在家里或工作場所使用的，很有可能就是這些類型的Wi-Fi。

盡管Wi-Fi 4/5/6無處不在，但物聯網(IoT)的快速發(fā)展，迫使人們重新思考傳統(tǒng)Wi-Fi，揭示技術差距，重新定義802.11協(xié)議在當今超低功耗物聯網設備的無線連接世界中，應該發(fā)揮的作用。物聯網和機器對機器(M2M)應用，對遠程連接和低功耗的更高要求，促使人們需要另一種為物聯網而優(yōu)化的Wi-Fi。

Wi-Fi HaLow(發(fā)音為HEY-low)協(xié)議，通過提供超低功耗的無線解決方案，填補了這一空白，與傳統(tǒng)Wi-Fi相比，該方案可以在更遠的距離和更低的功耗下，連接更多的物聯網設備。該協(xié)議于2016年得到了IEEE 802.11ah任務組的批準，被Wi-Fi聯盟稱為Wi-Fi HaLow。

Wi-Fi HaLow本質上是一款低功耗、遠距離、多用途的Wi-Fi版本，在免許可的1千兆赫頻譜下運行。Wi-Fi HaLow標準結合了能效、遠程連接、低延遲、高清視頻質量數據速率、安全功能和本地IP支持，是無線連接、電池供電的物聯網設備的理想協(xié)議選擇。讓我們仔細看看Wi-Fi HaLow和傳統(tǒng)Wi-Fi之間的一些主要區(qū)別，以及為什么802.11ah協(xié)議非常適合物聯網應用的連接要求。

?Wi-Fi HaLow和傳統(tǒng)Wi-Fi的主要區(qū)別在于運行頻段、傳輸距離、功耗和適用場景等方面。?

運行頻段

?Wi-Fi HaLow?：運行在1GHz以下的頻段，與傳統(tǒng)Wi-Fi使用的2.4GHz、5GHz和6GHz頻段不同?12。

?傳統(tǒng)Wi-Fi?：主要使用2.4GHz和5GHz頻段，部分設備支持6GHz頻段?23。

傳輸距離和穿透能力

?Wi-Fi HaLow?：能夠提供長達一公里的連接距離，并且在視距連接的情況下可以更遠。此外，由于其低頻特性，Wi-Fi HaLow能夠更好地穿透墻壁和其他障礙物?12。

?傳統(tǒng)Wi-Fi?：傳輸距離相對較短，通常在幾十米到一百米左右，穿透能力較弱?23。

功耗

?Wi-Fi HaLow?：為低功耗設備設計，能夠顯著節(jié)省電池能量，支持使用紐扣電池的器件，續(xù)航時間可達數月甚至數年?12。

?傳統(tǒng)Wi-Fi?：功耗相對較高，不適合長時間運行的低功耗設備?24。

適用場景

?Wi-Fi HaLow?：適用于物聯網設備、智能城市項目和網狀網絡等需要長距離、低功耗連接的場景?12。

?傳統(tǒng)Wi-Fi?：適用于家庭、辦公室等需要高速數據傳輸的場景?23。

Wi-Fi 就像我們互聯世界的氧氣。它是當今使用最廣泛的無線網絡協(xié)議，承載了所有互聯網一半以上的流量?！癢i-Fi”是一個包羅萬象的術語，用于描述不斷發(fā)展的 802.11 協(xié)議家族，這些協(xié)議已經發(fā)展了超過 20 年。Wi-Fi 聯盟是推動 Wi-Fi 采用和發(fā)展的組織，它使用數字命名法簡化了常用 Wi-Fi 代的名稱，例如 Wi-Fi 4 = 802.11n、Wi-Fi 5 = 802.11ac和 Wi-Fi 6 = 802.11ax。您有可能在家中或工作場所使用其中一種 Wi-Fi。

盡管 Wi-Fi 4/5/6 無處不在，但物聯網 (IoT) 的快速增長迫使人們重新思考傳統(tǒng) Wi-Fi。這種重新評估揭示了技術差距，并重新定義了 802.11 協(xié)議在當今超低功耗物聯網設備的無線連接世界中應發(fā)揮的作用。物聯網和機器對機器 (M2M) 應用對遠程連接和低功耗的更高要求正在推動對另一種為物聯網優(yōu)化的 Wi-Fi 的需求。

Wi-Fi HaLow(比如“HEY-low”)協(xié)議通過提供超低功耗無線解決方案填補了這些空白，該解決方案以比傳統(tǒng) Wi-Fi 遠得多的距離和低得多的功耗連接大量物聯網設備。該協(xié)議于 2016 年由 IEEE 802.11ah 任務組批準，并被 Wi-Fi 聯盟稱為 Wi-Fi HaLow。

Wi-Fi HaLow 本質上是在未經許可的 sub-1-GHz 頻譜中運行的低功耗、更遠距離和更通用的 Wi-Fi 版本。Wi-Fi HaLow 標準獨特地結合了能效、遠程連接、低延遲、高清視頻質量數據速率、安全功能和原生 IP 支持，使其成為無線連接、電池供電的物聯網設備的理想協(xié)議選擇。

讓我們仔細看看 Wi-Fi HaLow 和傳統(tǒng) Wi-Fi (見表)之間的一些主要區(qū)別，以及為什么 802.11ah 協(xié)議非常適合滿足物聯網應用的連接要求。

什么是Wi-Fi HaLow，與傳統(tǒng)的Wi-Fi(4/5/6)有何不同

電池友好型協(xié)議

Wi-Fi HaLow 為功耗敏感的物聯網設備提供卓越的能效。IEEE 802.11ah 指定的各種復雜的睡眠模式使 HaLow 設備能夠長時間保持極低功耗狀態(tài)，從而節(jié)省電池能量：

目標喚醒時間 (Target wake time ：TWT)：這允許站點 (station：STA) 和接入點 (access point：AP) 預先安排睡眠 STA 喚醒并偵聽信標的時間。

受限訪問窗口 (Restricted access window：RAW)： AP 可以向一部分 STA 授予權限以傳輸其數據，而其他人則被迫休眠、緩沖非緊急數據或兩者兼而有之。

擴展的最大基本服務集 (basic service set ：BSS) 空閑：這將 STA 的允許空閑時間延長至五年。

分層流量指示映射 (traffic indication mapping：TIM)：按組對 TIM 進行更有效的編碼可以節(jié)省信標的廣播時間。

短 MAC 標頭(headers)：這減少了標頭開銷、廣播時間和功耗，并釋放了頻譜。

空數據 PHY 協(xié)議數據單元 (Null data PHY protocol data units：NPD)：這將類似 MAC 的 ACK/NAK 嵌入到 PHY 層以減少時間和功耗。

短信標：頻繁發(fā)送短(有限)信標以同步 STA，而較少發(fā)送完整信標。

BSS 著色：顏色分配指示特定 AP 的 BSS 組，而 STA 可以忽略其他顏色。

雙向 TXOP (Bidirectional TXOP：BDT)(以前稱為速度幀)：當 STA 醒來發(fā)現存在用于傳輸的上行鏈路和下行鏈路幀時，這會減少介質訪問的次數。BDT 在物理層協(xié)議數據單元 (PPDU) 的信號 (SIG) 字段中使用響應指示來增加對第三方 STA 傳輸的 TXOP 持續(xù)時間保護。

該協(xié)議的高效睡眠和電源管理模式支持物聯網設備的多年電池運行，以及各種靈活的電源和電池尺寸選項，從在紐扣電池上運行的短距離物聯網設備到更高功率、更遠距離(超過 1 公里)的電池應用。與 2.4 GHz 和 5 GHz 頻段中的 Wi-Fi 協(xié)議相比，該協(xié)議的 sub-GHz 窄帶信號傳輸距離更遠且能量更少，因此每單位能量傳輸的比特數更多。

因此，Wi-Fi HaLow 芯片所需的功率僅為傳統(tǒng) Wi-Fi 芯片的一小部分。雖然傳統(tǒng) Wi-Fi 的更高數據速率使用戶能夠使用 2.4-、5- 和 6-GHz 頻段的寬頻道流式傳輸高清視頻內容并快速下載大量文件，但這些 Wi-Fi 連接的有效距離很短，它們會很快耗盡電池電量。因此，需要頻繁充電或更換電池，或者理想情況下需要連接主電源。由于這些原因，Wi-Fi HaLow 是功率受限的物聯網設備的更好選擇，這些設備需要達到更長的距離并依靠電池供電運行多年，同時仍能提供每秒數兆比特的數據吞吐量。

覆蓋范圍更遠

802.11 標準涵蓋了異常廣泛的頻率范圍，從 sub-GHz 到毫米波 (mmWave)。HaLow 是第一個在未經許可的 sub-GHz 頻段中運行的 Wi-Fi 標準。它提供的數據速率從每秒數百千比特到每秒數十兆比特不等，跨越數十米到超過一公里的距離。

與傳統(tǒng) Wi-Fi 使用的最窄 20-MHz 信道相比，Wi-Fi HaLow 的 sub-1-GHz 信號使用 1 MHz 及以上的更窄信道(圖 1)。由于通道中的熱噪聲較低，這 20 倍的帶寬因子轉化為 13 dB 的鏈路預算改進。750 至 950 MHz 之間的射頻頻率與傳統(tǒng)的 2.4 GHz Wi-Fi 相比，需要額外增加 8 至 9 dB 的鏈路預算，從而節(jié)省自由空間傳播損耗。此外，Wi-Fi HaLow 協(xié)議添加了范圍優(yōu)化調制和編碼方案 (MCS10)，可提供額外的 3-dB 鏈路預算提升。

總而言之，與傳統(tǒng)的 2.4-GHz IEEE 802.11n (Wi-Fi 4) 相比，Wi-Fi HaLow 提供高達 24 dB 的鏈路預算改進。與使用 5-GHz 和 6-GHz 頻率的更高頻率、更高帶寬的 802.11ac (Wi-Fi 5) 和 802.11ax (Wi-Fi 6/6E) 協(xié)議相比，HaLow 鏈路預算優(yōu)勢進一步增強。具有更寬帶寬的 GHz 頻譜。

這就解釋了為什么 Wi-Fi HaLow 信號在不需要網絡擴展器的情況下比傳統(tǒng) Wi-Fi 傳輸的距離遠 10 倍。例如，電池供電的相機可以放置在家庭或車庫墻壁外更方便的位置。無論燈具是在室內還是室外的花園中，都可以通過單個 AP 控制照明系統(tǒng)。

為最終用戶提供覆蓋數百米的無線物聯網解決方案——無需額外的擴展器或昂貴的蜂窩數據計劃——是 802.11ah 協(xié)議的關鍵競爭優(yōu)勢。憑借其長距離覆蓋范圍，Wi-Fi HaLow 的優(yōu)勢擴展了智能家居和智慧城市網絡的范圍，使用戶能夠控制超過 1 公里的物聯網設備，遠遠超出傳統(tǒng) Wi-Fi 協(xié)議的范圍。

更好的信號穿透

一般規(guī)則：頻率越低，覆蓋范圍越長，穿透障礙的效果越好。但與傳統(tǒng) Wi-Fi 相比，Sub-GHz Wi-Fi HaLow 信號可以更輕松地穿過墻壁和其他障礙物。

與 2.4 GHz 和 5 GHz 頻段中的 Wi-Fi 協(xié)議相比，建筑材料和住宅和商業(yè)建筑布局的可變性對 sub-GHz HaLow 信號的影響較小。Wi-Fi HaLow 通過墻壁和建筑物的卓越覆蓋范圍有助于減少客戶服務電話和產品退貨，這些問題有時會困擾使用傳統(tǒng) Wi-Fi 的產品(圖 2)。