物聯網和M2M網絡的發展在許多市場創造了新的機遇。根據全球領先數據統計公司Statista的數據，物聯網設備的數量將從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)是家庭和小型企業應用的首選互聯網連接技術，在Wi-Fi的成功基礎上，Wi-Fi聯盟推出了另一項新標準——Wi-Fi HaLow。這是一種安全、節能的星型網絡拓撲結構，可以實現1公里以上距離通信。Wi-Fi HaLow通過Wi-Fi技術實現了中短程高速視頻流以及遠距離數據傳輸的強大性能。

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聯盟推出了Wi-Fi CERTIFIED HaLow?計劃，以滿足日益增長的物聯網和工業物聯網需求。摩爾斯微電子正在提供首個Wi-Fi HaLow CERTIFIED開發平臺以支持該計劃的推出。

Wi-Fi聯盟總裁兼首席執行官埃德加?菲格羅阿(Edgar Figueroa)表示：“Wi-Fi CERTIFIED HaLow進一步擴展了Wi-Fi在物聯網中的主導作用，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品;在不斷增長的物聯網市場中，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，為新興物聯網應用鋪平道路，為家庭、企業和產業帶來益處。”

Wi-Fi HaLow是一種開放標準的無線網絡技術，在850-950 MHz范圍內運行，通常稱為亞GHz范圍。在較低頻率下運行的優點是，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，能夠在短距離內實現高吞吐量的數據傳輸。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或難以到達地區的運營維護成本。

Wi-Fi HaLow的主要優勢

• 基于IEEE 802.11ah的開放標準
• 星型網絡拓撲結構亞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關就能接入互聯網
• 基于WPA3和Wi-Fi Enhanced Open?的內置安全性
• 鏈接數據速率在遠距離(>1Km)上從150Kbps不等，在短距離上高達86.7Mbps(圖1)。

圖1：Wi-Fi HaLow呈現出強大的性能，數據速率從遠距離的150 kbps到近距離的86.7 Mbps不等(來源：Wi-Fi聯盟白皮書)

安全性

Wi-Fi HaLow利用了“Wi-Fi訪問保護”(WPA)安全標準的發展。該技術對用戶數據進行加密，以保護無線網絡免受外部威脅。該標準現在已經是第三代。包括Wi-Fi HaLow在內的所有新的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議的威脅，支持更長的加密密鑰和個性化的數據保護，從而確保每個客戶端和接入點之間數據流量的各自安全，以防止一個客戶端數據被連接到同一網絡的另一客戶端進行解密。這種最新的安全協議使攻擊者更難通過猜測密碼侵入網絡，即使網絡密鑰(密碼)被破解，也無法解密過去的數據。

對比

Wi-Fi HaLow在市場上眾多的其他低功耗廣域網(LPWAN)中脫穎而出。如圖2所示，Wi-Fi HaLow的數據速率達到數十Mbps，使之成為唯一能夠在網絡上傳輸視頻的協議。

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、傳輸的數據量和頻率。盡管如此，不同的網絡特性可以決定網絡中的設備如何有效地利用能量。網絡數據速率越快，無線電就會越快地傳輸數據并返回到低功率模式。除了高數據速率，Wi-Fi HaLow還引入了增強的睡眠模式，如“目標喚醒時間”和流量調度器，如“受限訪問窗口”，允許每個星型網絡設備進入睡眠以節省能量，忽略不相關的網絡流量。另一方面，網狀網絡，如Zigbee、Z-wave或Thread使用的網絡，在網絡邊緣之間傳播時，必須由每個節點接收和重傳相同的數據。

Wi-Fi HaLow實現了“先聽后說”，以最大限度地減少數據沖突并保持較高的網絡利用率。相比之下，網狀拓撲結構要求網絡中的更多設備覆蓋與Wi-Fi HaLow相同的區域(Zigbee/Z-wave/Thread節點覆蓋20-30米，而Wi-Fi HaLow的覆蓋范圍為1公里)。再加上每個節點都需要重傳數據，會導致更高的網絡擁塞、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、工業無線通信、汽車、網狀網絡的帶外控制、太陽能管理、醫療保健、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。

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。例如，可以在關鍵位置安裝攝像頭來監控牛群，并幫助識別是否有跡象表明有一頭牛或多頭牛特別需要注意健康，從而提高生產力。此外，攝像頭還可以安裝在圍欄的外緣，監控靠近的入侵者，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多年，提供了便利，并降低了維護成本。

發展勢頭增強

Wi-Fi HaLow的發展勢頭正在增強，Wi-Fi聯盟正在采取重大措施來推廣上述好處，擴大現有Wi-Fi標準的范圍，并鼓勵開發者參與其中。關鍵問題是有什么資源可以支持這項技術的發展。