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IEEE 802.11ah集Wi-Fi和LPWAN之長
 

【作者: Kerstin Naser】   2021年10月05日 星期二

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Wi-Fi憑藉高資料速率和簡單的網路結構,成為了最常用的無線標準之一,然而Wi-Fi有個缺點︰它的傳輸範圍小,因此Wi-Fi聯盟為更遠距離的無線應用開發了IEEE 802.11ah標準。現在符合這項標準的第一個模組已經上市。


跟在2.4GHz或5GHz頻段運行的常用標準不同,IEEE 802.11ah標準(也稱為Wi-Fi HaLow)使用免授權的900MHz頻段進行傳輸,因此與LoRa和Sigfox一起歸類為低功耗廣域網路 (LPWAN)技術的一部份。


使用較低頻段意味著Wi-Fi HaLow實現了距離遠至1.5公里的傳輸範圍,這幾乎是基於2.4 GHz或5 GHz頻段的Wi-Fi標準距離的兩倍,使得它不僅適用於智慧家庭的應用,而且適合各種物聯網場景,例如擁有大型廠房的工業企業,以及農業、醫療保健和智慧城市等環境中的應用場景。



圖一 :  HaLow的無線訊號強度比傳統Wi-Fi高出10dB,可穿透牆壁,非常適合智慧家庭應用。
圖一 : HaLow的無線訊號強度比傳統Wi-Fi高出10dB,可穿透牆壁,非常適合智慧家庭應用。

更輕易穿透牆壁

Wi-Fi HaLow還可以建立非常穩定的連接—因為與2.4GHz Wi-Fi相比,Wi-Fi HaLow的鏈路預算至少多出10dB,因此無線訊號可以更有效地穿透牆壁或其他障礙物。


理論上,每個接入點(AP)可連接多達8191個裝置;Silex提供了第一個用於物聯網設備的802.11ah Wi-Fi模組(見圖二),每個接入點可連接1024個節點。在實際的測試中,Silex成功實現了同時在100個連接和30個固定裝置上進行資料傳輸。


這個新版本的Wi-Fi標準對穿戴式設備和感測器等行動應用也很有吸引力,在使用1MHz通道時,資料速率至少達到150 kbit/s。如果感測器僅在需要傳輸新資料時才處於活動狀態,則可以通過結合低功耗資料數據機來實現低功耗,從而使Wi-Fi HaLow成為連接許多小型裝置的理想選擇。


通過組合多個通道,可以稍微提高資料速率,同時可確保來自不同供應商的802.11ah設備之間的互通性,WLAN加密標準WPA2-PSK、WPA3SAE和WPA3-OWE則保障了資料傳輸的安全。



圖二 : 全新802.11ah Wi-Fi標準的傳輸範圍遠超其他Wi-Fi標準。
圖二 : 全新802.11ah Wi-Fi標準的傳輸範圍遠超其他Wi-Fi標準。

因此,IEEE 802.11ah標準(或稱作Wi-Fi HaLow)同時集Wi-Fi和LPWAN兩者之長,不僅可提供更大的傳輸範圍,而且資料速率更高。不過,這項技術仍處於起步階段,基礎設施仍在開發中,未來將有越來越多支援這項標準的設備逐步出現。


第一個HaLow元件

這方面的先驅之一是日本製造商Newracom,該公司於2015年10月為物聯網應用開發出第一個Wi-Fi HaLow晶片,在2016年世界行動通訊大會上與該標準一同亮相。Newracom憑藉第一個相容IEEE 802.11ah標準的Wi-Fi HaLow SoC元件產品NRC7292,贏得了「2019年最佳Wi-Fi物聯網產品」獎項。


另一家先驅企業是Silex,該公司的SX-NEWAH是第一個用於物聯網設備的802.11ah Wi-Fi模組,並且將通過儒卓力供貨。儒卓力目前已開始提供美國版本的樣品。這款模組產品也是基於Newracom公司的NRC7292 SoC,它是第一個在1 GHz以下頻段運行的工業Wi-Fi模組,代表這款模組集合了新Wi-Fi技術標準的所有優勢:


‧ 更大的傳輸範圍和更穩定的連接,包括可穿透牆壁或在不利的環境條件下進行連接,傳輸性能至少比2.4GHz Wi-Fi高出10dB


‧ 低功耗,電池使用壽命長達數年


‧ 資料速率高達15 Mbit/s,支援TCP/IP


‧ 每個接入點可支援大量的設備(不需要中繼器和閘道)


‧ IP連接性:該模組可以整合到現有的IP網路中


‧ 高安全性:企業版Wi-Fi安全標準,WPA3


‧ 可與來自不同供應商的802.11ah裝置實現互通性


(本文作者Kerstin Naser為儒卓力無線產品銷售經理)


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