Wi-Fi HaLow 智能家居的解决方案

应用案例|Applied analysis|

2023-03-11 14:12:15 753

您的“智能”家居是否不那么智能？现在有希望了。Wi-Fi HaLow为所有连接设备提供安全可靠的无线连接。消费者已经接受了依靠方便的联网设备实现家居功能自动化的概念。手动设置恒温器或机械定时开关灯的年代一去不复返了。现在，这些功能可以随时随地通过手机APP或云端的人工智能控制。宽带为智能家居提供了充足的带宽和低延迟性，但在调制解调器和设备之间建立良好的无线连接仍难以实现。

Wi-Fi是解决问题的答案吗？

Wi-Fi被认为是将一切联系在一起的最后一环。制造商们急于满足对联网电器、安全系统、门锁、开关、灯光、车库门开关和智能音箱的需求。通过为屋主提供新的便利功能，同时收集分析数据并扩展诊断功能的范围，制造商找到了抵消互联设备额外制造和维护成本的方法。消费者以为，设备制造商使用了安全可靠的架构来部署和维护服务。

然而，一些常见问题困扰着这些联网产品的各种使用场景。传统Wi-Fi连接功耗大、有盲点，因不同的建筑技术和建筑材料而导致覆盖范围差。此外，还存在拥堵的2.4GHz和5GHz RF频谱、复杂的部署/设置程序以及黑客利用安全漏洞进行攻击等问题。消费者对简单、安全、可靠无线连接的渴望，促使制造商拼凑出大量安装成本高昂的专有无线技术。

消费者被迫使用运行于Zigbee、Z-wave、蓝牙和其他非标准RF技术的专有无线集线器设备，并将其连接到Wi-Fi路由器。他们开始相信经常更换电池或使用交流电源供电是必要的。他们被迫对远离路由器的设备使用网络扩展器。由于缺乏更好的远程解决方案，制造商不得不退而求其次地使用功耗大的手机技术，同时要缴纳手机的每月套餐费，还要加上数据流量费。黑客也会利用设备保护薄弱的认证协议上的安全漏洞，这些设备没有能力进行远程升级（OTA）以应对新的威胁。

Wi-Fi HaLow的优势

IEEE 802.11ah Wi-Fi HaLow?技术可以使用可扩展的行业标准解决现有无线解决方案面临的问题。Wi-Fi HaLow专为物联网设备的特定需求而设计，传输距离更远、功耗更低、穿透建筑材料的能力更强、带宽充足、提高了网络容量、易于部署和安装、生命周期安全、远程升级（OTA）、低成本材料。

让我们分别研究一下这些特性：

传输距离

Wi-Fi HaLow的sub-1GHz频率使用1MHz窄信道，比传统的Wi-Fi传输距离远十倍，无需网络扩展器。电池供电的摄像头可以放置在居室外或车库外的等更方便的地方。无论灯具是在室内还是在室外，照明系统可以由一个接入点控制。为客户提供远达100米的解决方案，无需额外的扩展器或手机流量，这是一个巨大的竞争优势。

功耗

与传统Wi-Fi相比，Wi-Fi HaLow可以用更低的功耗达到更远距离，同时提供充足的双向数据传输。IEEE 802.11ah规定了各种新的睡眠模式，使设备能够在较长时间内保持在极低功率状态，节省电池能量。

电池

Wi-Fi HaLow可由一个简单的纽扣电池供电，平均功耗低于10μW。凭借如此低的功耗，Wi-Fi HaLow可以应用于本来必须依赖Zigbee、蓝牙或专有技术的设备中。

穿透力

Wi-Fi HaLow对建筑物的超强穿透力，将会避免普通Wi-Fi产品因穿透力差而导致的客户投诉和产品退货。Wi-Fi HaLow使用的较低频率，比2.4GHz和5GHz更能穿透各种建筑材料，同时功耗更低。Wi-Fi HaLow使用OFDM调制来校正反射及多路径环境。无论设备制造商的产品是放在室内还是室外，或是放在地下室或阁楼中，都可以确保产品与Wi-Fi HaLow 接入点的可靠连接。这可以消除为补偿全球消费者各种房屋架构而提供专用集线器或网桥设备所增加的复杂性和成本。

带宽

与传统的Wi-Fi类似，Wi-Fi HaLow可以根据信号完整性和与接入点的距离自动调整带宽。这些预定义的调制和编码方案（MCS）级别支持单流、单天线（1×1）产品的带宽从150Kbps到40Mbps，使用的信道宽度在1MHz、2MHz、4MHz和8MHz之间，使用可选的16MHz宽信道，最高可达80Mbps。自动选择最合适的MCS速率，确保数据快速传输。

这一点非常重要，因为数据传输越快，使用的电池电量就越少，设备在无线电波上所需的时间就越短，从而为其他设备保留资源。

安全性

IEEE 802.11ah包括最新的Wi-Fi认证要求（WPA2/WPA3）和远程升级（OTA）的AES加密。

容量

单个Wi-Fi HaLow的接入点可处理多达8191个设备。这个容量足以覆盖所有灯泡、门锁、窗帘、恒温器，以及一切未来可以想象的智能家居设备。

可靠和互联的选择

典型的家居Wi-Fi路由器只能支持几十个设备。如果由宽带服务商将Wi-Fi HaLow部署到家居中，Wi-Fi HaLow 的AP就可以成为一个平台，通过为一个小区的一户或多户家庭提供订购“安全和公共设施管理设备和服务”，获得额外的收入。Wi-Fi HaLow是一种星型网络拓扑结构，因此没有网状网络容量问题的闲置。在网状网络中，无线电频谱会因不断重复发送相同的信息而变得拥堵。

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