Wi-Fi HaLow的真相

了解Wi-Fi HaLow，一种用于物联网应用的远距离、低功耗无线标准。

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IEEE802.11ah，更为人熟知的名字是Wi-Fi HaLow，是一种专门为满足物联网（IoT）设备需求而设计的无线通信标准。该标准于2016年推出，多年来一直相对鲜为人知。然而，智能设备市场的不断增长导致人们对这种以物联网为中心的无线技术重新产生了兴趣。

当然，说Wi-Fi HaLow是“专为物联网需求而设计的”很容易。我们真正需要知道的是，它如何以及在多大程度上满足了这些需求。在本文中，我们将介绍Wi-Fi HaLow的基础知识，以及它与其他无线选项的比较。最后，我们将回顾一些Wi-Fi HaLow可能非常适合的实际应用。

首先，图1提供了Wi-Fi HaLow功能和优势的快速列表。

Wi-Fi HaLow功能和优势概述。

图1 Wi-Fi HaLow 及其优势概览。图片由 Wi-Fi Alliance 提供

除了上述功能外，值得注意的是，一个Wi-Fi HaLow接入点一次最多可连接8191台设备。至于列表中的项目，其中一些（例如使用Wi-Fi安全）可以应用于任何Wi-Fi认证产品。我们将忽略这些项目，转而讨论Wi-Fi HaLow的独特之处，从其工作频率开始。

Wi-Fi HaLow与传统Wi-Fi：工作频率

根据具体标准，传统Wi-Fi的工作频率范围在2 GHz到6 GHz之间。相比之下，Wi-Fi HaLow的工作频率在1 GHz以下。确切的频率范围因国家而异——在美国，频率范围在902 MHz到928 MHz之间。

与高频操作相比，在1 GHz以下操作具有以下优点：

一个不那么拥挤的频谱。

最大传输距离更大。

信号穿透性更好。

降低功耗。

该频段的缺点是限制了带宽，这也意味着数据速率有限。Wi-Fi HaLow 的数据吞吐量确实比 LoRaWan 高，我们将在下一节中看到。尽管如此，它可能更适合作为传统 Wi-Fi 网络的补充，而不是替代品。Wi-Fi HaLow 和其他 Wi-Fi 类型之间的频率差异降低了它们并排使用时发生干扰的风险。

Wi-Fi HaLow与LoRaWAN：范围和数据速率

理论上，LoRaWan可以覆盖数百公里的距离。实际上，它用于覆盖约5公里的距离。Wi-Fi HaLow的设计工作范围为1公里，但可以通过以网状配置部署网络来进一步扩大覆盖范围。即使考虑到这一点，LoRaWAN仍然具有更大的范围。

另一方面，Wi-Fi HaLow 代表了速度的大幅提升。LoRaWAN 的工作范围从 250 bps 到 22 Kbps。如图 2 所示，Wi-Fi HaLow 的数据吞吐量范围从长距离的 150 Kbps 到短距离的 78 Mbps。请注意，这些数字假设了单个空间流——Wi-Fi HaLow 最多可以使用四个空间流。

Wi-Fi HaLow和其他物联网通信标准的数据速率与距离。

图2:Wi-Fi HaLow和其他物联网通信标准的数据速率与距离。图片由Wi-Fi联盟提供

数据速率的差异对潜在应用产生了影响：与LoRaWAN不同，Wi-Fi HaLow可用于传输视频。它通常在无线安全摄像头的背景下进行讨论。

数据速率和调制

前两节将Wi-Fi HaLow与其他无线技术进行了比较。现在，让我们从更详细地了解数据吞吐量开始，根据其自身的优点来对其进行检查。

Wi-Fi HaLow使用以下类型的数据调制：

二进制和正交相移键控（BPSK和QPSK）。

16、64和256正交幅度调制（QAM）。

Wi-Fi HaLow的调制和编码方案（MCS）索引包括总共11个选项。其中，MCS 0到MCS 8可以使用1 MHz、2 MHz、4 MHz、8 MHz或16 MHz的信道。MCS 9提供了最高的数据速率，适用于除2 MHz信道外的任何带宽。最后，MCS 10（代表最低数据速率和最大传输范围）仅适用于1 MHz信道。

需要理解的关键一点是，数据速率和最大传输距离之间存在权衡，数据速率和功耗之间也存在权衡。Wi-Fi HaLow 的数据速率和调制选项范围广泛，并且能够对其进行调整，使用户能够自定义这些权衡，以满足不同应用的需求。

电力消耗

对于电池供电的物联网设备，功耗是一个主要考虑因素。设备的无线连接消耗的功率越多，更换电池的频率就越高。这既是一个成本问题，也是一个可靠性问题——如果电池没电了，设备就无法传输，数据就会丢失。此外，必须不断前往传感器所在位置更换电池，这根本不是一件有趣的事情。

Wi-Fi HaLow旨在用于这些类型的设备，因此它试图降低功耗。它做得很好。我们在文章开头附近提到了一个原因——它的低工作频率。

然而，不仅仅是频段会产生影响。图3比较了五种不同的1GHz以下无线技术的设备电池寿命，包括Wi-Fi HaLow。此图来自IMEC关于该主题的研究报告，其幻灯片可在此处获得。

不同亚1 GHz无线技术的电池寿命比较。

图3 不同低于1 GHz的无线技术的电池寿命比较。图片由Jeroen Famaey提供

如您所见，Wi-Fi HaLow提供了五个选项中最好的电池寿命。

Wi-Fi HaLow的多种节能模式有助于提高性能。这些模式减少了设备必须保持唤醒状态的时间，以避免被接入点丢弃并需要重新进行身份验证。有关Wi-Fi HaLow节能功能的详细信息，请参阅上一节中链接的Wi-Fi联盟白皮书。

Wi-Fi HaLow：它有什么好处？

至此，我们应该对Wi-Fi HaLow的优势有了相当的了解。概括来说，它提供了：

低功耗；延长连接设备的电池寿命。

中长距离数据传输。

数据吞吐量足够高，可以在相对较长的距离上传输视频。

根据应用要求调整数据速率的选项。

从一个接入点同时连接到具有不同需求的多个设备。

信号穿透力强，适用于节点之间无直接视线的网络。

在同一区域内，不会干扰高速Wi-Fi网络的运行频率。

那么，这如何转化为实际应用呢？我们在文章前面提到了远程安全摄像头，但Wi-Fi HaLow也有潜力用于智能建筑和智能农业。

工业建筑和农业设施都使用广泛的远程传感器和执行器网络。Wi-Fi HaLow提供了良好的可扩展性，传感器和执行器受益于其能效。同时，长距离和高信号穿透意味着与不仅远离接入点，而且被墙壁或密集植被隔开的节点有更好的连接。