Während konventionell Wi-Fi Da Wi-Fi das am weitesten verbreitete drahtlose Kommunikationsprotokoll ist, das heute verwendet wird, hat das schnelle Wachstum des IoT ein Umdenken in Bezug auf Wi-Fi erzwungen und dabei technologische Lücken und die Rolle, die es in einer allumfassenden vernetzten Welt spielen muss, offengelegt. Die höheren Anforderungen an Konnektivität über große Entfernungen und einen geringen Stromverbrauch für viele IoT- und Machine-to-Machine-Anwendungen (M2M) führen in diesem Jahr und in den kommenden Jahren zu einer immer schnelleren Einführung von 802.11ah Wi-Fi HaLow.
WLAN HaLow Technologie wurde von der IEEE 802.11ah Task Group standardisiert und erhielt seinen Namen von der Wi-Fi Alliance (WFA). Es arbeitet im nicht lizenzierten Frequenzspektrum unter 1 Gigahertz (GHz) und bietet Datenraten von Hunderten von Kbit/s bis zu mehreren zehn Mbit/s und über Entfernungen von mehreren zehn Metern bis über einen Kilometer. Wi-Fi HaLow erfüllt die Anforderungen an Skalierbarkeit, Robustheit und Sicherheit, die für die Bewältigung der anspruchsvollsten IoT-Umgebungen erforderlich sind.
Was macht Wi-Fi HaLow zur idealen drahtlosen Technologie zur Unterstützung des IoT? Im Folgenden sind 10 Hauptgründe aufgeführt, wie Wi-Fi HaLow die grundlegenden Schwächen bestehender drahtloser Technologien löst.
- Energieeffizienz
Die 802.11ah Wi-Fi HaLow-Protokolle fördern die Energieeinsparung für Geräte, die über einen langen Zeitraum schlafen können. Dies ermöglicht die breiteste Palette an Energieoptionen von einer kleinen Batterie für Anwendungen mit geringer Reichweite bis hin zu Geräten mit größerer Batterie und höherer Leistung, die über 1 km Reichweite haben.
Orthogonales Frequenzmultiplexing (OFDM) mit fortschrittlichen Modulations- und Codierungsschemata bietet einen höheren Durchsatz mit Datenraten, die sich an die Kanalbedingungen anpassen. Je höher der Durchsatz, desto kürzer ist die Sendezeit für Nachrichten, was bedeutet, dass das Radio schneller wieder einschlafen kann und Energie spart. Das Listen-before-talk-Protokoll von WLAN bedeutet weniger Konflikte in den Medien und weniger Energieverschwendung bei der erneuten Übertragung von Paketen.
Wi-Fi HaLow-Idle- und Sleep-Modi, kombiniert mit dem proprietären . von Morse Micro Schaltung Designtechniken, ermöglicht die Übertragung von mehr Bits pro Energieeinheit und einen geringeren Stromverbrauch im Leerlauf zu konkurrierenden Technologien.
- Datenrate
Wi-Fi HaLow bietet die größte Bandbreite an Datenraten für IoT-Anwendungen wie hochauflösende Videokameras, die Dutzende von Mbit/s an Anwendungen mit niedrigerer Bitrate wie Temperatursensoren, Türschlösser oder Mailboxen streamen. Die Tarife können automatisch bei Änderungen der Bedingungen oder der Entfernung von einem Zugangspunkt (AP) skaliert werden, genau wie bei Wi-Fi.
- Abdeckung
Wi-Fi HaLow liefert 1 Meter bis > 1 km, Sub-1 GHz-Schmalbandsignale und deckt ein breiteres Anwendungsspektrum ab, von Smart Homes bis hin zu großen Lagerhallen, ohne Repeater oder Meshes. Die Schmalbandsignale erreichen die 10-fache Reichweite, die 100-fache Reichweite oder die 1000-fache Lautstärke von herkömmlichem 2.4-GHz-Wi-Fi oder Bluetooth und sogar noch mehr für kürzere Reichweiten 5 GHz Wi-Fi 5/6 (802.11ac/ax) und 6 GHz WLAN 6E (802.11ax) (Figure 1).
Abbildung 1: Wi-Fi HaLow – erreicht das 1000-fache der Lautstärke von herkömmlichem Wi-Fi. (Quelle: Morse Micro)
- Durchdringung durch Material
Die Physik ist einfach, je niedriger die Frequenz, desto besser die Durchdringung (Freiraum-Ausbreitungsverluste sind geringer) (Figure 2). Wi-Fi HaLow verwendet das Spektrum 750 MHz – 950 MHz, das 2.5-mal niedriger ist als bei 2.4-GHz-Bluetooth, Wi-Fi 4 oder Zigbee, 5-mal niedriger als 5-GHz-Wi-Fi 5 und 6-mal niedriger als 6- GHz-WLAN 6e. Die Variabilität von Baumaterialien und Grundrissen von Häusern und Gebäuden hat weniger Auswirkungen auf HaLow-Signale.
Abbildung 2: Wi-Fi HaLow bietet überlegene Reichweite und Durchdringung durch Material. (Quelle: Morse Micro)
- Sicherheit
Wi-Fi HaLow erfordert die fortschrittlichste WPA3-Sicherheit für die Authentifizierung und Verschlüsselung von Daten. Morse Micro unterstützt bestehendes WPA3 und zukünftige Verbesserungen der Wi-Fi-Sicherheit (Figure 3). Höhere Datenraten von Wi-Fi HaLow ermöglichen schnelle Over-the-Air (OTA) Firmware-Updates, die viele drahtlose Langstreckentechnologien wie LoRa oder Sigfox nicht erreichen können, ohne Geräte für längere Zeit offline zu nehmen.
Abbildung 3: Wi-Fi HaLow verwendet das fortschrittlichste WPA3-Sicherheitsprotokoll und unterstützt Over-the-Air-Sicherheits-Upgrades, damit Netzwerke kompromisslos bleiben. (Bild: Morse-Mikro)
- Netzwerkdatenkapazität
Wi-Fi HaLow spezifiziert eine breite Palette von Datenraten für bis zu 8,191 Geräte pro AP (Figure 4). Mehrere Signalisierungsoptionen reduzieren den Overhead, der für die Verwaltung und Steuerung größerer Gerätemengen erforderlich ist. Ein solches Beispiel ist das Restricted Access Window (RAW), ein einzigartiges Feature für HaLow, das es einem AP ermöglicht, einer Teilmenge von Stationen Privilegien zu gewähren, ihre Daten zu übertragen, während andere gezwungen werden zu schlafen, nicht dringende Daten zu puffern oder beides. Dies reduziert Kollisionen und gibt Funkwellen für aktive Geräte frei, um mehr Daten mit den schnellsten Modulations- und Codierungsschemas (MCS)-Raten zu übertragen, die sie erreichen können.
Abbildung 4: Ein einzelner Wi-Fi HaLow Access Point kann Tausende von Geräten adressieren. (Bild: Morse-Mikro)
- Installations-/Betriebskosten
Wi-Fi HaLow unterstützt nativen IP-Datenverkehr, genau wie herkömmliches Wi-Fi. Eine einfache Installation erfordert nur einen Wi-Fi HaLow-fähigen AP oder Router. Es werden keine proprietären Hubs oder Gateways benötigt. Die sternorientierte Architektur erfordert keine komplexen Netze von Repeatern, die Nachrichten blockieren und Verwaltungsprobleme für andere drahtlose Technologien verursachen. Es verwendet lizenzfreies Sub-1-GHz-Spektrum ohne wiederkehrende Abonnementgebühren oder Datentarife, die bei Mobilfunkanbietern erforderlich sind.
- lizenzfreies Spektrum
Ein Dienstanbietervertrag ist nicht erforderlich, da Wi-Fi HaLow nicht auf Mobilfunkanbieter angewiesen ist. Wie bei traditionellem Wi-Fi besitzen die Kunden ihre Geräte und nutzen lizenzfreies Funkspektrum. Die Funktechnologie arbeitet weltweit in den lizenzfreien Frequenzbändern von 750 MHz bis 950 MHz. Es nutzt nicht die Frequenzen von Mobilfunkdatenträgern, die normalerweise die Kosten für Lizenzgebühren und Abonnements decken. Es können bestimmte Nutzungsbeschränkungen gelten, die je nach Land variieren können.
- Interoperabilität & Kundenerfahrung
Wi-Fi HaLow ist ein weltweit anerkannter Standard, der definiert, wie Geräte kommunizieren. Ähnlich wie bei früheren Wi-Fi-Generationen stellen die Anbieter von Wi-Fi HaLow-Geräten die Interoperabilität sicher, indem sie den Richtlinien der Wi-Fi Alliance folgen, die den Mitgliedern Spezifikationen und Zertifizierungsdienste bereitstellt. Andere drahtlose IoT-Technologien sind entweder proprietär oder verfügen nicht über eine so gut organisierte Anleitung, die sich auf die Markteinführungszeit, die Produktkosten und das Kundenerlebnis auswirken kann.
Benutzer erleben die gleiche Benutzerfreundlichkeit wie bei herkömmlichen Wi-Fi-Netzwerken. Hinzu kommt die Einfachheit der einzelnen AP-Lösungen von Wi-Fi HaLow, die einen höheren Installationserfolg bieten und die Komplexität und Herausforderungen alternativer Mesh-Netzwerkbereitstellungen beseitigen.
- Native IP-Unterstützung
Die native Unterstützung für IP-Datenverkehr ist in Wi-Fi HaLow ähnlich wie bei herkömmlichem Wi-Fi definiert. Mit einem Wi-Fi HaLow-fähigen Router können alle Client-Geräte IPv4/IPv6-Transportprotokolle für den direkten Zugriff auf das Internet für Cloud-basierte Dienste und die Verwaltung von IoT-Daten verwenden. Andere drahtlose IoT-Technologien wie Bluetooth, Zigbee, Z-Wave, LoRa und Sigfox erfordern ein proprietäres Gateway, um den gesamten lokalen Client-Verkehr für den Internetzugang in IP-Verkehr umzuwandeln. Diese zusätzlichen Stufen der Paketverarbeitung sind erforderlich, um zusätzliche Daten um die Pakete zu wickeln, wodurch Verzögerungen hinzugefügt und die Effizienz ihrer Netzwerke verringert wird.
In der Anfangsphase der Bereitstellung soll Wi-Fi HaLow sowohl in Innen- als auch in Außenanwendungen eingesetzt werden, bei denen Standard-Wi-Fi nicht erreichbar ist, wie im Fall von batteriebetriebenen Überwachungssystemen, drahtlosen Kameras und Türklingeln. Ein weiterer typischer Anwendungsfall wären große Veranstaltungsorte, in denen ein einzelner HaLow-Zugangspunkt eine große Anzahl von APs ersetzen kann, wodurch ineffiziente, komplexe Mesh-Architekturen vermieden, die Installation vereinfacht und die Gesamtbetriebskosten gesenkt werden.
Industrieautomation, Prozesssteuerungssensoren, Gebäudeautomation, Lagerhallen und Einzelhandelsgeschäfte werden unter anderem diese Technologie benötigen, damit in einer zunehmend automatisierten Welt alles verbunden bleibt. Tatsächlich zeichnet sich Wi-Fi HaLow durch seine Vielseitigkeit aus.