Terwijl conventioneel Wi-Fi is het meest alomtegenwoordige draadloze communicatieprotocol dat tegenwoordig wordt gebruikt, heeft de snelle groei van het IoT een heroverweging van Wi-Fi geforceerd, waardoor technologische hiaten aan het licht zijn gekomen en welke rol het moet spelen in een allesomvattende verbonden wereld. De hogere eisen aan connectiviteit over lange afstanden en de lage stroomvereisten voor veel IoT- en machine-to-machine (M2M)-toepassingen luiden 802.11ah Wi-Fi HaLow dit jaar en de komende jaren steeds sneller in.
WiFi Halow technologie werd gestandaardiseerd door de IEEE 802.11ah-taakgroep en kreeg zijn naam van de Wi-Fi Alliance (WFA). Het werkt in de niet-gelicentieerde sub-1 gigahertz (GHz) frequentieband en biedt datasnelheden variërend van honderden kbits/s tot tientallen Mbits/s en over afstanden van tientallen meters tot meer dan een kilometer. Wi-Fi HaLow voldoet aan de schaalbaarheid, robuustheid en beveiligingseisen die nodig zijn om de meest uitdagende IoT-omgevingen aan te pakken.
Dus wat maakt Wi-Fi HaLow de ideale draadloze technologie om het IoT te ondersteunen? Hieronder staan 10 belangrijke redenen waarom Wi-Fi HaLow de fundamentele zwakheden van bestaande draadloze technologieën oplost.
- Energie-efficiëntie
De 802.11ah Wi-Fi HaLow-protocollen bevorderen het behoud van energie voor apparaten die lange tijd kunnen slapen. Dit maakt het breedste scala aan stroomopties mogelijk, van een kleine batterij voor toepassingen met een klein bereik tot apparaten met een grotere batterij en een hoger vermogen die meer dan 1 km reiken.
Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDM) met geavanceerde modulatie- en coderingsschema's biedt een hogere doorvoer met datasnelheden die zich aanpassen aan de kanaalomstandigheden. Hoe hoger de doorvoer, hoe korter de zendtijd van het bericht, wat betekent dat de radio sneller in slaap kan vallen en energie bespaart. Het listen-before-talk-protocol van WLAN betekent minder controverses op de media en minder energieverspilling bij het opnieuw verzenden van pakketten.
Wi-Fi HaLow inactieve en slaapstanden, gecombineerd met Morse Micro's gepatenteerde circuit ontwerptechnieken, zorgt voor de overdracht van meer bits per energie-eenheid en een lager inactief stroomverbruik om andere technologieën te evenaren.
- Datasnelheid
Wi-Fi HaLow biedt het breedste scala aan gegevenssnelheden voor IoT-toepassingen, zoals high-definition videocamera's die tientallen Mbits/s streamen voor toepassingen met lagere bitsnelheden, zoals temperatuursensoren, deursloten of mailboxen. Tarieven kunnen automatisch worden geschaald voor veranderingen in omstandigheden of afstand vanaf een toegangspunt (AP), net als bij wifi.
- RANGE
Wi-Fi HaLow levert 1 meter tot >1 km, sub-1 GHz smalbandsignalen en dekt een breder scala aan toepassingen, van slimme huizen tot grote magazijnen, zonder repeaters of meshes. De smalbandsignalen bereiken 10× bereik, 100× het gebied of 1000× het volume van traditionele 2.4 GHz Wi-Fi of Bluetooth en zelfs hoger voor een korter bereik 5 GHz Wi-Fi 5/6 (802.11ac/ax) en 6 GHz Wifi 6E (802.11ax) (Figuur 1).
Afbeelding 1: Wi-Fi HaLow – bereikt 1000× het volume van traditionele Wi-Fi. (Bron: Morse Micro)
- Penetratie door materiaal
De fysica is eenvoudig, hoe lager de frequentie, hoe beter de penetratie (propagatieverliezen in de vrije ruimte zijn lager) (Figuur 2). Wi-Fi HaLow gebruikt het 750 MHz – 950 MHz spectrum, dat 2.5× lager is dan de 2.4-GHz Bluetooth, Wi-Fi 4 of Zigbee, 5× lager dan 5-GHz Wi-Fi 5 en 6× lager dan 6- GHz wifi 6e. Variabiliteit van bouwmaterialen en indelingen van woningen en gebouwen heeft minder effect op HaLow-signalen.
Afbeelding 2: Wi-Fi HaLow biedt superieur bereik en penetratie door materiaal. (Bron: Morse Micro)
- Security
Wi-Fi HaLow vereist de meest geavanceerde WPA3-beveiliging voor authenticatie en codering van gegevens. Morse Micro ondersteunt bestaande WPA3 en toekomstige verbeteringen in Wi-Fi-beveiliging (Figuur 3). Hogere gegevenssnelheden van Wi-Fi HaLow maken snelle over-the-air (OTA) firmware-updates mogelijk, die veel draadloze langeafstandstechnologieën zoals LoRa of Sigfox niet kunnen bereiken zonder apparaten voor langere tijd offline te halen.
Afbeelding 3: Wi-Fi HaLow heeft het meest geavanceerde WPA3-beveiligingsprotocol gebruikt en ondersteunt over-the-air beveiligingsupgrades, zodat netwerken compromisloos blijven. (Afbeelding: Morse Micro)
- Netwerk data capaciteit
Wi-Fi HaLow specificeert een breed scala aan datasnelheden voor maximaal 8,191 apparaten per AP (Figuur 4). Meerdere signaleringsopties verminderen de overhead die nodig is om grotere hoeveelheden apparaten te beheren en te controleren. Een voorbeeld hiervan is het beperkte toegangsvenster (RAW), een unieke functie voor HaLow, waarmee een toegangspunt privileges kan verlenen aan een subset van stations om hun gegevens over te dragen terwijl anderen gedwongen worden te slapen, niet-urgente gegevens bufferen, of beide. Dit vermindert botsingen en maakt luchtgolven vrij voor actieve apparaten om meer gegevens over te dragen met de snelste modulatie- en coderingsschema's (MCS) die ze kunnen bereiken.
Afbeelding 4: Een enkel Wi-Fi HaLow-toegangspunt kan duizenden apparaten aanspreken. (Afbeelding: Morse Micro)
- Installatie/operationele kosten
Wi-Fi HaLow ondersteunt native IP-verkeer, net als traditionele Wi-Fi. Eenvoudige installatie vereist alleen een voor Wi-Fi HaLow geschikt AP of router. Er zijn geen eigen hubs of gateways nodig. De op sterren georiënteerde architectuur vereist geen complexe mazen van repeaters die berichten verzanden en beheerproblemen veroorzaken voor andere draadloze technologieën. Het maakt gebruik van licentievrij sub-1 GHz-spectrum zonder terugkerende abonnementskosten of data-abonnementen die nodig zijn bij mobiele netwerkproviders.
- Licentievrij spectrum
Een serviceprovidercontract is niet vereist, aangezien Wi-Fi HaLow niet afhankelijk is van mobiele serviceproviders. Net als bij traditionele wifi zijn klanten eigenaar van hun apparatuur en gebruiken ze licentievrij radiospectrum. De draadloze technologie werkt in de vergunningvrije frequentiebanden wereldwijd, variërend van 750 MHz tot 950 MHz. Het maakt geen gebruik van de frequenties van mobiele datadragers die gewoonlijk de kosten van licentiekosten en abonnementen absorberen. Er kunnen bepaalde gebruiksbeperkingen van toepassing zijn en deze kunnen per land verschillen.
- Interoperabiliteit & klantervaring
Wi-Fi HaLow is een wereldwijd erkende standaard die definieert hoe apparaten communiceren. Net als vorige generaties wifi, zorgen leveranciers van Wi-Fi HaLow-apparatuur voor interoperabiliteit door de richtlijnen van de Wi-Fi Alliance te volgen, die specificaties en certificeringsdiensten aan leden levert. Andere draadloze IoT-technologieën zijn eigendom van of hebben niet zo goed georganiseerde richtlijnen die van invloed kunnen zijn op de time-to-market, productkosten en klantervaring.
Gebruikers ervaren hetzelfde gebruiksgemak als traditionele wifi-netwerken. Voeg daarbij de eenvoud van Wi-Fi HaLow's enkele AP-oplossingen, die een hoger out-of-box installatiesucces bieden en de complexiteit en uitdagingen van alternatieve mesh-netwerkimplementaties elimineren.
- Native IP-ondersteuning
Native ondersteuning voor IP-verkeer is gedefinieerd in Wi-Fi HaLow, net als traditionele Wi-Fi. Met behulp van een Wi-Fi HaLow-router kunnen alle clientapparaten IPv4/IPv6-transportprotocollen gebruiken voor directe toegang tot internet voor cloudgebaseerde services en beheer van IoT-gegevens. Andere draadloze IoT-technologieën zoals Bluetooth, Zigbee, Z-Wave, LoRa en Sigfox vereisen een eigen gateway om al het lokale clientverkeer om te zetten in IP-verkeer voor internettoegang. Deze extra stadia van pakketverwerking zijn nodig om extra gegevens rond de pakketten te wikkelen, waardoor vertragingen worden toegevoegd en de efficiëntie van hun netwerken wordt verminderd.
In de beginfase van de implementatie wordt verwacht dat Wi-Fi HaLow zal worden gebruikt in zowel binnen- als buitentoepassingen waar standaard Wi-Fi geen bereik heeft, zoals in het geval van op batterijen werkende bewakingssystemen, draadloze camera's en deurbellen. Een andere typische use-case zijn grote locaties, waar een enkel HaLow-toegangspunt een groot aantal AP's kan vervangen, waardoor inefficiënte, complexe mesh-architecturen worden vermeden, de installatie wordt vereenvoudigd en de totale eigendomskosten worden verlaagd.
Industriële automatisering, procescontrolesensoren, gebouwautomatisering, magazijnen en winkels zullen deze technologie nodig hebben, zodat alles verbonden kan blijven in een steeds meer geautomatiseerde wereld. Inderdaad, Wi-Fi HaLow valt op door zijn veelzijdigheid.