通过Wi－Fi HaLow智能家居变得更加聪明

作者：Vahid Manian，摩尔斯微（Morse Micro）首席运营官(www.morsemicro.com)

有了智能家居，消费者已经接受了依靠方便的互联网连接，实现家居功能自动化的概念，尤其是在当今出现疫情的情况下。手动设置恒温器或是用机械定时器开关电灯的日子已经一去不复返了。现在，通过智能手机应用，甚至云中的人工智能（AI），可以随时随地实现这些功能。

事实上，根据知名调研机构ABI Research的数据，“尽管疫情对全球造成了影响，但2020年消费者的智能家居支出仍出现增长。到2026年，智能家居市场将达到3,170亿美元，比疫情之前的预测增长5%。”

此外，美国权威调研机构Parks Associates的研究发现：“美国拥有宽带的家庭，平均连接12台设备，到2025年将增加到20台。”

随着未来五年智能家居消费和家中连接设备数量的增长，人们自然会担心可能出现的服务中断和多台设备之间的无线连接问题。

宽带连接服务为家庭提供了充足的带宽和低延迟性，但事实证明，调制解调器和设备之间的无线连接，是不稳定的。

传统Wi-Fi的缺点

Wi-Fi似乎是将一切联系在一起的最后一个环节。制造商们争相满足对联网家电、安全系统、门锁、开关、灯、百叶窗、车库开门器和虚拟助理扬声器的需求。通过为家庭用户提供新的便利和实用性，同时收集分析和扩展诊断能力，制造商不断寻找能抵消互联设备额外制造和维护成本的方法。消费者认为设备制造商已经找到安全、可靠的架构来部署和维护其服务。

然而，在这些互联产品的不同使用场景中，有几个共同的问题困扰着大家：传统Wi-Fi连接的高功耗、由于不同的建造工艺和建筑材料而造成的死角和覆盖范围差、拥挤的2.4GHz和5GHz工作频、复杂的部署/设置程序，以及黑客可以利用的安全漏洞。

消费者对简单、可靠和安全连接的期望，促使制造商拼凑出各种专有无线技术，这些技术的安装和安全维护成本都很高。

由于没有更好的长远解决方案，制造商只好求助于耗电大的移动数据技术，该技术会不断产生月租费和不可预测的数据使用费。黑客还可以利用保护薄弱的认证协议这一安全漏洞，这些协议不具备OTA（远程升级）更新的能力来应对新的威胁。

Wi-Fi HaLow：专为未来的智能家居而设计

IEEE 802.11ah Wi-Fi HaLow专为物联网设备的特定需求而设计：更远的距离、更低的功耗、更佳的穿透力、充足的带宽、改进的网络容量、易于部署和安装、生命周期安全、OTA（远程升级）更新和低材料成本。

图： Wi-Fi HaLow的远距离、优异的信号穿透力和低功耗特性，与智能家居网络相得益彰

尤其是Wi-Fi HaLow提供的范围是传统Wi-Fi的10倍，面积是传统Wi-Fi的100倍，容量是传统Wi-Fi的1,000倍，并且HaLow接入点能够连接到8,000多台设备，因此该技术成为智能家居预计连接设备数量的理想选择。

更远距离

Wi-Fi HaLow采用1GHz以下较窄信道，比传统Wi-Fi的传输距离远十倍，无需网络扩展器。这样电池驱动的摄像头可以放置在更需要的地方，比如在门外或车库外。照明系统和扬声器可以从一个接入点（AP）进行控制，无论灯具是在室内还是在花园里。为客户提供远达100米远的解决方案，而无需额外的扩展器或数据流量，这是一个巨大的竞争优势。

更低功耗

Wi-Fi HaLow比传统的Wi-Fi需要更少的电力来达到更远的距离，同时提供足够的双向数据传输。IEEE 802.11ah规定了各种新的睡眠模式，允许设备长时间处于极低功率状态，从而节省电池能量。

图：与笔记本电脑或手机不同，物联网设备的电池更小，期待电池可持续数年而非数天

信号穿透力和带宽

Wi-Fi-HaLow信号穿透建筑物的能力，会减少客户投诉和产品退货，而这正是普通Wi-Fi产品所面临的问题。Wi-Fi HaLow使用的较低频率比使用2.4GHz和5GHz的Wi-Fi能更好地穿透各种建筑材料，同时功耗更低。

Wi-Fi HaLow采用OFDM调制来校正反射和多径环境。设备制造商可以保证HaLow与AP（接入点）的稳定连接，无论其产品是置于室内还是室外，地下室或是阁楼里。这就免去了为全球各地的消费者提供专有集线器或桥接设备的复杂性和成本。

与传统Wi-Fi类似，Wi-Fi HaLow还可以根据信号完整性和与AP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，支持从150Kbps到40Mbps的带宽，适用于单流、单天线（1x1）产品，使用的信道宽度在1、2、4和8MHz之间变化，并使用可选的16MHz宽信道可支持高达80Mbps的能力。自动选择最合适的MCS速率，确保数据的快速传输。

这一点很重要，因为数据传输速度越快，所耗的电池能量就越少，设备使用无线电波的时间也就越短，从而让“路”给其他设备。

保持安全连接

作为IEEE 802.11企业级安全标准的一部分，安全性占据了首要位置。Wi-Fi HaLow采用了最新的WPA3安全协议，以及加密信息和独特的ID技术，以实现安全启动。高数据速率允许安全的无线固件升级，并支持UDP和TCP/IP协议。本地IP支持意味着不需要网桥或网关。

图：Wi-Fi HaLow得益于最先进的企业级WPA3安全协议标准

处理多台连接设备的能力

单个Wi-Fi HaLow AP最多可覆盖8,191个设备。这应该足以满足每个灯泡、门锁、窗帘、扬声器、显示器、恒温器、热水锅炉、冰箱、烟雾探测器、开关、太阳能电池板、摄像头、汽车充电器以及所有可以想象的未来智能家居设备。

典型的家庭Wi-Fi路由器只能支持几十台设备。如果由宽带服务商将Wi-Fi HaLow部署到各个家庭里，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”，以获得额外的收入。

HaLow是一种星型网络拓扑结构，因此不会受到网状网络的容量问题的影响。在网状网络中，无线电频谱会因为重复发送相同的信息而变得拥塞。

传统Wi-Fi的网络拥塞、距离限制和较高的功耗，以及可连接到单个无线接入点的设备数量有限，这些都不再适用于智能设备的互联世界。这种局限性阻碍了在智能家居和其他行业正在出现的以物联网为中心的新商业模式，这些模式需要更大的容量、更广的覆盖范围和更长的运行时间，同时最小化部署成本和时间，而所有这些都是Wi-Fi HaLow非常理想的特性。