利用Wi-Fi HaLow技術(shù)，構(gòu)建未來智能建筑

當(dāng)消費(fèi)者已經(jīng)接受了依靠便捷、聯(lián)網(wǎng)設(shè)備來實(shí)現(xiàn)家居功能自動(dòng)化的概念時(shí)，智能建筑也是如此。手動(dòng)設(shè)置恒溫器或自動(dòng)計(jì)時(shí)器的日子已經(jīng)一去不復(fù)返?，F(xiàn)在，可以隨時(shí)隨地通過智能手機(jī)應(yīng)用程序甚至云AI控制這些功能。例如，機(jī)器學(xué)習(xí)算法可以通過識(shí)別特定房間的低占用率，從而關(guān)閉暖通空調(diào)系統(tǒng)和照明，來幫助節(jié)約能源。

寬帶連接提供了充足的帶寬和低延遲性，但事實(shí)證明，調(diào)制解調(diào)器和設(shè)備之間的良好無線連接卻難以實(shí)現(xiàn)。

這種情況一直持續(xù)到現(xiàn)在。

W-Fi聯(lián)盟命名的Wi-Fi HaLow技術(shù)，已由IEEE 802.11ah任務(wù)組進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化。與傳統(tǒng)Wi-Fi相比，Wi-Fi HaLow使用更低的頻率和更窄的頻帶信道，其綜合效果是連接的范圍更廣，總能耗更低。設(shè)備可以與1公里以外的接入點(diǎn)（AP）通信，這取決于所需的應(yīng)用程序吞吐量和各國對(duì)無線電系統(tǒng)的規(guī)定。對(duì)于一些占地?cái)?shù)平方公里的清潔能源系統(tǒng)來說，Wi-Fi HaLow可以將8000多臺(tái)設(shè)備連接到一個(gè)接入點(diǎn)（AP）。  

圖1 Wi-Fi HaLow優(yōu)勢(shì)

雖然傳統(tǒng)的Wi-Fi是目前使用最普遍的無線通信協(xié)議，但物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展迫使人們重新思考Wi-Fi，揭示了技術(shù)差距，以及在一個(gè)無所不包的互聯(lián)綠色世界中，Wi-Fi需要發(fā)揮什么樣的作用。許多物聯(lián)網(wǎng)和機(jī)對(duì)機(jī)（M2M）應(yīng)用，對(duì)遠(yuǎn)程連接和低功耗的更高要求，使得Wi-Fi HaLow在今后以越來越快的速度發(fā)展。

簡(jiǎn)化企業(yè)門禁系統(tǒng)架構(gòu)

在大型商業(yè)建筑，安全網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備通常包括電插鎖、電磁鎖、混合智能鎖。該網(wǎng)絡(luò)中的其它組件，包括每扇門外的外部鍵盤或RFID卡掃描儀，以及每扇門內(nèi)的外出觸發(fā)器，如被動(dòng)紅外（PIR）傳感器和出口（REX）按鈕。

典型的安裝需要將安保人員的電腦連接到控制站，控制站使用電線網(wǎng)絡(luò)來控制用于給鎖具供電或改變其狀態(tài)的低壓電力變壓器。另一種方法可能使用以太網(wǎng)供電（PoE），向網(wǎng)關(guān)控制器設(shè)備提供控制信號(hào)和電源，最遠(yuǎn)距離為100米。一些系統(tǒng)使用PoE和RS-485協(xié)議的混合配電網(wǎng)絡(luò)，到達(dá)房間附近的專有接入點(diǎn)，每扇房門都有無線智能鎖。

Wi-Fi HaLow簡(jiǎn)化了這種設(shè)備網(wǎng)絡(luò)，不僅降低了基礎(chǔ)設(shè)施的成本，而且還降低了安裝成本和時(shí)間，并減少了電池更換和固件更新帶來的系統(tǒng)維護(hù)成本。該標(biāo)準(zhǔn)提供了一種簡(jiǎn)化的星型拓?fù)浼軜?gòu)，用于連接高密度的傳感器和門鎖控制器，并可以直接集成到電池操作的門鎖裝置中，而不需要中間的子網(wǎng)關(guān)或?qū)Ｓ锌刂破?。網(wǎng)絡(luò)可以像Wi-Fi HaLow AP一樣簡(jiǎn)單，在每一層連接一根PoE電纜。然后，每個(gè)鎖都能夠作為基于場(chǎng)地或基于云端的設(shè)備進(jìn)行操作。

圖2 Wi-Fi HaLow可達(dá)到與傳統(tǒng)Wi-Fi10倍的距離、100倍的面積和1000倍的容量，并通過單個(gè)接入點(diǎn)安全地連接數(shù)千臺(tái)設(shè)備

Wi-Fi HaLow還可用作回程網(wǎng)絡(luò)，取代主干網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備區(qū)域之間的低速電纜。安裝、移動(dòng)或更改RS-485或PoE網(wǎng)絡(luò)以添加功能，需要花費(fèi)大量的材料和人力成本。如果系統(tǒng)架構(gòu)師需要為無線門鎖增加視頻或其它多因素認(rèn)證，Wi-Fi HaLow有能力滿足這些需求。

樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)（BAS）

Wi-Fi HaLow還可以提高商業(yè)建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)的使用效率并優(yōu)化成本?？紤]一下為大型辦公樓降溫的例子。這個(gè)由壓縮機(jī)、傳感器、溫控器和阻尼器組成的整個(gè)網(wǎng)絡(luò)可以聯(lián)網(wǎng)，向現(xiàn)場(chǎng)或云端的建筑管理系統(tǒng)（BMS）監(jiān)控器提供建筑性能的深層視圖。構(gòu)建該網(wǎng)絡(luò)的傳統(tǒng)方法依賴于在大多數(shù)這些組件上安裝有線電源和信號(hào)連接。一些系統(tǒng)含有短距離的無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，包括802.15.4 Zigbee或傳感器設(shè)備專有無線電。專有集線器或網(wǎng)關(guān)的幾個(gè)階段在從這些設(shè)備到互聯(lián)網(wǎng)BMS路徑上增加了延遲、延時(shí)，并且有數(shù)據(jù)吞吐量的限制。

與這些有線和專有無線技術(shù)相比，Wi-Fi HaLow集成電路具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。因Wi-Fi HaLow在低于1 GHz的頻率范圍內(nèi)運(yùn)行，使用窄帶信道，比有線或2.4GHz無線技術(shù)更易穿透墻壁、天花板、地板和物體，所以設(shè)備可以更少的限制放置在需要的地方。這消除了多級(jí)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)連接和中繼器，降低了基礎(chǔ)設(shè)施成本和消耗能源的設(shè)備數(shù)量。

安全和互通

Wi-Fi HaLow與其它IEEE 802.11的 Wi-Fi版本一樣，是一種固有的安全無線協(xié)議，支持最新的Wi-Fi認(rèn)證要求（WPA3）和遠(yuǎn)程（OTA）傳輸?shù)腁ES加密，其數(shù)據(jù)速率可以實(shí)現(xiàn)安全的遠(yuǎn)程（OTA）固件升級(jí)。

與其它類型的Wi-Fi一樣，Wi-Fi HaLow是全球公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)（IEEE 802.11ah），定義了連接設(shè)備如何進(jìn)行身份驗(yàn)證和安全通信。采用Wi-Fi HaLow的設(shè)備供應(yīng)商可以保證其產(chǎn)品和網(wǎng)絡(luò)將按照Wi-Fi聯(lián)盟的開發(fā)指南實(shí)現(xiàn)互通。因Wi-Fi HaLow是IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)的一部分，Wi-Fi HaLow網(wǎng)絡(luò)也能與Wi-Fi 4、Wi-Fi 5及Wi-Fi 6網(wǎng)絡(luò)共存，而不影響其射頻性能。

傳統(tǒng)Wi-Fi的網(wǎng)絡(luò)擁堵、距離限制和更高的功耗，以及可連接到單個(gè)無線接入點(diǎn)的設(shè)備數(shù)量有限，在智能建筑的互聯(lián)世界中已不再可行。這些限制阻礙了各行各業(yè)正在興起的以物聯(lián)網(wǎng)為中心的新商業(yè)模式，這些模式需要更大的容量、范圍、并用電池來運(yùn)行，同時(shí)最大限度地降低部署成本和時(shí)間。

隨著Wi-Fi HaLow無線技術(shù)的發(fā)展，拆除舊線然后安裝新線的概念將成為過去。