Wi-Fi HaLow與LoRaWAN對比
構(gòu)成物聯(lián)網(wǎng)(IoT)的智能互聯(lián)設備繼續(xù)成倍增長。一些預測認為,全球物聯(lián)網(wǎng)設備的數(shù)量將在2030年達到290多億臺;另一些預測說這個數(shù)字將接近1290億。無論大家選擇相信哪個數(shù)字,確定的是,物聯(lián)網(wǎng)正在迅速增長。而且,隨著這一增長,人們對物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡的期望也隨之增長。
本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/202306/448129.htmLoRaWAN于2015年發(fā)布,LoRa聯(lián)盟將其描述為“一種低功耗的廣域網(wǎng)(LPWA)網(wǎng)絡協(xié)議,旨在將電池供電的設備無線連接到各個地區(qū)、國家或全球網(wǎng)絡中……”。LoRa聯(lián)盟是一個開放的非營利組織,致力于推廣LoRaWAN。
LPWA網(wǎng)絡(LPWANs)通常在開放的郊區(qū)環(huán)境提供0.3 Kbps到50 Kbps的數(shù)據(jù)速率,連接范圍可達十公里1,并且通常由服務提供商管理。LoRaWAN和其他LPWAN一樣,為電池供電的傳感器設備提供低帶寬連接。LoRaWAN通常有足夠的帶寬用于通信少量的傳感器數(shù)據(jù),但不足以支持遠程升級。盡管物聯(lián)網(wǎng)安全是世界各國政府關(guān)注的重點,但低數(shù)據(jù)速率也嚴重制約了LPWANs的安全性。
新型協(xié)議
Wi-Fi HaLow是為直接應對物聯(lián)網(wǎng)激增而從頭開始設計的。作為Wi-Fi聯(lián)盟發(fā)布的最新MAC/PHY(介質(zhì)訪問控制/物理層)認證,Wi-Fi HaLow結(jié)合了IEEE 802.11ah,并為遠距離、低功耗、安全的物聯(lián)網(wǎng)應用,提供了當今最全面、功能最豐富的協(xié)議。根據(jù)Wi-Fi聯(lián)盟的說法,Wi-Fi HaLow是“提供連接范圍、吞吐量、密度、低功耗操作、低部署成本最佳組合的物聯(lián)網(wǎng)無線標準”。
Wi-Fi HaLow與LoRaWAN概覽
Wi-Fi HaLow與LoRaWAN對比情況如何?
LoRaWAN | Wi-Fi HaLow | |
容量 (AP) | 120臺設備 | 8,000+ 設備 |
安全性 | 差 | 優(yōu) |
覆蓋范圍 | 10公里 | 1公里 |
能源效率 | 低 | 高 |
穿透性 | 優(yōu) | 優(yōu) |
多樣性 | 免許可、可互操作,但基于專有標準 | 免許可、可互操作,基于開放的國際標準 |
數(shù)據(jù)速率(SISO) | 0.3 - 50 Kbps | 150 Kbps - 86.7 Mbps(16 MHz信道中的1x1) |
無與倫比的可擴展性
單個Wi-Fi HaLow接入點(AP)可以處理成千上萬的設備,這為部署大量連接設備的企業(yè)提供了卓越的可擴展性,以實現(xiàn)操作自動化、通信和設施維護的便利。
另一方面,根據(jù)英國蘭卡斯特大學(Lancaster University)最近的一項研究,一個LoRaWAN網(wǎng)關(guān)可以支持120個終端設備(基于每個終端設備每16.7分鐘傳輸20個字節(jié)的假設)。
守護物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境的安全性
作為IEEE 802.11 Wi-Fi協(xié)議,Wi-Fi HaLow遵守全球公認的連接設備安全認證和通信標準,支持最新的Wi-Fi認證要求(WPA3)和遠程升級(OTA)的AES加密,其數(shù)據(jù)速率能夠?qū)崿F(xiàn)安全的遠程固件升級。此外,Wi-Fi HaLow可以輕松適應未來物聯(lián)網(wǎng)安全要求和變化。由于這被視為最佳實踐,Wi-Fi聯(lián)盟在開發(fā)任何安全相關(guān)協(xié)議(例如Easy Connect)時都會采用正式的外部安全審查2。
然而,LoRaWAN并沒有提供同等的安全保證,似乎也沒有經(jīng)過安全專家的正式外部審查。LoRa聯(lián)盟聲稱,“LoRaWAN在設計上非常安全,而且身份驗證和加密是強制性的”,但隨后承認,“如果安全密鑰沒有得到安全保護,如果沒有在不同設備之間進行隨機化,或者如果曾經(jīng)使用過的加密數(shù)字(nonces)被重復使用,網(wǎng)絡和設備可能會受到損害?!?一些安全研究人員已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了這些漏洞,例如在《物聯(lián)網(wǎng)》(Internet of Things)雜志上發(fā)表的一篇文章中,該文章發(fā)現(xiàn)“[LoRaWAN]存在一些安全和隱私漏洞,這些漏洞可能會危及可用性、身份驗證和隱私?!边€請注意,雖然使用了AES加密,但LoRaWAN使用的計數(shù)器模式存在嚴重缺陷3。此外,由于數(shù)據(jù)包較小,LoRaWAN無法解決當前的安全問題或適應物聯(lián)網(wǎng)未來的安全要求。
優(yōu)異的連接范圍
使用Wi-Fi HaLow的設備能夠在超過1公里的范圍內(nèi)使用sub-1 GHz頻段與另一個設備進行通信,并且有相對較高的數(shù)據(jù)速率4。Sub-1 GHz信號在穿過墻壁和其他障礙物方面也表現(xiàn)卓越。
相比之下,使用相同頻段的LoRaWAN在郊區(qū)環(huán)境中的覆蓋范圍可達10公里,但數(shù)據(jù)傳輸速率較低,而且只有在障礙物較少的地方才能傳輸。這使LoRaWAN成為郊區(qū)環(huán)境部署的理想選擇,例如,大型農(nóng)場希望在幾十公里內(nèi)連接不同的傳感器。然而,在城市環(huán)境中,LoRaWAN的覆蓋范圍可能會減少,并且在高樓大廈的環(huán)境中可能會失去連接,因為LoRaWAN上行鏈路使用低效的純Aloha MAC協(xié)議5。
卓越的能源效率
Wi-Fi HaLow只需要其他版本W(wǎng)i-Fi的一小部分功率。相比之下,LoRaWAN是一種低功耗協(xié)議,將設備分為三個等級(A、B和C),其中A級設備主要是為了提高能效而設計的。對于希望擴大物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡規(guī)模并發(fā)送超過幾個字節(jié)的傳感器數(shù)據(jù)的企業(yè)來說,LoRaWAN無法與Wi-Fi HaLow網(wǎng)絡的能源效率(傳輸一個單位的信息所需的能量)相提并論。
免許可且可互操作
Wi-Fi HaLow和LoRaWAN都使用免許可和類許可的sub-1頻段,范圍在850 MHz至950 MHz。Wi-Fi聯(lián)盟的認證計劃讓消費者相信,所有Wi-Fi CERTIFIED HaLowTM品牌的產(chǎn)品都可以互操作。LoRa聯(lián)盟為LoRaWAN產(chǎn)品提供針對LoRaWAN規(guī)范的認證,而不是互操作性測試。
較快的數(shù)據(jù)速率
Wi-Fi HaLow提供一系列非常適合物聯(lián)網(wǎng)設備的數(shù)據(jù)速率。在1MHz的最窄帶寬下使用單一空間流,可提供從使用具有BPSK調(diào)制的MCS 10的150Kbps的數(shù)據(jù)速率,到使用MCS 9的4.4Mbps的最高速率。在8 MHz操作信道中,單流Wi-Fi HaLow 接入點可以支持各種物聯(lián)網(wǎng)設備,從以低至150 Kbps的速率發(fā)送1 MHz數(shù)據(jù)包的極低功率傳感器,到以高達43 Mbps的速率發(fā)送8 MHz數(shù)據(jù)包。這一吞吐量大大超過了LoRaWAN的數(shù)據(jù)傳輸速率(0.3Kbps-50Kbps)。LoRaWAN的低數(shù)據(jù)速率只能用于傳輸極小數(shù)據(jù)包的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡。
未來走向
雖然LoRaWAN經(jīng)常被奉為一種用于遠距離、低功耗網(wǎng)絡的通用協(xié)議,但現(xiàn)實往往達不到物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)者的期望。大多數(shù)現(xiàn)實世界的物聯(lián)網(wǎng)應用需要比LoRaWAN目前或未來能夠提供的更高的網(wǎng)絡容量、更快的數(shù)據(jù)速率和更強大的安全性。這些現(xiàn)實世界的需求指向一個更優(yōu)的無線解決方案:Wi-Fi HaLow,首個為物聯(lián)網(wǎng)需求優(yōu)化的Wi-Fi標準。
1 https://en.wikipedia.org/wiki/Low-power_wide-area_network
2 https://www.wi-fi.org/discover-wi-fi/wi-fi-easy-connect
3 https://www.cyber-threat-intelligence.com/publications/IoTDI2018-LoraWAN.pdf
4 https://www.wi-fi.org/beacon/neil-weste/the-future-of-farming-testing-the-rural-range-of-wi-fi-certified-halow
5 https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0140366422002444
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