Wi-Fi技術(shù)對(duì)比：Wi-Fi HaLow與Wi-Fi 6

隨著物聯(lián)網(wǎng)（IoT）設(shè)備數(shù)量的激增（根據(jù)預(yù)測(cè)，至2025年物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的總數(shù)量將超過(guò)400億臺(tái)），對(duì)于快速、節(jié)能和安全連接的期望也在飆升。這種對(duì)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的巨大增長(zhǎng)和需求，顯現(xiàn)出當(dāng)前聯(lián)機(jī)協(xié)議中的空隙，無(wú)線技術(shù)創(chuàng)新者也正在競(jìng)相填補(bǔ)這些空隙。

什么是Wi-Fi CERTIFIED 6？

Wi-Fi 6是最新一代的Wi-Fi技術(shù)，適用于2.4GHz、5GHz和6GHz免許可和類(lèi)許可頻段，指定用于采用IEEE 802.11ax規(guī)范的產(chǎn)品。

前幾代產(chǎn)品包括用于2.4 GHz和5 GHz頻段的Wi-Fi 4（IEEE 802.11n）和用于5 GHz頻段的Wi-Fi 5（IEEE 802.11ac）。為2.4GHz和/或5GHz頻段設(shè)計(jì)的Wi-Fi 6設(shè)備也與早期的Wi-Fi技術(shù)向后兼容，包括IEEE 802.11a、IEEE 802.11b和IEEE 802.11g，此意味著Wi-Fi 6傳輸封包數(shù)據(jù)時(shí)會(huì)有額外成本，包括更長(zhǎng)的封包數(shù)據(jù)傳輸前導(dǎo)碼和額外的保護(hù)機(jī)制。

根據(jù)Wi-Fi聯(lián)盟表示，Wi-Fi 6強(qiáng)調(diào)「在體育場(chǎng)和其他公共場(chǎng)所等擁有數(shù)百或數(shù)千臺(tái)連接設(shè)備的場(chǎng)所，以及在那些使用高帶寬應(yīng)用的企業(yè)網(wǎng)絡(luò)中能實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的連接」。我們談?wù)摰氖侨萘?、能耗、覆蓋范圍以及當(dāng)今用戶(hù)在繁忙環(huán)境中所需的性能。因此，主要適用于5GHz和6GHz頻段的高傳輸量、短距離應(yīng)用，如網(wǎng)絡(luò)游戲和虛擬現(xiàn)實(shí)。

關(guān)于Wi-Fi CERTIFIED HaLow

Wi-Fi HaLow是Wi-Fi聯(lián)盟認(rèn)證的最新MAC/PHY協(xié)議2，專(zhuān)為滿(mǎn)足物聯(lián)網(wǎng)的需求而設(shè)計(jì)，提供比Wi-Fi 4、Wi-Fi 5或Wi-Fi 6更遠(yuǎn)的連接距離和更低的功耗。Wi-Fi HaLow可滿(mǎn)足具有挑戰(zhàn)性環(huán)境的獨(dú)特要求，能夠?qū)崿F(xiàn)工業(yè)、農(nóng)業(yè)、智慧建筑、智慧城市環(huán)境中各種物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用案例。

一目了然： Wi-Fi HaLow與Wi-Fi 6比較

并非所有Wi-Fi都是一樣的，尤其是在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用方面。下表根據(jù)家庭和企業(yè)最看重的功能，對(duì)IEEE 802.11ah Wi-Fi HaLow和802.11ax Wi-Fi 6進(jìn)行了比較。

表一：Wi-Fi HaLow與Wi-Fi 6比較

連接深度和廣度

Wi-Fi HaLow在sub-1 GHz頻段運(yùn)行，頻道相對(duì)較窄，通常在1 MHz至8 MHz之間（盡管IEEE 802.11ah也規(guī)定了16 MHz頻道）。功耗極低的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備可使用1MHz或2 MHz頻道，而對(duì)吞吐量要求較高的遠(yuǎn)距離、低功耗攝影機(jī)則可以使用4MHz和8 MHz頻道。較窄的頻道加上850 MHz和950 MHz之間的sub-1 GHz的RF頻率，以及范圍優(yōu)化的調(diào)制和編碼設(shè)計(jì)（modulation and coding scheme；MCS）速率，使Wi-Fi HaLow的傳輸距離超過(guò)1公里。這是Wi-Fi 6（100米）覆蓋范圍的10倍。

此外，Wi-Fi HaLow使用sub-1 GHz的信號(hào)，比2.4GHz、5GHz和6GHz的Wi-Fi 6信號(hào)能更有效地穿過(guò)墻壁和其他障礙物，無(wú)論障礙物的結(jié)構(gòu)材料如何。

Wi-Fi 6支持具備資源單元（resource unit；RU）分配的OFDMA（正交頻分多址），允許多個(gè)客戶(hù)端同時(shí)從一個(gè)接入點(diǎn)（AP）接發(fā)信號(hào)。雖然這看起來(lái)提供了更窄的頻道，但實(shí)際的最小頻道寬度和采樣率仍保持在20MHz，無(wú)法提供與 Wi-Fi HaLow 使用窄通道相同的節(jié)能效果。

接入點(diǎn)容量

單個(gè)Wi-Fi HaLow 接入點(diǎn)（AP）可處理多達(dá)8,191臺(tái)設(shè)備，是Wi-Fi 6 AP（僅支持2,007臺(tái)設(shè)備）的四倍。這大大增加了能連接的LED燈泡、智慧門(mén)鎖和安全攝影機(jī)的數(shù)量，更不用說(shuō)智慧建筑和工廠所采用的大量自動(dòng)化設(shè)備。在智慧家居環(huán)境中，Wi-Fi 6路由器通常支持?jǐn)?shù)十臺(tái)設(shè)備，而寬帶服務(wù)提供商安裝在各個(gè)家庭的單一Wi-Fi HaLow AP可以輕松擴(kuò)展，滿(mǎn)足任何家庭的物聯(lián)網(wǎng)需求。

安全性

Wi-Fi HaLow和Wi-Fi 6都采用IEEE 802.11協(xié)議，意味著兩者都遵守全球公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)定義了連網(wǎng)設(shè)備如何進(jìn)行身份驗(yàn)證和安全通信。兩者都支持Wi-Fi聯(lián)盟最新的認(rèn)證安全要求（WPA3）和遠(yuǎn)程升級(jí)（OTA）高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)傳輸速率可實(shí)現(xiàn)安全的OTA韌體升級(jí)。

能源效率

Wi-Fi 6的連接需要大量的電力。因此，基于電池供電的Wi-Fi 6物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備可能需要頻繁充電。對(duì)于電力受限的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備來(lái)說(shuō)，尤其是個(gè)難題，因?yàn)檫@些設(shè)備必須遠(yuǎn)距離傳輸，并需要使用電池運(yùn)行數(shù)年。Wi-Fi HaLow旨在解決這一挑戰(zhàn)。Wi-Fi HaLow是最節(jié)能的現(xiàn)有Wi-Fi類(lèi)型，所需電力僅為Wi-Fi 6的一小部分。

目標(biāo)喚醒時(shí)間（TWT）最初是為長(zhǎng)時(shí)間睡眠Wi-Fi HaLow設(shè)備設(shè)計(jì)的一種省電機(jī)制。盡管Wi-Fi 6也支持TWT，但主要用于調(diào)度多用戶(hù)MIMO上行鏈路傳輸，而非支持長(zhǎng)時(shí)間睡眠的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，因此Wi-Fi 6不支持Wi-Fi HaLow所支持的超長(zhǎng)睡眠時(shí)間。

連接多樣性

與其他專(zhuān)有無(wú)線協(xié)議不同，Wi-Fi HaLow和Wi-Fi 6都是基于開(kāi)放的IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)的免許可連接解決方案。由于無(wú)需專(zhuān)有網(wǎng)關(guān)、控制器或集線器，因此簡(jiǎn)化了安裝并降低了營(yíng)運(yùn)成本。此外，由于兩種協(xié)議都是IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)的一部分，所以Wi-Fi HaLow和Wi-Fi 6網(wǎng)絡(luò)可以共存，而不會(huì)影響其RF性能。

數(shù)據(jù)速率

Wi-Fi HaLow提供一系列非常適合物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸速率，例如，從使用MCS 10和BPSK調(diào)制的150 Kbps速率，到使用MCS 9的4.4 Mbps最高速率（最窄帶寬為1 MHz的單個(gè)空間流）。在8 MHz頻道運(yùn)行時(shí)，單個(gè)空間流Wi-Fi HaLow AP可支持各種物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，從低功耗傳感器（發(fā)送速率低至150 Kbps的1 MHz頻道）到攝影機(jī)（發(fā)送速率高達(dá)43 Mbps的8 MHz數(shù)據(jù)報(bào)）。

雖然Wi-Fi HaLow為大多數(shù)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供了最均衡的802.11標(biāo)準(zhǔn)，但并不適用于傳輸范圍較小、數(shù)據(jù)密集型的應(yīng)用，如超高清視頻串流、高清網(wǎng)絡(luò)游戲或低延遲虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用。Wi-Fi 6的數(shù)據(jù)傳輸速率更快，更適合這些需要高傳輸量和低延遲的耗電應(yīng)用。

結(jié)論

我們可以把Wi-Fi HaLow和Wi-Fi 6視為具有競(jìng)爭(zhēng)力的兄弟，兩者略有不同，但兼容且各有獨(dú)特點(diǎn)。Wi-Fi 6是帶寬密集型家居和企業(yè)應(yīng)用的高速主力協(xié)議，在這些應(yīng)用中，功耗和覆蓋范圍并不是主要考慮因素。如果物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用需要的是更廣的覆蓋范圍、更優(yōu)的穿透力、更低的功耗和良好的數(shù)據(jù)吞吐量，那么首選就是Wi-Fi HaLow。

(注：本文登載于EEPW 2023年10月期)