Люди стремятся к высокому, они планируют превратить Марс в обитаемую планету и хотят установить взаимосвязь между людьми и объектами, а также одними объектами и другими объектами. Этот интерес к соединению всех вещей привел к концепции Интернета вещей (IoT).
Очевидно, что Интернет вещей меняет правила игры, его быстрый рост вызвал преобразование во многих технологиях, в том числе в беспроводных сетях. Как же тогда индустрия Wi-Fi адаптировалась к требованиям беспроводных соединений между этими многочисленными IoT-устройствами? Ответ – единый протокол: Wi-Fi HaLow (он же IEEE 802.11ah), стандарт Wi-Fi, специально созданный для эффективного удовлетворения сложных требований IoT.
Wi-Fi HaLow (произносится как Hey-Low) – это маломощная версия традиционного стандарта Wi-Fi с широким покрытием, которая поддерживает низкоэнергетическую связь большого количества IoT-устройств на большой территории. Он был первоначально разработан в 2010 году IEEE и официально выпущен Wi-Fi Alliance 10 мая 2017 года. Этот стандарт был разработан, потому что традиционный Wi-Fi имеет короткое эффективное расстояние, высокое энергопотребление и ограничивает количество устройств, которые могут быть подключены к одной точке доступа. Все эти атрибуты нежелательны и служат большим препятствием на пути Интернета вещей к успеху. В приведенной ниже таблице для сравнения показана разница между обычным Wi-Fi и Wi-Fi HaLow.
С другой стороны, Интернет вещей (IoT) является большим поклонником стандарта HaLow, поскольку он предлагает низкое энергопотребление, широкую зону покрытия и позволяет использовать несколько узлов доступа. Эти функции удовлетворяют ключевым требованиям, необходимым для успешного подключения к Интернету вещей и приложений.
Сети IoT состоят в основном из сенсорных узлов, работающих от батарей. Решающее значение имеет использование энергии в сети как можно дольше. Вот почему Wi-Fi HaLow представила новую технологию доступа к каналу под названием Restricted Access Window (RAW). RAW делит узлы датчиков на группы и назначает каждой группе временные интервалы, называемые слотами RAW. Во время слота RAW группа активна и имеет возможность передачи данных. Когда назначенный слот RAW заканчивается, узлы датчиков переходят в спящий режим и экономят энергию. Возьмем, к примеру, умные города, где есть сотни датчиков, в том числе для облегчения умной парковки, уменьшения заторов на дорогах, измерения уровней электромагнитного поля и удаления отходов. Неправильное управление энергетическим ресурсом в этом большом семействе датчиков может привести к провалу миссии IoT по превращению глупых городов в умные, которые улучшают качество жизни в их среде обитания.
В настоящее время представленные на рынке устройства с поддержкой Wi-Fi работают в диапазонах частот 2,4 ГГц и 5 ГГц ISM (промышленный, научный, медицинский). Эти спектры уже насыщены, поскольку почти каждое устройство в сегодняшнюю эпоху поддерживает Wi-Fi. Дальнейшее переполнение этого спектра устройствами IoT не приводит ни к чему, кроме помех, потере данных и низкой скорости передачи данных. Согласно Wi-Fi Alliance, стандарт HaLow работает в недостаточно используемой полосе частот ниже 1 ГГц (S1G), что означает, что он использует несущие частоты ниже 1 ГГц в диапазоне ISM. Он также использует более узкие каналы, чтобы обеспечить лучшее проникновение в здание и предложить до 100 раз больший диапазон, чем другие технологии Интернета вещей. Это расширяет возможности подключения даже в труднодоступные места, такие как гаражи, подвалы и большие открытые площадки.
Wi-Fi Alliance также отмечает, что Wi-Fi HaLow поддерживает собственную IP-архитектуру, что означает отсутствие необходимости в проприетарных коммутаторах или концентраторах. Эта встроенная функция поддержки IP упрощает расширение системы и делает ее менее сложной. Все эти преимущества слишком велики, чтобы их игнорировать.
В разных странах для стандарта 802.11ah доступны разные диапазоны ISM ниже 1 ГГц. Например, в США предлагают поддержку каналов с полосой пропускания 1, 2, 4, 8 и 16 МГц в диапазоне частот ниже 1 ГГц. Это, однако, не идеально для других стран, которые имеют небольшое количество каналов, поддерживаемых на частоте 1 МГц, и других, таких как Китай, где большая часть частот ниже 1 уже используется для телевещания. Различия в частотах между странами затрудняют производство продуктов Wi-Fi HaLow, которые работают повсеместно.
Ожидается, что микросхемы и системы, использующие стандарт .11ah, войдут на рынок в 2021 году. Над этой технологией работают многие крупнейшие мировые компании, в том числе Qualcomm, Intel, Mediatek, Broadcom, LG, ZTE и Samsung.
Поскольку стандарт обеспечивает широкое покрытие, предполагается, что он будет использоваться в сельской связи. Чтобы оживить такие услуги, как электронное здравоохранение и электронное обучение в сельских районах. Все это подпадает под намерение «соединить не подключенных друг к другу» и продвинуть технологии даже на окраины городских территорий, чтобы они могли принести пользу всему человечеству. Другой вариант использования – это сенсорные сети, главным образом потому, что стандарт позволяет подключать больше сенсоров к одной точке доступа и имеет повышенное проникновение через стены и препятствия.
Разгрузка сотового трафика, транзитные сети сенсорных сетей, умные дома, умные города, датчики сельского хозяйства и окружающей среды с питанием от батарей, системы наблюдения, датчики управления процессами и многие другие будут использовать эту технологию. Сценарии использования стандарта HaLow в системах IoT обширны, поскольку он сочетает в себе безопасность, масштабируемость и энергоэффективность для решения многих приложений IoT в различных отраслях.
Wi-Fi HaLow – это, по сути, оптимизированная форма Wi-Fi для приложений IoT. Он предлагает низкое энергопотребление, широкий охват и увеличенное количество узлов на точку доступа. В этом материале мы сравнили его функции с функциями традиционного Wi-Fi, проблемы его проектирования, варианты использования и обсудили, почему это полезно для системы Интернета вещей.
© digitrode.ru