為什么Wi-Fi6將成為未來物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵？

作為消費(fèi)者連接的冠軍，Wi-Fi的最新版本進(jìn)一步提高了用戶的可訪問性和吞吐量，而這些變化也與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)有關(guān)。

Wi-Fi有著復(fù)雜的歷史。這也許并不奇怪，因?yàn)闊o線電技術(shù)代表了許多創(chuàng)新的融合，其中有四項(xiàng)最為突出。第一次是20世紀(jì)70年代在夏威夷發(fā)展的一個(gè)開創(chuàng)性的分組無線電網(wǎng)絡(luò)，連接了群島上四個(gè)島嶼上的7個(gè)校園，確保它們都能通過瓦胡島的中央計(jì)算機(jī)相互通信。

其次，在1985年，美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)正式將2.4ghz頻譜以及其他分配用于未經(jīng)許可的工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療使用。此舉鼓勵(lì)商業(yè)組織考慮如何利用這一新的無線電資源。

然后，在20世紀(jì)90年代，澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)和工業(yè)研究組織的射電天文學(xué)科學(xué)家們，想出了一種方法來克服影響室內(nèi)高通量無線電通信的多徑問題。這項(xiàng)發(fā)明奠定了無線局域網(wǎng)的基礎(chǔ)，并為廣泛的Wi-Fi部署鋪平了道路。

最后，電氣和電子工程師協(xié)會(huì)成立了標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)，負(fù)責(zé)為無線局域網(wǎng)協(xié)議IEEE802.11定義物理層和媒體訪問控制規(guī)范。目標(biāo)應(yīng)用是無線以太網(wǎng)，使用射頻技術(shù)以有線網(wǎng)絡(luò)開創(chuàng)的方式將計(jì)算機(jī)連接在一起。

委員會(huì)的工作促成了Wi-Fi規(guī)范的第一個(gè)版本，IEEE802.11-1997，于1997年6月發(fā)布。隨后，1999年對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)的修訂引入了當(dāng)今版本W(wǎng)i-Fi主要基于的技術(shù)。Wi-Fi聯(lián)盟的成立是為了將這項(xiàng)技術(shù)商業(yè)化。

電源和部署挑戰(zhàn)

如今，影響Wi-Fi演進(jìn)的第五個(gè)關(guān)鍵事件是物聯(lián)網(wǎng)。1999年，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)版本的Wi-Fi正式被采用時(shí)，這個(gè)詞是由致力于推廣rfid的高管凱文·阿什頓(KevinAshton)想出的，當(dāng)時(shí)距離這個(gè)詞的誕生還有兩年的時(shí)間。如今，將數(shù)十億臺(tái)設(shè)備或物品連接到已建立的互聯(lián)網(wǎng)，很大程度上是通過無線技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。

對(duì)于短程物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，藍(lán)牙低能耗、Thread、Zigbee等協(xié)議承擔(dān)了這一負(fù)載。而物聯(lián)網(wǎng)的廣域網(wǎng)、蜂窩物聯(lián)網(wǎng)和LoRaWAN被證明是很好的選擇。

但是Wi-Fi呢？乍一看，它似乎是無線網(wǎng)絡(luò)的完美選擇，需要比短程、低功耗協(xié)議提供的范圍更大的范圍，但不是廣域網(wǎng)技術(shù)的公里數(shù)范圍。然而，Wi-Fi在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中存在一些相當(dāng)大的缺陷。

第一個(gè)問題是功耗。Wi-Fi主要是為高吞吐量而設(shè)計(jì)的，這需要消耗電池電量。相比之下，物聯(lián)網(wǎng)無線技術(shù)通常試圖限制通話時(shí)間以延長(zhǎng)電池壽命，從而最小化維護(hù)。這樣做的代價(jià)是降低吞吐量，但這對(duì)于很少發(fā)送少量數(shù)據(jù)的傳感器和致動(dòng)器來說幾乎不是問題。

第二，Wi-Fi在密集部署場(chǎng)景中會(huì)遇到困難。當(dāng)我們進(jìn)入繁忙的商場(chǎng)和圖書館的公共熱點(diǎn)時(shí)，我們中的許多人都熟悉補(bǔ)丁式服務(wù)，消費(fèi)者通常也可以容忍，但由數(shù)百個(gè)傳感器組成的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)則是另一回事。

為物聯(lián)網(wǎng)而建

如今，一種技術(shù)名稱為IEEE802.11ax的Wi-Fi版本被稱為Wi-Fi6，有望解決阻礙該技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中廣泛采用的缺陷。Wi-Fi聯(lián)盟今年早些時(shí)候批準(zhǔn)了Wi-Fi-6，它是專門為滿足密集部署的要求而設(shè)計(jì)的，包括公共和工業(yè)部署。新版本提供了幾個(gè)增強(qiáng)功能，但主要功能是吞吐量和頻譜效率的改進(jìn)，這允許更多的網(wǎng)絡(luò)連接，同時(shí)仍然保持良好的服務(wù)。

例如，通過新的正交頻分多址(OFDMA)特性，設(shè)備可以使用少于一個(gè)信道帶寬，與網(wǎng)絡(luò)上的其他設(shè)備共享帶寬以增加容量。此外，這些技術(shù)進(jìn)步還能夠更快地響應(yīng)連接的單元。之前版本的Wi-Fi難以處理多個(gè)傳感器，而Wi-Fi6可以輕松管理由數(shù)百個(gè)設(shè)備組成的大型傳感器網(wǎng)絡(luò)。

Wi-Fi6還為智能家居和工業(yè)應(yīng)用帶來了關(guān)鍵的技術(shù)提升。這一進(jìn)步被稱為“目標(biāo)喚醒時(shí)間”(TWT)，與前幾代Wi-Fi的節(jié)能努力相比，是一次重大的進(jìn)步。

當(dāng)使用TWT技術(shù)時(shí)，客戶端設(shè)備與接入點(diǎn)(ap)協(xié)商喚醒時(shí)間。因此，客戶端無需保持清醒來保持無線連接。因此，AP可以將大量客戶端請(qǐng)求聚合為更少的觸發(fā)傳輸機(jī)會(huì)。這樣做的好處是更高效、無爭(zhēng)用的通道訪問和顯著的客戶端設(shè)備能耗節(jié)省，在同類應(yīng)用中可節(jié)省高達(dá)80%。這使得電池壽命長(zhǎng)的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備更加實(shí)用。

Wi-Fi6還通過Wi-Fi受保護(hù)訪問(WPA)3，盡管這是單獨(dú)推出的Wi-Fi6帶來了改進(jìn)的安全性。WPA3使用等式同步認(rèn)證(SAE)協(xié)議，取代了舊的WPA2保護(hù)常見的預(yù)共享密鑰協(xié)議。SAE防止了一些可能針對(duì)使用PSK的路由器的暴力攻擊。

Wi-Fi6的另一個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)是，它提供物聯(lián)網(wǎng)傳感器通過路由器直接連接到云，而無需支付額外的數(shù)據(jù)訂閱費(fèi)用。此外，與其他短程無線解決方案相比，該技術(shù)的更高吞吐量使無線安全攝像頭、高質(zhì)量視頻門鈴等新的用例成為可能。在傳輸大量數(shù)據(jù)時(shí)，額外的吞吐量也可以用來補(bǔ)充藍(lán)牙，比如可穿戴設(shè)備中的音樂流媒體。

智能家居的Wi-Fi

連接標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)盟是一個(gè)旨在緩解使用不同無線協(xié)議連接設(shè)備的挑戰(zhàn)的組織，支持Wi-Fi6作為智能家居的基礎(chǔ)技術(shù)。Matter是聯(lián)盟統(tǒng)一的基于ip的連接協(xié)議，除了以太網(wǎng)和線程之外，還設(shè)計(jì)用于運(yùn)行Wi-Fi6及更早版本上運(yùn)行。

CSA計(jì)劃將廣泛引入“邊界路由器”。這類設(shè)備并不是一個(gè)新概念。然而，直到現(xiàn)在，供應(yīng)商都被迫開發(fā)自己的解決方案。該產(chǎn)品是一種特定類型的路由器，它使用其他物理層，如Wi-Fi提供從IEEE802.15.4網(wǎng)絡(luò)到相鄰網(wǎng)絡(luò)的連接。邊界路由器可以常規(guī)地嵌入智能音箱和照明裝置等物品中，使基于互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議(IP)的連接對(duì)供應(yīng)商和消費(fèi)者都更方便。

工業(yè)Wi-Fi6產(chǎn)品才剛剛開始進(jìn)入市場(chǎng)。然而，幾年后，我們將看到短程無線、Wi-Fi6和蜂窩物聯(lián)網(wǎng)相互補(bǔ)充，以構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)其承諾所需的大型、強(qiáng)大和低延遲網(wǎng)絡(luò)。

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