Wi-Fi技术对比：Wi-Fi HaLow与Wi-Fi 6

随着物联网（IoT）设备数量的激增（根据预测，至2025年物联网设备的总数量将超过400亿台），对于快速、节能和安全连接的期望也在飙升。这种对物联网设备的巨大增长和需求，显现出当前联机协议中的空隙，无线技术创新者也正在竞相填补这些空隙。

什么是Wi-Fi CERTIFIED 6？

Wi-Fi 6是最新一代的Wi-Fi技术，适用于2.4GHz、5GHz和6GHz免许可和类许可频段，指定用于采用IEEE 802.11ax规范的产品。

前几代产品包括用于2.4 GHz和5 GHz频段的Wi-Fi 4（IEEE 802.11n）和用于5 GHz频段的Wi-Fi 5（IEEE 802.11ac）。为2.4GHz和/或5GHz频段设计的Wi-Fi 6设备也与早期的Wi-Fi技术向后兼容，包括IEEE 802.11a、IEEE 802.11b和IEEE 802.11g，此意味着Wi-Fi 6传输封包数据时会有额外成本，包括更长的封包数据传输前导码和额外的保护机制。

根据Wi-Fi联盟表示，Wi-Fi 6强调「在体育场和其他公共场所等拥有数百或数千台连接设备的场所，以及在那些使用高带宽应用的企业网络中能实现高质量的连接」。我们谈论的是容量、能耗、覆盖范围以及当今用户在繁忙环境中所需的性能。因此，主要适用于5GHz和6GHz频段的高传输量、短距离应用，如网络游戏和虚拟现实。

关于Wi-Fi CERTIFIED HaLow

Wi-Fi HaLow是Wi-Fi联盟认证的最新MAC/PHY协议2，专为满足物联网的需求而设计，提供比Wi-Fi 4、Wi-Fi 5或Wi-Fi 6更远的连接距离和更低的功耗。Wi-Fi HaLow可满足具有挑战性环境的独特要求，能够实现工业、农业、智慧建筑、智慧城市环境中各种物联网的应用案例。

一目了然： Wi-Fi HaLow与Wi-Fi 6比较

并非所有Wi-Fi都是一样的，尤其是在物联网应用方面。下表根据家庭和企业最看重的功能，对IEEE 802.11ah Wi-Fi HaLow和802.11ax Wi-Fi 6进行了比较。

表一：Wi-Fi HaLow与Wi-Fi 6比较

连接深度和广度

Wi-Fi HaLow在sub-1 GHz频段运行，频道相对较窄，通常在1 MHz至8 MHz之间（尽管IEEE 802.11ah也规定了16 MHz频道）。功耗极低的物联网设备可使用1MHz或2 MHz频道，而对吞吐量要求较高的远距离、低功耗摄影机则可以使用4MHz和8 MHz频道。较窄的频道加上850 MHz和950 MHz之间的sub-1 GHz的RF频率，以及范围优化的调制和编码设计（modulation and coding scheme；MCS）速率，使Wi-Fi HaLow的传输距离超过1公里。这是Wi-Fi 6（100米）覆盖范围的10倍。

此外，Wi-Fi HaLow使用sub-1 GHz的信号，比2.4GHz、5GHz和6GHz的Wi-Fi 6信号能更有效地穿过墙壁和其他障碍物，无论障碍物的结构材料如何。

Wi-Fi 6支持具备资源单元（resource unit；RU）分配的OFDMA（正交频分多址），允许多个客户端同时从一个接入点（AP）接发信号。虽然这看起来提供了更窄的频道，但实际的最小频道宽度和采样率仍保持在20MHz，无法提供与 Wi-Fi HaLow 使用窄通道相同的节能效果。

接入点容量

单个Wi-Fi HaLow 接入点（AP）可处理多达8,191台设备，是Wi-Fi 6 AP（仅支持2,007台设备）的四倍。这大大增加了能连接的LED灯泡、智慧门锁和安全摄影机的数量，更不用说智慧建筑和工厂所采用的大量自动化设备。在智慧家居环境中，Wi-Fi 6路由器通常支持数十台设备，而宽带服务提供商安装在各个家庭的单一Wi-Fi HaLow AP可以轻松扩展，满足任何家庭的物联网需求。

安全性

Wi-Fi HaLow和Wi-Fi 6都采用IEEE 802.11协议，意味着两者都遵守全球公认的标准，该标准定义了连网设备如何进行身份验证和安全通信。两者都支持Wi-Fi联盟最新的认证安全要求（WPA3）和远程升级（OTA）高级加密标准，数据传输速率可实现安全的OTA韧体升级。

能源效率

Wi-Fi 6的连接需要大量的电力。因此，基于电池供电的Wi-Fi 6物联网设备可能需要频繁充电。对于电力受限的物联网设备来说，尤其是个难题，因为这些设备必须远距离传输，并需要使用电池运行数年。Wi-Fi HaLow旨在解决这一挑战。Wi-Fi HaLow是最节能的现有Wi-Fi类型，所需电力仅为Wi-Fi 6的一小部分。

目标唤醒时间（TWT）最初是为长时间睡眠Wi-Fi HaLow设备设计的一种省电机制。尽管Wi-Fi 6也支持TWT，但主要用于调度多用户MIMO上行链路传输，而非支持长时间睡眠的物联网设备，因此Wi-Fi 6不支持Wi-Fi HaLow所支持的超长睡眠时间。

连接多样性

与其他专有无线协议不同，Wi-Fi HaLow和Wi-Fi 6都是基于开放的IEEE 802.11标准的免许可连接解决方案。由于无需专有网关、控制器或集线器，因此简化了安装并降低了营运成本。此外，由于两种协议都是IEEE 802.11标准的一部分，所以Wi-Fi HaLow和Wi-Fi 6网络可以共存，而不会影响其RF性能。

数据速率

Wi-Fi HaLow提供一系列非常适合物联网设备的数据传输速率，例如，从使用MCS 10和BPSK调制的150 Kbps速率，到使用MCS 9的4.4 Mbps最高速率（最窄带宽为1 MHz的单个空间流）。在8 MHz频道运行时，单个空间流Wi-Fi HaLow AP可支持各种物联网设备，从低功耗传感器（发送速率低至150 Kbps的1 MHz频道）到摄影机（发送速率高达43 Mbps的8 MHz数据报）。

虽然Wi-Fi HaLow为大多数物联网应用提供了最均衡的802.11标准，但并不适用于传输范围较小、数据密集型的应用，如超高清视频串流、高清网络游戏或低延迟虚拟现实应用。Wi-Fi 6的数据传输速率更快，更适合这些需要高传输量和低延迟的耗电应用。

结论

我们可以把Wi-Fi HaLow和Wi-Fi 6视为具有竞争力的兄弟，两者略有不同，但兼容且各有独特点。Wi-Fi 6是带宽密集型家居和企业应用的高速主力协议，在这些应用中，功耗和覆盖范围并不是主要考虑因素。如果物联网应用需要的是更广的覆盖范围、更优的穿透力、更低的功耗和良好的数据吞吐量，那么首选就是Wi-Fi HaLow。

(注：本文登载于EEPW 2023年10月期)