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作者：摩爾斯微電子 構成物聯網（IoT）的智能互聯設備繼續成倍增長。一些預測認為，全球物聯網設備的數量將在2030年達到290多億臺；另一些預測說這個數字將接近1290億。無論大家選擇相信哪個數字，確定的是，物聯網正在迅速增長。而且，隨著這一增長，人們對物聯網網絡的期望也隨之增長。 LoRaWAN LoRaWAN于2015年發布，LoRa聯盟將其描述為“一種低功耗的廣域網（LPWA）網絡協議，旨在將電池供電的設備無線連接到各個地區、國家或全球網絡中……”。LoRa聯盟是一個開放的非營利組織，致力于推廣LoRaWAN。 LPWA網絡（LPWANs）通常在開放的郊區環境提供0.3 Kbps到50 Kbps的數據速率，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據，但不足以支持遠程升級。盡管物聯網安全是世界各國政府關注的重點，但低數據速率也嚴重制約了LPWANs的安全性。 新型協議 Wi-Fi HaLow是為直接應對物聯網激增而從頭開始設計的。作為Wi-Fi聯盟發布的最新MAC/PHY（介質訪問控制/物理層）認證，Wi-Fi HaLow結合了IEEE 802.11ah，并為遠距離、低功耗、安全的物聯網應用，提供了當今最全面、功能最豐富的協議。根據Wi-Fi聯盟的說法，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網無線標準”。 Wi-Fi HaLow與LoRaWAN概覽
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提供了卓越的可擴展性，以實現操作自動化、通信和設施維護的便利。 另一方面，根據英國蘭卡斯特大學（Lancaster University）最近的一項研究，一個LoRaWAN網關可以支持120個終端設備（基于每個終端設備每16.7分鐘傳輸20個字節的假設）。 守護物聯網環境的安全性 作為IEEE 802.11 Wi-Fi協議，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，其數據速率能夠實現安全的遠程固件升級。此外，Wi-Fi HaLow可以輕松適應未來物聯網安全要求和變化。由于這被視為最佳實踐，Wi-Fi聯盟在開發任何安全相關協議（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，似乎也沒有經過安全專家的正式外部審查。LoRa聯盟聲稱，“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，或者如果曾經使用過的加密數字（nonces）被重復使用，網絡和設備可能會受到損害。” 一些安全研究人員已經發現了這些漏洞，例如在《物聯網》（Internet of Things）雜志上發表的一篇文章中，該文章發現“[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。”還請注意，雖然使用了AES加密，但LoRaWAN使用的計數器模式存在嚴重缺陷3。此外，由于數據包較小，LoRaWAN無法解決當前的安全問題或適應物聯網未來的安全要求。 優異的連接范圍 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據速率4。Sub-1 GHz信號在穿過墻壁和其他障礙物方面也表現卓越。 相比之下，使用相同頻段的LoRaWAN在郊區環境中的覆蓋范圍可達10公里，但數據傳輸速率較低，而且只有在障礙物較少的地方才能傳輸。這使LoRaWAN成為郊區環境部署的理想選擇，例如，大型農場希望在幾十公里內連接不同的傳感器。然而，在城市環境中，LoRaWAN的覆蓋范圍可能會減少，并且在高樓大廈的環境中可能會失去連接，因為LoRaWAN上行鏈路使用低效的純Aloha MAC協議5。 卓越的能源效率 Wi-Fi HaLow只需要其他版本Wi-Fi的一小部分功率。相比之下，LoRaWAN是一種低功耗協議，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。對于希望擴大物聯網網絡規模并發送超過幾個字節的傳感器數據的企業來說，LoRaWAN無法與Wi-Fi HaLow網絡的能源效率（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聯盟的認證計劃讓消費者相信，所有Wi-Fi CERTIFIED HaLowTM品牌的產品都可以互操作。LoRa聯盟為LoRaWAN產品提供針對LoRaWAN規范的認證，而不是互操作性測試。 較快的數據速率 Wi-Fi HaLow提供一系列非常適合物聯網設備的數據速率。在1MHz的最窄帶寬下使用單一空間流，可提供從使用具有BPSK調制的MCS 10的150Kbps的數據速率，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網設備，從以低至150 Kbps的速率發送1 MHz數據包的極低功率傳感器，到以高達43 Mbps的速率發送8 MHz數據包。這一吞吐量大大超過了LoRaWAN的數據傳輸速率（0.3Kbps-50Kbps）。LoRaWAN的低數據速率只能用于傳輸極小數據包的物聯網網絡。 未來走向 雖然LoRaWAN經常被奉為一種用于遠距離、低功耗網絡的通用協議，但現實往往達不到物聯網開發者的期望。大多數現實世界的物聯網應用需要比LoRaWAN目前或未來能夠提供的更高的網絡容量、更快的數據速率和更強大的安全性。這些現實世界的需求指向一個更優的無線解決方案：Wi-Fi HaLow，首個為物聯網需求優化的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-intelli ... TDI2018-LoraWAN.pdf 4 https://www.wi-fi.org/beacon/nei ... -fi-certified-halow 5 https://www.sciencedirect.com/sc ... i/S0140366422002444 |
