IEEE802.11ah，又名 Wi-Fi HaLow，是一种无线通信标准，专门用于满足物联网 (IoT) 设备的需求。该标准于 2016 年推出，多年来一直鲜为人知。然而，智能设备市场的不断增长，重新引发了人们对这种以物联网为中心的无线技术的兴趣。
当然，说 Wi-Fi HaLow “专为满足物联网需求而设计”是很容易的。我们真正需要知道的是它如何以及如何很好地满足这些需求。在本文中，我们将介绍 Wi-Fi HaLow 的基础知识以及它与其他无线选项的比较。最后，我们将回顾一些可能适合 Wi-Fi HaLow 的实际应用。
首先，图 1 简要列出了 Wi-Fi HaLow 的功能和优势。
图 1. Wi-Fi HaLow 概述及其优势。图片由Wi-Fi Alliance提供
除了上面列出的功能外，值得注意的是，单个 Wi-Fi HaLow 接入点最多可同时连接 8,191 台设备。至于列表中的项目，其中一些（例如使用 Wi-Fi 安全性）可适用于任何 Wi-Fi 认证产品。我们将略过这些，转而讨论 Wi-Fi HaLow 的独特之处，首先从其工作频率开始。
Wi-Fi HaLow 与传统 Wi-Fi：工作频率
根据具体标准，传统 Wi-Fi 的工作频率范围为 2 GHz 至 6 GHz。相比之下，Wi-Fi HaLow 的工作频率范围为 1GHz 以下。确切的频率范围因国家/地区而异 - 在美国，频率范围在 902 MHz 至 928 MHz 之间。
与更高频率的操作相比，低于 1 GHz 的操作具有以下优势：
频谱不那么拥挤。
更大的最大传输距离。
更好的信号穿透力。
降低功耗。
该频段的缺点是它限制了带宽，这也意味着数据速率有限。Wi-Fi HaLow 的数据吞吐量确实高于LoRaWan，我们将在下一节中看到这一点。不过，它作为传统 Wi-Fi 网络的补充可能比替代更好。如果同时使用 Wi-Fi HaLow 和其他 Wi-Fi 类型，它们之间的频率差异可以降低干扰风险。
Wi-Fi HaLow 与 LoRaWAN：范围和数据速率
理论上，LoRaWan 可以覆盖数百公里的距离。实际上，它用于覆盖约 5 公里的距离。Wi-Fi HaLow 的设计工作范围是 1 公里，但可以通过在网状配置中部署网络来进一步扩大覆盖范围。即使考虑到这一点，LoRaWAN 仍然具有更大的范围。
另一方面，Wi-Fi HaLow 代表着速度的大幅提升。LoRaWAN 的工作速度为 250 bps 至 22 Kbps。如图 2 所示，Wi-Fi HaLow 的数据吞吐量范围从长距离的 150 Kbps 到短距离的 78 Mbps。请注意，这些数字假设单个空间流 - Wi-Fi HaLow 最多可以使用四个空间流。
图 2. Wi-Fi HaLow 和其他物联网通信标准的数据速率与距离的关系。图片由Wi-Fi Alliance提供
这种数据速率的差异对潜在应用产生了影响：与 LoRaWAN 不同，Wi-Fi HaLow 可用于传输视频。它经常在无线安全摄像头的背景下被讨论。
数据速率和调制
前两节将 Wi-Fi HaLow 与其他无线技术进行了比较。现在让我们从数据吞吐量的角度来分析一下它的优点。
Wi-Fi HaLow 使用以下类型的数据调制：
二进制和正交相移键控（BPSK 和 QPSK）。
16、64 和 256 正交幅度调制 (QAM)。
Wi-Fi HaLow 的调制和编码方案 (MCS) 索引总共包含 11 个选项。其中，MCS 0 至 MCS 8 可以使用 1 MHz、2 MHz、4 MHz、8 MHz 或 16 MHz 信道。MCS 9 为我们提供了最高的数据速率，它适用于除 2 MHz 信道之外的任何带宽。最后，MCS 10（代表最小数据速率和最大传输范围）仅在 1 MHz 信道上运行。
需要理解的关键是，数据速率和最大传输距离之间存在权衡，数据速率和功耗之间也存在权衡。Wi-Fi HaLow 具有广泛的数据速率和调制选项以及调整它们的能力，允许用户自定义这些权衡以满足不同应用的需求。
功耗
对于电池供电的物联网设备，功耗是一个主要考虑因素。设备的无线连接消耗的电量越多，电池更换的频率就越高。这既是成本问题，也是可靠性问题——如果电池没电了，设备就无法传输数据，数据就会丢失。此外，必须不断跋涉到传感器的位置更换电池，这根本就不是一件有趣的事情。
Wi-Fi HaLow 正是为这类设备而设计的，因此它试图降低功耗。它在这方面做得相当好。我们在文章开头提到了一个原因——它的运行频率低。
然而，造成影响的不仅仅是频段。图 3 比较了五种不同的 1GHz 以下无线技术的设备电池寿命，包括 Wi-Fi HaLow (IEEE802.11ah)。
图 3.不同 1GHz 以下无线技术的电池寿命比较。图片由Jeroen Famaey提供
可以看出，Wi-Fi HaLow 在五种选项中提供了最好的电池寿命。
这一性能得益于 Wi-Fi HaLow 的多种节能模式。这些模式减少了设备必须保持唤醒状态的时间，以免被接入点丢弃并需要重新进行身份验证。有关 Wi-Fi HaLow 节能功能的具体信息，请参阅上一节中链接的 Wi-Fi 联盟白皮书。
Wi-Fi HaLow：它有什么用处？
至此，我们应该对 Wi-Fi HaLow 的优势有了很好的了解。总结一下，它具有以下优势：
低功耗；延长连接设备的电池寿命。
中长距离数据传输。
足够高的数据吞吐量可以在相对较长的距离上传输视频。
根据应用要求调整数据速率的选项。
从一个接入点同时连接到具有不同要求的多个设备。
高信号穿透力，适用于节点之间没有直接视距的网络。
不会干扰同一区域内高速 Wi-Fi 网络的工作频率。
那么，这如何转化为实际应用？我们在文章前面提到了远程安全摄像头，但 Wi-Fi HaLow 也有潜力用于智能建筑和智能农业。
工业建筑和农业设施都使用广泛的远程传感器和执行器网络。Wi-Fi HaLow 具有良好的可扩展性，传感器和执行器也受益于其能源效率。同时，长距离和高信号穿透力意味着可以更好地连接不仅距离较远而且与接入点被墙壁或茂密植被隔开的节点。
