利用Wi-Fi HaLow技术，构建未来智能建筑

　　作者

　　摩尔斯微电子（www.morsemicro.com）营销副总裁Shahar Feldman

　　当消费者已经接受了依靠便捷、联网设备来实现家居功能自动化的概念时，智能建筑也是如此。手动设置恒温器或自动计时器的日子已经一去不复返。现在，可以随时随地通过智能手机应用程序甚至云AI控制这些功能。例如，机器学习算法可以通过识别特定房间的低占用率，从而关闭暖通空调系统和照明，来帮助节约能源。

　　宽带连接提供了充足的带宽和低延迟性，但事实证明，调制解调器和设备之间的良好无线连接却难以实现。

　　这种情况一直持续到现在。

　　W-Fi联盟命名的Wi-Fi HaLow技术，已由IEEE 802.11ah任务组进行了标准化。与传统Wi-Fi相比，Wi-Fi HaLow使用更低的频率和更窄的频带信道，其综合效果是连接的范围更广，总能耗更低。设备可以与1公里以外的接入点（AP）通信，这取决于所需的应用程序吞吐量和各国对无线电系统的规定。对于一些占地数平方公里的清洁能源系统来说，Wi-Fi HaLow可以将8000多台设备连接到一个接入点（AP）。

　　

　　图1：Wi-Fi HaLow优势　　

　　虽然传统的Wi-Fi是目前使用最普遍的无线通信协议，但物联网的快速发展迫使人们重新思考Wi-Fi，揭示了技术差距，以及在一个无所不包的互联绿色世界中，Wi-Fi需要发挥什么样的作用。许多物联网和机对机（M2M）应用，对远程连接和低功耗的更高要求，使得Wi-Fi HaLow在今后以越来越快的速度发展。

　　简化企业门禁系统架构

　　在大型商业建筑，安全网络中的设备通常包括电插锁、电磁锁、混合智能锁。该网络中的其它组件，包括每扇门外的外部键盘或RFID卡扫描仪，以及每扇门内的外出触发器，如被动红外（PIR）传感器和出口（REX）按钮。

　　典型的安装需要将安保人员的电脑连接到控制站，控制站使用电线网络来控制用于给锁具供电或改变其状态的低压电力变压器。另一种方法可能使用以太网供电（PoE），向网关控制器设备提供控制信号和电源，最远距离为100米。一些系统使用PoE和RS-485协议的混合配电网络，到达房间附近的专有接入点，每扇房门都有无线智能锁。

　　Wi-Fi HaLow简化了这种设备网络，不仅降低了基础设施的成本，而且还降低了安装成本和时间，并减少了电池更换和固件更新带来的系统维护成本。该标准提供了一种简化的星型拓扑架构，用于连接高密度的传感器和门锁控制器，并可以直接集成到电池操作的门锁装置中，而不需要中间的子网关或专有控制器。网络可以像Wi-Fi HaLow AP一样简单，在每一层连接一根PoE电缆。然后，每个锁都能够作为基于场地或基于云端的设备进行操作。

　　

图2：Wi-Fi HaLow可达到与传统Wi-Fi10倍的距离、100倍的面积和1000倍的容量，并通过单个接入点安全地连接数千台设备。

　　Wi-Fi HaLow还可用作回程网络，取代主干网络和设备区域之间的低速电缆。安装、移动或更改RS-485或PoE网络以添加功能，需要花费大量的材料和人力成本。如果系统架构师需要为无线门锁增加视频或其它多因素认证，Wi-Fi HaLow有能力满足这些需求。

　　楼宇自动化系统（BAS）

　　Wi-Fi HaLow还可以提高商业建筑暖通空调系统的使用效率并优化成本。考虑一下为大型办公楼降温的例子。这个由压缩机、传感器、温控器和阻尼器组成的整个网络可以联网，向现场或云端的建筑管理系统（BMS）监控器提供建筑性能的深层视图。构建该网络的传统方法依赖于在大多数这些组件上安装有线电源和信号连接。一些系统含有短距离的无线网状网络，包括802.15.4 Zigbee或传感器设备专有无线电。专有集线器或网关的几个阶段在从这些设备到互联网BMS路径上增加了延迟、延时，并且有数据吞吐量的限制。

　　与这些有线和专有无线技术相比，Wi-Fi HaLow集成电路具有独特的优势。因Wi-Fi HaLow在低于1 GHz的频率范围内运行，使用窄带信道，比有线或2.4GHz无线技术更易穿透墙壁、天花板、地板和物体，所以设备可以更少的限制放置在需要的地方。这消除了多级网状网络连接和中继器，降低了基础设施成本和消耗能源的设备数量。

　　安全和互通

　　Wi-Fi HaLow与其它IEEE 802.11的 Wi-Fi版本一样，是一种固有的安全无线协议，支持最新的Wi-Fi认证要求（WPA3）和远程（OTA）传输的AES加密，其数据速率可以实现安全的远程（OTA）固件升级。

　　与其它类型的Wi-Fi一样，Wi-Fi HaLow是全球公认的标准（IEEE 802.11ah），定义了连接设备如何进行身份验证和安全通信。采用Wi-Fi HaLow的设备供应商可以保证其产品和网络将按照Wi-Fi联盟的开发指南实现互通。因Wi-Fi HaLow是IEEE 802.11标准的一部分，Wi-Fi HaLow网络也能与Wi-Fi 4、Wi-Fi 5及Wi-Fi 6网络共存，而不影响其射频性能。

　　传统Wi-Fi的网络拥堵、距离限制和更高的功耗，以及可连接到单个无线接入点的设备数量有限，在智能建筑的互联世界中已不再可行。这些限制阻碍了各行各业正在兴起的以物联网为中心的新商业模式，这些模式需要更大的容量、范围、并用电池来运行，同时最大限度地降低部署成本和时间。

　　随着Wi-Fi HaLow无线技术的发展，拆除旧线然后安装新线的概念将成为过去。