Wi-Fi 6給物聯(lián)網帶來的優(yōu)勢

在本文中，我們將詳細介紹Wi-Fi 6和Wi-Fi 6E給全新的物聯(lián)網產品設計所帶來的具體優(yōu)勢。

從物聯(lián)網的角度來看，Wi-Fi開發(fā)人員已經認識到，速度更快并不一定是所有Wi-Fi聯(lián)網設備的最佳選擇。在Wi-Fi 6之前的幾代技術中，增加原始吞吐量是主要目標。而現(xiàn)在，某些關鍵性能指標 (KPI) 之間的權衡，使得系統(tǒng)設計人員能夠靈活地將重點放在設計的重要方面上。下圖顯示了Wi-Fi 6規(guī)范中的主要功能。雖然“節(jié)能”列只有一項，但也可以通過修改其他列所示的功能，來實現(xiàn)節(jié)能。

圖1 Wi-Fi 6的主要功能（包括節(jié)能）

降低功耗/延長物聯(lián)網設備的電池續(xù)航時間

Wi-Fi 6包含了優(yōu)化效率、增加吞吐量和/或降低功耗的技術，包括正交頻分多址（OFDMA）、目標喚醒時間（TWT）和多用戶多輸入多輸出（MU MIMO）。

其中，OFDMA將20/40/80（甚至Wi-Fi 6E中的160）MHz信道劃分為資源單元（RU），這些資源單元被進一步劃分為子載波。由于80 MHz是以增加功耗為代價而實現(xiàn)的，因此，Wi-Fi 6中的20 MHz模式可以實現(xiàn)節(jié)能。對于只需要非常高效地發(fā)送少量數(shù)據(jù)的物聯(lián)網設備來說，這種節(jié)能非常重要。例如，門鎖就只需要傳輸“存在正確的鍵盤輸入”。于是，20 MHz模式就是這類信號傳輸?shù)睦硐胫x，是在物聯(lián)網應用中區(qū)分Wi-Fi 6與Wi-Fi 5的項目之一。

通過目標等待時間，接入點 (AP) 和站點設備協(xié)商特定的時間，在這個時間到來時，站點設備將被喚醒并準備好接收來自接入點的流量。與前幾代 Wi-Fi 相比，此功能可以讓站點保持更長時間的睡眠模式，從而降低了設備的整體功耗。

以前，物聯(lián)網設備必須按照接入點規(guī)定的時間間隔（在大多數(shù)設備中為300 ms）喚醒，以查看它們是否有流量。但試想一下窗戶傳感器，除非窗戶破損，否則它是很少提供新數(shù)據(jù)的。而借助TWT功能，傳感器可以與網絡通信，也就是它只需要每三分鐘喚醒一次以提供輸入；否則，它就可以休眠，無需傳輸數(shù)據(jù)，從而節(jié)省電力。于是，接入點知道自己不會接收信息，但仍可以識別出設備的存在，并將在預定時間與其通信。此功能使設備的睡眠時間大幅延長，并節(jié)省了大量電力，因此電池的續(xù)航時間也更久。

睡眠時間通常由系統(tǒng)設計人員確定，以滿足指定的電池續(xù)航和用戶體驗要求。通過喚醒時間、待發(fā)送的數(shù)據(jù)量和發(fā)送頻率，可以非常準確地計算出特定類型電池所需的睡眠時間。這種額外的設計靈活性為營銷人員和設計人員提供了有關下一代產品的新選擇，這也是使用最新Wi-Fi 6規(guī)范的優(yōu)勢之一。

Wi-Fi安全性

物聯(lián)網另一個重要性日趨提升的方面是安全性，尤其是在發(fā)生數(shù)據(jù)泄露和物聯(lián)網設備（如監(jiān)控攝像頭）被黑客入侵時。Wi-Fi 6被強制要求包含針對Wi-Fi開發(fā)的所有最新安全功能。例如，為了提供Wi-Fi 6中的最新安全性并解決WPA2中的漏洞，Wi-Fi保護訪問（WPA）已升級到WPA3。安全性太重要了，以至于Wi-Fi 5等舊技術的規(guī)范現(xiàn)在也強制要求進行WPA3認證。

Wi-Fi連接本身的安全性只是物聯(lián)網設備的第一道防線。英飛凌提供的片上系統(tǒng)（SoC）產品和獨立的Wi-Fi器件提供了豐富的功能，這些功能對于打造真正安全的物聯(lián)網產品而言至關重要。其中的一個功能就是核實在Wi-Fi芯片內運行的固件（FW）的真?zhèn)巍?/p>

盡管今天大多數(shù)CPU和MCU都提供信任根（RoT）和驗證頂級系統(tǒng)映像的能力，但英飛凌認為，確保設備中的各個子系統(tǒng)能夠提供額外的防線也同樣重要。這種理念被稱為深度防御，可以大大提升系統(tǒng)的安全性。Wi-Fi芯片組固件的驗證涉及硬件信任根，以驗證發(fā)送給它的任何映像的簽名。即便主機系統(tǒng)遭到破壞，驗證Wi-Fi固件，對于確保映像真實性而言也是非常重要的。一旦確認了固件的真實性，Wi-Fi設備將把自己配置為僅允許通過安全數(shù)字輸入輸出（SDIO）接口進行足夠的訪問，以執(zhí)行數(shù)據(jù)傳輸，而不會修改或篡改芯片上的內存或其他資源。對于黑客破壞芯片和系統(tǒng)安全性的另一條途徑，則由Wi-Fi設備上提供限制訪問控制的特定硬件關閉。

Wi-Fi 6和Wi-Fi 6E的性能

最早由Wi-Fi 5采用的MU-MIMO技術使Wi-Fi 6能夠將數(shù)據(jù)流同時引到多個客戶端，從而提高網絡效率。通過MU-MIMO中使用的波束成形技術，天線可以將射頻信號傳輸引導至特定設備。這可以提高數(shù)據(jù)速率，并減少干擾。

Wi-Fi 6對Wi-Fi 2、Wi-Fi 3、Wi-Fi 4和Wi-Fi 5有后向兼容性。但是，舊版本中使用的2.4 GHz和5 GHz頻段已經變得非常擁擠，由此產生的擁塞，會影響物聯(lián)網設備傳輸數(shù)據(jù)的能力。而由于采用Wi-Fi 6之前技術的設備的存在，也可能會妨礙通過Wi-Fi 6的節(jié)能功能實現(xiàn)最大限度的節(jié)能。因此，由于Wi-Fi 6支持在5 GHz運行的舊設備，它可能無法發(fā)揮所有潛在優(yōu)勢。

Wi-Fi 6E增加了6 GHz頻段。由于沒有前代Wi-Fi設備在該頻段運行，因此，訪問能力將大幅提高。與2.4 GHz和5 GHz頻段相比，6 GHz頻段上的通信效率更高，從而可以整體提高物聯(lián)網設備的電源效率。

英飛凌面向物聯(lián)網推出的所有Wi-Fi 6解決方案，都將支持6 GHz頻段，這是因為6 GHz頻段是用戶充分實現(xiàn)Wi-Fi 6優(yōu)勢的唯一途徑。盡管這些設備支持所有三個頻段，但在6 GHz模式下，只會發(fā)生與Wi-Fi 6的通信，從而實現(xiàn)了最佳性能。全新的6 GHz頻段可以使Wi-Fi 6E充分發(fā)揮其在網絡效率和能耗方面的潛力，從而朝著激動人心的目的地，邁出未來之旅的第一步。