連接物聯(lián)網(wǎng)： Wi-Fi HaLow與藍(lán)牙對(duì)比

如今，物聯(lián)網(wǎng)幾乎與每個(gè)行業(yè)都息息相關(guān)，是IT類(lèi)增長(zhǎng)最快的領(lǐng)域之一。去年，物聯(lián)網(wǎng)的消費(fèi)高達(dá)3003億美元，預(yù)計(jì)到2026年將達(dá)到6505億美元。

隨著物聯(lián)網(wǎng)成為成為我們生活中不可或缺的一部分，企業(yè)必須了解如何支持這個(gè)隨新時(shí)代而來(lái)的不斷增長(zhǎng)的連接需求。

并非所有的無(wú)線連接都是相同的

首先要注意的是，并非所有的無(wú)線連接都是相同的。Wi-Fi HaLow融合了IEEE 802.11ah，是IEEE 802.11系列中最新的Wi-Fi協(xié)議之一，專為滿足物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境的獨(dú)特需求而設(shè)計(jì)¹。

Wi-Fi HaLow為物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線連接提供了一種更全面的方法，讓消費(fèi)者獲得所期望的Wi-Fi的所有優(yōu)勢(shì)，同時(shí)連接范圍增加，并為連接到同一接入點(diǎn)的成千上萬(wàn)的設(shè)備大幅降低功耗。與其他Wi-Fi技術(shù)一樣，Wi-Fi HaLow也具有多廠商的互操作性，在不中斷現(xiàn)有Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)的情況下輕松設(shè)置，并具有最新的Wi-Fi安全性。

藍(lán)牙的效果如何？

藍(lán)牙是一種常用的無(wú)線個(gè)人局域網(wǎng)絡(luò)（WPAN）協(xié)議，用于許多消費(fèi)設(shè)備，如智能手機(jī)、無(wú)線耳機(jī)和便攜式揚(yáng)聲器等短距離通信的便攜式揚(yáng)聲器。藍(lán)牙不太支持依賴于遠(yuǎn)距離連接的大量低功耗設(shè)備的物聯(lián)網(wǎng)用例。藍(lán)牙具有兩個(gè)獨(dú)立的版本：經(jīng)典藍(lán)牙（Bluetooth Classic）和低功耗藍(lán)牙（BLE，或藍(lán)牙4.0）。

概覽： Wi-Fi HaLow與藍(lán)牙比較

下表列出了Wi-Fi HaLow與藍(lán)牙的比較，顯示了兩種協(xié)議的各自特點(diǎn)。

連接范圍

與使用20MHz到160MHz信道的Wi-Fi 4、Wi-Fi 5和Wi-Fi 6不同，Wi-Fi HaLow在1GHz以下的頻段運(yùn)行，信道較窄（從1MHz到16MHz）。Wi-Fi HaLow的射頻頻率較低，在850 MHz和950 MHz之間（與Wi-Fi 4或Wi-Fi 6的2.4 GHz或5GHz相比），范圍優(yōu)化的調(diào)制和編碼方案使Wi-Fi HaLow設(shè)備的連接距離超過(guò)1公里²。

相比之下，藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)在2.4GHz ISM頻段運(yùn)行，在沒(méi)有障礙物的情況下，可以支持最遠(yuǎn)約100米的室外范圍。然而，大多數(shù)支持藍(lán)牙的設(shè)備在室內(nèi)較短的范圍內(nèi)運(yùn)行，一般為9-12米。最新的藍(lán)牙5.0版本可以在遠(yuǎn)距離模式（最大400米）下運(yùn)行，即編碼PHY，允許藍(lán)牙連接的范圍甚至超過(guò)室外無(wú)障礙物的1公里，但數(shù)據(jù)速率低至固定的125Kbps。

無(wú)線協(xié)議的實(shí)際范圍，也取決于設(shè)備間的物理屏障或障礙物。作為sub-1 GHz的協(xié)議，Wi-Fi HaLow提供了卓越的穿透力，無(wú)論障礙物的材料是玻璃、木材、金屬網(wǎng)還是混凝土。相比之下，2.4 GHz頻段的藍(lán)牙信號(hào)比Wi-Fi HaLow信號(hào)衰減更大，更容易被障礙物阻擋。

容量

單個(gè)Wi-Fi HaLow接入點(diǎn)（AP）可以處理數(shù)千臺(tái)連接設(shè)備。這種能力是處理大量物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的關(guān)鍵功能，用于在商業(yè)建筑、工廠和其他工業(yè)應(yīng)用的大規(guī)模部署。在家居環(huán)境中，單個(gè)Wi-Fi HaLow 接入點(diǎn)可以輕松擴(kuò)展以滿足常規(guī)家庭的物聯(lián)網(wǎng)需求。

雖然標(biāo)準(zhǔn)藍(lán)牙連接的標(biāo)稱容量高達(dá)7臺(tái)設(shè)備，但實(shí)際容量往往在3-4臺(tái)設(shè)備之間。BLE容量稍大一些，但也不是很大。一臺(tái)中央BLE設(shè)備的實(shí)際限制是大約20臺(tái)設(shè)備。因此，BLE需要網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)來(lái)處理更多的設(shè)備。藍(lán)牙網(wǎng)格的開(kāi)發(fā)就是為了滿足這一需求，讓大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)發(fā)成為可能，數(shù)百甚至數(shù)千臺(tái)藍(lán)牙設(shè)備可以相互通信。 然而，藍(lán)牙網(wǎng)狀數(shù)據(jù)包的有效載荷很小，只有11個(gè)字節(jié)，必須分段來(lái)發(fā)送較大的數(shù)據(jù)包，而且數(shù)據(jù)包的大小和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的跳數(shù)，會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)包延遲產(chǎn)生不利影響³。 

保持連接安全 

作為 IEEE 802.11 Wi-Fi 協(xié)議，Wi-Fi HaLow 遵循全球公認(rèn)的安全物聯(lián)網(wǎng)身份驗(yàn)證和通信標(biāo)準(zhǔn)。Wi-Fi HaLow支持最新的Wi-Fi認(rèn)證要求（WPA3）和空中傳送（OTA）的AES加密，其數(shù)據(jù)傳輸率能夠?qū)崿F(xiàn)安全的OTA固件升級(jí)。

盡管藍(lán)牙本身最初“并不打算成為一種安全協(xié)議”，但最近也提高了安全性。 例如，BLE 現(xiàn)在支持 AES-CCM 加密和 128 位加密。 此外，藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟（Bluetooth Special Interest Group ，簡(jiǎn)稱SIG）會(huì)繼續(xù)監(jiān)控和改進(jìn)藍(lán)牙安全功能。

藍(lán)牙與Wi-Fi HaLow的能效

Wi-Fi HaLow旨在滿足傳感器、音頻和視頻應(yīng)用等一系列物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的低功耗需求。Wi-Fi HaLow提供了最節(jié)能的連接選項(xiàng)之一，使用的功率僅為其他Wi-Fi版本的一小部分。

經(jīng)典藍(lán)牙主要用于音頻應(yīng)用，可以傳輸較大的文件，如靜止圖像或低速視頻，與Wi-Fi 4、Wi-Fi 5或Wi-Fi 6相比，仍然相對(duì)節(jié)能。BLE比經(jīng)典藍(lán)牙更節(jié)能，專為傳感器應(yīng)用和LE音頻設(shè)計(jì)，功耗比Wi-Fi 4、Wi-Fi 5或Wi-Fi 6低十倍。

連接互通性

Wi-Fi HaLow使用免許可和類(lèi)許可的1GHz以下頻段，范圍從850 MHz到950 MHz。如果供應(yīng)商的Wi-Fi HaLow產(chǎn)品獲得Wi-Fi聯(lián)盟認(rèn)證，將與其他支持Wi-Fi HaLow的產(chǎn)品和網(wǎng)絡(luò)交互操作。

值得注意的是，Wi-Fi HaLow和其他Wi-Fi版本（Wi-Fi 4、Wi-Fi 5、Wi-Fi 6）都是IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)的一部分，在不同的射頻頻段上運(yùn)行，使他們可以共存而不影響射頻性能。這對(duì)于旨在利用Wi-Fi HaLow的遠(yuǎn)程、卓越的穿透性和能源效率獨(dú)特優(yōu)勢(shì)的網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)是一個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)。

藍(lán)牙同樣使用免許可的2.4GHz頻段，藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟也提供了某種資格認(rèn)證，然而經(jīng)典藍(lán)牙和BLE并不兼容，這意味著手機(jī)等設(shè)備通常會(huì)安裝這兩個(gè)版本，以便與同一頻段的不同終端藍(lán)牙設(shè)備通信。

數(shù)據(jù)速率比較

Wi-Fi HaLow提供一系列非常適合物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)速率，例如，從使用MCS 10與BPSK調(diào)制的150 Kbps，到使用MCS 9的最高速率4.4 Mbps，其中單個(gè)空間流處于1MHz的最窄帶寬。在8MHz操作信道中，單流Wi-Fi HaLow 接入點(diǎn)可以支持各種物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，從以低至150Kbps的速率發(fā)送1兆赫數(shù)據(jù)包極低功率傳感器，到以高達(dá)43Mbps的速率發(fā)送8兆赫數(shù)據(jù)包。

藍(lán)牙的數(shù)據(jù)吞吐量則低得多——只是Wi-Fi HaLow最高速度的一小部分。經(jīng)典藍(lán)牙支持最達(dá)3 Mbps的速度，而BLE只提供約1 Mbps的速度（如果使用藍(lán)牙5，最高可達(dá)2 Mbps）。

結(jié)論

盡管許多人認(rèn)為經(jīng)典藍(lán)牙是當(dāng)今無(wú)線音頻領(lǐng)域不可或缺的協(xié)議，但藍(lán)牙并不能為各種遠(yuǎn)距離、高容量、低功耗的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)提供全面的解決方案。 

如果某個(gè)網(wǎng)絡(luò)需要安全、節(jié)能、大規(guī)模連接，Wi-Fi HaLow將為您的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的各種要求提供最佳的整體解決方案。 

注：

1 https://www.wi-fi.org/discover-wi-fi/wi-fi-certified-halow

2 https://www.wi-fi.org/beacon/neil-weste/the-future-of-farming-testing-the-rural-range-of-wi-fi-certified-halow

3 https://www.silabs.com/documents/public/application-notes/an1137-bluetooth-mesh-network-performance.pdf