В этом посте кратко объясняется Wi-Fi HaLow: новый стандарт беспроводной связи, который расширяет возможности использования Wi-Fi на устройствах с низкой пропускной способностью.
С момента своего появления Wi-Fi стал «быстрее», в основном, за счёт увеличения частот и пропускной способности. Такой подход достигается за счет высоких затрат на оборудование, меньшей дальности действия и большего энергопотребления. Крайним примером этой тенденции является WiGig, который использует сверхвысокую частоту 60 ГГц и оказался самым недолговечным стандартом в реальном использовании из-за чрезвычайно ограниченного охвата.
Во многих отношениях Wi-Fi HaLow является противоположностью. И это может быть правильным выбором для многих приложений.
Что такое Wi-Fi HaLow
Это название является понятным названием стандарта беспроводной сети IEEE 802.11ah.
Wi-Fi HaLow (HEY-Low), впервые опубликованный в 2017 году Wi-Fi Alliance, использует частоту ниже гигабитной – 900 МГц – по сравнению с гораздо более высокими частотами традиционных стандартов Wi-Fi 4/5/6/7, которые включают 2,4 ГГц, 5 ГГц и 6 ГГц.
Wi-Fi HaLow: все возможности для нужд Интернета вещей
В соответствии с принципом работы радиоволн более низкая частота обычно означает:
- большую дальность действия сигнала,
- меньшую пропускную способность,
- меньшую мощность, требуемую стороне вещания,
- меньшее потребление энергии на принимающей стороне.
И в этом цель Wi-Fi HaLow. Новый стандарт предназначен для передачи сигналов на гораздо большие расстояния. В частности, его радиус действия может достигать 2 километров при постоянной скорости около 150 Кбит/с. Более короткие расстояния обычно обеспечивают более высокую пропускную способность, но она все равно не превышает нескольких десятков мегабайт в секунду. Дело в том, что Wi-Fi HaLow ограничен в пропускной способности и должен работать медленно.
Широкий охват – это здорово, но зачем кому-то такая низкая скорость соединения? Всё просто. Дальность и скорость могут играть две совершенно разные роли в зависимости от применения.
Устройства Интернета вещей и пропускная способность
Быстрее не всегда лучше или даже необходимо. Многим сетевым устройствам, особенно тем, которые относятся к Интернету вещей (IoT), не требуется большая полоса пропускания.
Например, датчик ворот обычно имеет несколько простых возможностей с точки зрения действия – открыть, закрыть, заблокировать или разблокировать – и для передачи этих команд или состояний требуется всего несколько килобайт данных. Точно так же управление включением, выключением или затемнением лампочки не требует большого количества данных.
Что касается более требовательных устройств, то, например, камере видеонаблюдения нужно всего несколько Мбит/с для передачи видео в реальном времени. Это особенно верно для современных методов сжатия видео.
Кратко о цифровых данных
Читая эту страницу, обратите внимание, что каждый символ на экране, включая пробел между двумя словами, обычно требует одного байта данных.
Фраза «Я знаю всё о технологиях» без кавычек требует не менее 20 байт, а возможно, и больше, поскольку форматирование, такое как использование заглавных букв и шрифта, также требует дополнительного места для хранения.
Байт – часто в тысячах или килобайтах (КБ), миллионах или мегабайтах (МБ), миллиардах или гигабайтах (ГБ), триллионах или терабайтах (ТБ) – обычно используется для распределения пространства хранения по общему объему использования данных. Для передачи данных мы используем биты.
Один байт равен восьми битам.
Один миллион (1 000 000) бит = 1 Мегабит (МБ).
Мегабиты в секунду (Мбит/с) – количество мегабит, обрабатываемых за одну секунду, – в настоящее время является общепринятой единицей скорости передачи данных.
Исходя из этого, общепринятыми терминами являются:
- Fast Ethernet: стандарт соединения, обеспечивающий скорость до 100 Мбит/с.
- Gigabit: это сокращение от Gigabit Ethernet (GbE) и обычно означает скорость передачи в гигабитах в секунду (Гбит/с), что в настоящее время является самым популярным стандартом проводного соединения. 1 Гбит/с = 1000 Мбит/с.
- Gig+: соединение быстрее 1 Гбит/с, но медленнее 2 Гбит/с. Часто это относится к 2x2 Wi-Fi 6/6E или скоростям Интернета.
- Multi-Gigabit: это несколько гигабит – канал со скоростью 2 Гбит/с или выше.
- Multi-Gig: новый стандарт проводного соединения BASE-T, который обеспечивает передачу данных 2,5GbE, 5Gbe или 10GbE по сетевым кабелям CAT5e (или более высокого класса), в зависимости от задействованных устройств, а также обратно совместим с Fast Ethernet и Gigabit.
Дело в том, что в некоторых приложениях высокая пропускная способность не имеет значения. С другой стороны, дальность действия имеет решающее значение, поскольку эти устройства с низкой пропускной способностью необходимо как-то подключать. И они часто разбросаны по большой территории – ворота могут находиться в десятках метров от от вашего основного дома.
Wi-Fi HaLow: альтернатива стандартам беспроводной связи с низким энергопотреблением
В настоящее время у нас есть два разных подхода к подключению с низкой пропускной способностью (IoT):
Первый – использовать традиционный Wi-Fi, часто в диапазоне 2,4 ГГц. В этом случае, помимо короткого времени автономной работы, эти устройства могут ещё и нагружать существующую сеть.
Второй и также рекомендуемый подход – использовать специальные стандарты беспроводной связи с низким энергопотреблением, такие как Zigbee, Thread или Z-Wave.
В этом случае концентратор определенного стандарта является единственным сетевым устройством, которое подключается к сети – через традиционный Wi-Fi или сетевой кабель – с IP-адресом. Хотя эти стандарты беспроводной связи помогают решить проблемы с производительностью и временем автономной работы, самими устройствами с низкой пропускной способностью сложно управлять, поскольку они не являются частью IP-сети – они даже не поддерживают протокол IP изначально.
И ещё добавьте недостаток устойчивости: если ваш концентратор Z-Wave перестанет работать, все подключенные к нему устройства IoT станут бесполезными. Другими словами, сам хаб является единственной точкой отказа.
И именно здесь в игру вступает Wi-Fi HaLow. Это комбинированное решение, которое упрощает подключение. Благодаря этому устройства всех типов могут использовать Wi-Fi и быть частью общей IP-сети, не оказывая при этом отрицательного влияния на скорость соединения друг друга и не потребляя больше энергии, чем необходимо. Во всяком случае, это идея.
Wi-Fi HaLow (по сравнению с Wi-Fi 6E): общие характеристики
Что касается Wi-Fi, то диапазон и устойчивая скорость Wi-Fi HaLow меняются в зависимости от характеристик, среды и конкретного оборудования.
В таблице ниже показано, чем этот стандарт отличается от Wi-Fi 6E, первого «нормального» стандарта, использующего самую высокую полосу частот 6 ГГц.
Wi-Fi 7 использует все три диапазона (2,4 ГГц, 5 ГГц и 6 ГГц).
| Wi-Fi HaLow | Wi-Fi 6E | |
|---|---|---|
| Полоса частот Wi-Fi | 900 МГц | 6 ГГц |
Максимальная доступная ширина частоты (общая ширина полосы) |
26 МГц (от 902 МГц до 928 МГц) | 1200 МГц |
| Ширина канала (часть ширины полосы, используемая в определенное время) | 1/2/4/8/16 МГц | 20/40/80/160 МГц |
| Использование канала DFS | Нет | |
| Поддержка OFDMA | Да (узкие полосы) | Да (широкие полосы) |
| Максимальный QAM | 256-QAM | 4К-QAM |
| Максимальная пропускная способность на поток (идеальные условия и диапазон) | От: 4 Мбит/с при 1 МГц До: 86,7 Мбит/с при 16 МГц |
От: 150 Мбит/с при 20 МГц До: 1200 Мбит/с при 160 МГц |
| Безопасность Wi-Fi | WPA3 | |
| Встроенная поддержка IP | Да | |
| Потребляемая мощность | Чрезвычайно низкий уровень энергопотребления с несколькими режимами энергосбережения (устройство, работающее от батарейки-таблетки, может работать месяцами или годами) | Высокий расход энергии (подходит только для ручных или подключаемых устройств) |
| Эффективная дальность (в пределах прямой видимости) | 1,61 км | 23 метра |
| Проникновение сквозь стены/объекты | Отличное | Посредственное |
| Предполагаемое использование | Интернет вещей и устройства с низкой пропускной способностью | Общие сетевые устройства |
Wi-Fi HaLow следует тем же общим правилам Wi-Fi:
- Чем уже канал (в МГц):
- тем меньше информации он может нести – и ниже скорость.
- тем стабильнее соединение.
- тем больше дальность и тем лучше проникновение сквозь объекты.
- Не всё оборудование будет поддерживать всю ширину канала, QAM или другие доступные опции.
- Чувствителен к помехам, вызванным устройствами, использующими ту же частоту. Например, любительские радиостанции и устройства Z-Wave используют ту же частоту, что и HaLow.
- Производительность конкретного устройства всегда соответствует наименьшему знаменателю и во многом зависит от окружающей среды.
Реально мы можем ожидать, что Wi-Fi HaLow обеспечит надежную пропускную способность около нескольких мегабит в секунду (Мбит/с) на расстоянии несколько сот метров. И этого достаточно для целевых приложений стандарта. Вы можете использовать его для обеспечения общего доступа в Интернет, достаточно быстрого для простых приложений, таких как текстовая электронная почта или легкий веб-серфинг.
Доступность и использование Wi-Fi HaLow
Как и в случае с Wi-Fi 6E или любым новым стандартом Wi-Fi, чтобы воспользоваться преимуществами Wi-Fi HaLow, нам нужно совершенно новое оборудование.
Что касается вещания, этот стандарт можно добавить в любую существующую сеть через точку доступа, аналогично обновлению оборудования на стороне вещания. Со временем могут появиться роутеры со встроенным Wi-Fi HaLow.
В настоящее время в мире существует всего несколько вещателей Wi-Fi HaLow, но начиная с 2024 года ситуация меняется. В конечном итоге, именно поддержка со стороны клиентов будет способствовать принятию нового стандарта. В большинстве случаев это новые поколения наружных устройств, которые впервые становятся «умными» благодаря простому подключению к IP-сети. И это займет некоторое время.
Вывод
Wi-Fi HaLow дополняет семейство Wi-Fi, предоставляя столь необходимую, но пока недооцененную часть возможностей подключения: сочетание широкого радиуса действия, длительного времени автономной работы и низкой пропускной способности.
Когда Wi-Fi HaLow станет широко доступен, он изящно решит проблему всё более распространенного использования «умных» устройств, которые были фрагментированы между несколькими стандартами беспроводной связи, включая традиционный Wi-Fi, где всё становится проблематичным.
В качестве нового стандарта Wi-Fi HaLow со временем станет обычным явлением. Когда оно вам понадобится, знайте, что, в принципе, оно будет работать так же, как любое существующее устройство Wi-Fi, которое у вас было много лет, – и в этом его красота.
