智能家居的物联网(IoT)解决方案

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您的“智能”之家是不是表现得不那么智能? 别急,还有办法。 Wi-Fi HaLow™为所有智能设备提供一种更安全、更可靠的连接。


消费者已经接受了依靠方便的互联网设备,在家里实现电器功能自动化的概念。手动设置恒温器、或手动打开机械时钟小灯的日子已经一去不复返。现在,这些功能可以在任何地方,通过智能手机应用程序控制,甚至通过云的AI(人工智能)进行控制。宽带连接业务为家庭提供充足的带宽和低延迟性,但事实证明,调制解调器和各种设备之间的优良无线链接,却难以实现。



那么Wi-Fi是可靠的答案吗?

Wi-Fi似乎是将一切整合在一起的最后承诺。制造商们急于满足对联网电器、安全系统、门锁、开关、电灯、车库自动门和虚拟助手扬声器的需求。通过为用户提供新的便利和功能,同时收集分析数据,并扩展诊断功能,制造商们已找到方法,来抵消连接设备的额外制造及维护成本。消费者认为设备制造商已经使用安全、可靠的架构,来部署和维护他们的服务。

然而,几个常见问题困扰着这些连接产品的各种使用:传统Wi-Fi连接的高功耗、由于不同的家庭建筑技术和建筑材料导致的盲点和低覆盖率、拥挤的2.4GHz和5GHz RF频谱、复杂的部署/设置程序、以及黑客利用安全漏洞等。

消费者对简单、可靠、安全连接的期望,促使制造商将安装成本和安全维护成本都高的专有无线技术,拼凑在一起。


需要定制、成本高、复杂

消费者被迫使用运行在Zigbee、Z波、蓝牙和其他非标准RF技术上的专有无线集线器设备,并将其连接到Wi-Fi路由器。 他们开始发现这需要经常更换电池或一直使用交流电源。他们不得不为远离路由器的设备使用网络扩展器;不得不为监控摄像头和传感器使用有线电源,或使用大型可充电电池。


由于缺乏更好的远程技术解决方案,制造商不得不依靠耗电量大的移动通信技术,其中包括经常性的续订费和不可预测的数据流量费。黑客还会利用设备上保护性不高的身份验证协议的安全漏洞,该设备没有无线(OTA: Over-the-Air)更新的能力来应对新的威胁。


IEEE 802.11ah Wi-Fi HaLow™是一种无线技术工业标准,可以应对IoT现有无线解决方案面临的问题——使用可扩展的行业标准。



Morse Micro的Wi-Fi HaLow如何解决这些问题

IEEE 802.11ah Wi-Fi HaLow专为满足IoT设备的特定需求而构建:更远的距离、更低的功耗、更好的穿透建筑材料能力、足够的带宽、改进的网络容量、易于部署和安装、生命周期内的安全性、无线(OTA: Over-the-Air)更新能力和低材料成本。


让我们分别研究这些要求。从IoT对距离和功率的需求开始,然后到穿透性、带宽、安全性,最后到容量。

距离

使用较窄的1MHz信道的Wi-Fi HaLow,工作频段低于1GHz,比传统Wi-Fi的传播距离远十倍,且无需网络扩展器。电池驱动的摄像头可以放在更方便的地方,在家里或车库墙外任何需要的地方。照明系统可以从单个AP控制,无论灯具是在室内还是在室外的花园。为客户提供距离远达100米的解决方案——无需额外的扩展器或手机流量套餐——这是一项巨大的竞争优势。

下一个要求与距离同样重要:

功率

Wi-Fi HaLow跟传统Wi-Fi相比,使用更低的功率实现了更远的距离,同时提供足够的双向数据传输。 IEEE 802.11ah规定了各种新的睡眠模式,允许设备长时间处于低功率状态——节省电池能量。

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电池消耗

在本白皮书中,详细了解Morse Micro的Wi-Fi HaLow芯片的功耗。

Morse Micro正在应用其数十年的低功耗IC设计经验,来创建一种解决方案,该解决方案可由简单的纽扣电池供电,平均功耗低于10uW。凭借如此低的功耗,Morse Micro的HaLow技术可以应用于过去必须依赖Zigbee、蓝牙或专有技术的设备中。



穿透性

Wi-Fi HaLow卓越的建筑覆盖范围,将减少客户投诉电话和产品退货概率,这些都是基于普通Wi-Fi的产品所面临的问题。Wi-Fi HaLow使用的较低频率可以穿透各种建筑材料,优于2.4GHz和5GHz,同时功耗更低。

Wi-Fi HaLow使用OFDM调制来校正反射和多径环境。设备制造商可以确保与AP之间的强大HaLow连接,无论其产品是放在室内还是室外、或者是放在家中的地下室又或者放在阁楼。这消除了提供专有集线器或桥接设备的额外复杂性和成本,以补偿全球消费者不同的家庭架构。

带宽

与传统Wi-Fi类似,Wi-Fi HaLow可根据信号完整性和与AP的距离自动调整带宽。

这些预定义的调制和编码方案(MCS: Modulation and Coding Scheme)级别支持带宽从150Kbps至40Mbps,适用于单数据流、单天线(1x1)产品,使用的信道宽度在1、2、4和8MHz之间变化,使用可选的16MHz宽通道可提供高达80Mbps的能力。自动选择最合适的MCS速率可确保快速传输数据。

这一点很重要,因为数据传输速度越快,所使用的电池能量越少,设备在无线电波传输上所需的时间也越短——从而使其可供其他设备自由使用。

安全性

IEEE 802.11ah包括最新的Wi-Fi认证要求(WPA2 / WPA3)和无线流量的AES (Advanced Encryption Standard高级加密标准)加密。 Morse Micro产品还提供独有的设备ID技术,以支持加密和签名数据,以便通过IPv6网络与可信平台进行数据交换。设备制造商可以生产符合ISO / IEC网络安全标准的产品。Morse Micro将不断改进其产品,设备制造商可通过OTA固件更新,将其传递给现场消费者。这也可确保设备永远不会错过未来的安全升级。

容量

单个Wi-Fi HaLow AP可以处理多达8,191个设备。这应该足以涵盖所有灯泡、门锁、窗帘,恒温器、热水器、冰箱,烟雾探测器、开关、太阳能板、摄像头、车载充电器,以及未来所有可以想象的智能家居设备。

典型的家庭Wi-Fi路由器仅支持数十种设备。如果由宽带供应部署到家庭中,Wi-Fi HaLow AP可以通过为一个社区的一个或多个家庭,订购安全和公用设施管理设备及服务,成为获得额外收入的平台。

HaLow是一种星型网络拓扑结构,因此不会受到网状网络容量问题的影响。对于网状网络,无线电频谱会因为重复发送相同信息而变得拥挤。

易于设计、部署和安装

Morse Micro的SOC提供完整的解决方案,包含Wi-Fi HaLow所需的射频收发器、物理层(PHY: Port Physical Layer),MAC(Media Access Control介质访问控制)、安全性、处理器和内存组件。包括常见的I/O和连接接口,以及主机应用程序处理器选项。这种高度集成的解决方案对于Morse来说很难设计,但对我们的客户来说很容易使用。

Kevin Daly