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利用Wi-Fi HaLow技術,構建未來智能建筑

2021年10月21日 15:00 ? 次閱讀

  作者

  摩爾斯微電子(www.morsemicro.com)營銷副總裁Shahar Feldman

  當消費者已經接受了依靠便捷、聯網設備來實現家居功能自動化的概念時,智能建筑也是如此。手動設置恒溫器或自動計時器的日子已經一去不復返?,F在,可以隨時隨地通過智能手機應用程序甚至云AI控制這些功能。例如,機器學習算法可以通過識別特定房間的低占用率,從而關閉暖通空調系統和照明,來幫助節約能源。

  寬帶連接提供了充足的帶寬和低延遲性,但事實證明,調制解調器和設備之間的良好無線連接卻難以實現。

  這種情況一直持續到現在。

  W-Fi聯盟命名的Wi-Fi HaLow技術,已由IEEE 802.11ah任務組進行了標準化。與傳統Wi-Fi相比,Wi-Fi HaLow使用更低的頻率和更窄的頻帶信道,其綜合效果是連接的范圍更廣,總能耗更低。設備可以與1公里以外的接入點(AP)通信,這取決于所需的應用程序吞吐量和各國對無線電系統的規定。對于一些占地數平方公里的清潔能源系統來說,Wi-Fi HaLow可以將8000多臺設備連接到一個接入點(AP)。

  

  圖1:Wi-Fi HaLow優勢  

  雖然傳統的Wi-Fi是目前使用最普遍的無線通信協議,但物聯網的快速發展迫使人們重新思考Wi-Fi,揭示了技術差距,以及在一個無所不包的互聯綠色世界中,Wi-Fi需要發揮什么樣的作用。許多物聯網和機對機(M2M)應用,對遠程連接和低功耗的更高要求,使得Wi-Fi HaLow在今后以越來越快的速度發展。

  簡化企業門禁系統架構

  在大型商業建筑,安全網絡中的設備通常包括電插鎖、電磁鎖、混合智能鎖。該網絡中的其它組件,包括每扇門外的外部鍵盤或RFID卡掃描儀,以及每扇門內的外出觸發器,如被動紅外PIR)傳感器和出口(REX)按鈕。

  典型的安裝需要將安保人員的電腦連接到控制站,控制站使用電線網絡來控制用于給鎖具供電或改變其狀態的低壓電力變壓器。另一種方法可能使用以太網供電(PoE),向網關控制器設備提供控制信號和電源,最遠距離為100米。一些系統使用PoE和RS-485協議的混合配電網絡,到達房間附近的專有接入點,每扇房門都有無線智能鎖。

  Wi-Fi HaLow簡化了這種設備網絡,不僅降低了基礎設施的成本,而且還降低了安裝成本和時間,并減少了電池更換和固件更新帶來的系統維護成本。該標準提供了一種簡化的星型拓撲架構,用于連接高密度的傳感器和門鎖控制器,并可以直接集成到電池操作的門鎖裝置中,而不需要中間的子網關或專有控制器。網絡可以像Wi-Fi HaLow AP一樣簡單,在每一層連接一根PoE電纜。然后,每個鎖都能夠作為基于場地或基于云端的設備進行操作。

  

圖2:Wi-Fi HaLow可達到與傳統Wi-Fi10倍的距離、100倍的面積和1000倍的容量,并通過單個接入點安全地連接數千臺設備。

  Wi-Fi HaLow還可用作回程網絡,取代主干網絡和設備區域之間的低速電纜。安裝、移動或更改RS-485或PoE網絡以添加功能,需要花費大量的材料和人力成本。如果系統架構師需要為無線門鎖增加視頻或其它多因素認證,Wi-Fi HaLow有能力滿足這些需求。

  樓宇自動化系統(BAS)

  Wi-Fi HaLow還可以提高商業建筑暖通空調系統的使用效率并優化成本??紤]一下為大型辦公樓降溫的例子。這個由壓縮機、傳感器、溫控器和阻尼器組成的整個網絡可以聯網,向現場或云端的建筑管理系統(BMS)監控器提供建筑性能的深層視圖。構建該網絡的傳統方法依賴于在大多數這些組件上安裝有線電源和信號連接。一些系統含有短距離的無線網狀網絡,包括802.15.4 Zigbee或傳感器設備專有無線電。專有集線器或網關的幾個階段在從這些設備到互聯網BMS路徑上增加了延遲、延時,并且有數據吞吐量的限制。

  與這些有線和專有無線技術相比,Wi-Fi HaLow集成電路具有獨特的優勢。因Wi-Fi HaLow在低于1 GHz的頻率范圍內運行,使用窄帶信道,比有線或2.4GHz無線技術更易穿透墻壁、天花板、地板和物體,所以設備可以更少的限制放置在需要的地方。這消除了多級網狀網絡連接和中繼器,降低了基礎設施成本和消耗能源的設備數量。

  安全和互通

  Wi-Fi HaLow與其它IEEE 802.11的 Wi-Fi版本一樣,是一種固有的安全無線協議,支持最新的Wi-Fi認證要求(WPA3)和遠程(OTA)傳輸的AES加密,其數據速率可以實現安全的遠程(OTA)固件升級。

  與其它類型的Wi-Fi一樣,Wi-Fi HaLow是全球公認的標準(IEEE 802.11ah),定義了連接設備如何進行身份驗證和安全通信。采用Wi-Fi HaLow的設備供應商可以保證其產品和網絡將按照Wi-Fi聯盟的開發指南實現互通。因Wi-Fi HaLow是IEEE 802.11標準的一部分,Wi-Fi HaLow網絡也能與Wi-Fi 4、Wi-Fi 5及Wi-Fi 6網絡共存,而不影響其射頻性能。

  傳統Wi-Fi的網絡擁堵、距離限制和更高的功耗,以及可連接到單個無線接入點的設備數量有限,在智能建筑的互聯世界中已不再可行。這些限制阻礙了各行各業正在興起的以物聯網為中心的新商業模式,這些模式需要更大的容量、范圍、并用電池來運行,同時最大限度地降低部署成本和時間。

  隨著Wi-Fi HaLow無線技術的發展,拆除舊線然后安裝新線的概念將成為過去。

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