无线物联网的发展

无线网络无处不在,它是最普遍的使用授权频谱的通信协议。但作为一个共同的协议物联网(物联网),它面临着挑战,因为拥堵,它消耗的能量。

两个新方法旨在解决这些问题。一个是使用多个频道。第二个涉及新802.11啊HaLow标准。都将会对扩展无线通讯技术,几乎是无处不在。

说:“有80亿无线设备安德鲁•Skafel水滨无线公司的首席执行官。“没有人曾经预想的WiFi会成功。成功创建了一个挑战更多的设备通过WiFi尝试连接。如果你的性能下降,大部分的下降是由于干扰和竞争。”

WiFi将发挥重要作用的一部分5克生态系统。“短距离5 g太贵了,”丽塔霍纳说,高级职员产品经理Synopsys对此。“所以你从你的电脑或手机蓝牙耳机,无线除此之外,然后5 g除此之外。”

虽然无线网络可以增加5克,反过来也是如此,如果无线覆盖或能力滞后。“5 g毫米波在美国使用s波段越高,而在世界其他地区使用较低的毫米波频段,可以用来取代或补充你所拥有的手机和无线网络,”库尔特·舒勒说,负责营销的副总裁Arteris IP。

更有效地使用可用的无线带宽可以减少交通拥堵的WiFi。与此同时,使用新的无线设备的引入HaLow (IEEE 802.11啊)标准可以用更少的电力传输得更远。在一起,他们有可能更有效地服务于物联网市场。

爆炸WiFi
当WiFi第一次成为可用的,物联网不是一个考虑。“无线手机的穷亲戚,”Skafel说。期望是,“你要你的大笨重的笔记本电脑连接到调制解调器在地下室。”

从那时起,设备的数量想跳到无线通信激增。”突然,WiFi刚刚增加,增加,现在它在每一个笔记本电脑和智能手机,这是物联网的主要机制,”他说。其他协议的存在使用相同的无照工业、科学和医疗(ISM)乐队可能不会与无线直接竞争,但这些协议使接待不那么干净。

这导致了两大挑战——干扰和争用。干扰是多个发射机是使用相同的频率范围和有辱人格的信号,无论信号的性质。在WiFi,避免干扰通过检查传输之前先看看有人说话。如果有人说,有竞争,新发射机必须后退,稍后再试。设备使用相同的频率越多,就越难获得通道。

随着设备被连接数量的增加,无线网络已经变得越来越拥挤。很少的一些连接使用带宽,如物联网和智能设备。其他人,像那些高清视频流,使用了大量的带宽和延迟非常敏感。与太多的设备争夺相同的频率,性能会有所下降。

无线网络的结构
主流无线——今天是802.11 n或802.11 ac -主要使用两个频段。一个集群在2.4 GHz,另一种是集群5 GHz左右。预计5 GHz范围内提供更高的带宽,但代价是范围和穿透墙壁的能力。

“5 ghz频率2.4,一半“Skafel说。“所以传播发臭了。它不会穿过墙壁很好,所以你的表现每次都掉下了悬崖。你能把你的手在接入点,前面你会看到性能的下降。“在这些乐队通道和实际发生传播的渠道对于一个给定的连接。

多个通道的可用性意味着多个设备应该能够使用WiFi而不必互相竞争。但事实上,一个给定的WiFi接入点(AP)将使用一个频道。“在2.4兆赫,你有11个频道,也许13,这取决于你在哪里,”他说。”和传统的无线网络已经能够只使用其中一个渠道。”

一个接入点将使用哪个通道通常设置在工厂,它永远不会改变。大多数访问点打开,他们去一个通道,尽管有些人会嗅看哪一个是抗干扰的在那时刻,然后选择频道。但是如果整个社区发生在有固定信道访问点来自同一制造商,他们都将争夺相同的频道,而所有其他的渠道会闲置。

对可能发生的最糟糕的事情就是有人启动另一个接入点,乐队,”他说。”然后会发生什么是两个无线电干扰,性能会有所下降。”

一个本能的反应可能是分配访问允许每个人。但这是不允许的,根据Skafel。“如果你时间片,你真的打破了无线协议,”他说。

下一个明显的答案是一个接入点使用多个通道——甚至负载平衡交通条件发生了变化。虽然这样的动态适应可能成为未来,现在,仅仅使用多个通道的能力将是一个重大的一步缓解交通拥堵。但大多数频道重叠,同时限制通道的数量,可以活跃。在2.4 - ghz乐队,只有通道0,6和11是重叠的。

图1:2.4 - ghz无线信道结构的乐队。来源:维基共享由Michael附近

有三个活跃的渠道,还可以分配他们的方式避免邻道干扰访问点的集合,这取决于他们了。从理论上讲,完全覆盖是可能的没有重叠。这就是水滨提供技术指的是谱切片。

图2:每个单元使用不同的频道,使用不同的渠道与相邻细胞2.4 - ghz乐队如下所示。类似的情况在5 ghz乐队是可能的。来源:水滨

谱切片是一个简单的想法,但不一定很容易实现。访问点的最大问题成为限制干扰自己的传输,可以挤出的信号接收。这是因为更多的资源在多个通道接收信号的方法是使用一个宽带接收机,将从本质上,拿起信号传输。

“我们必须能够抵消我们的传播,“Skafel说。“如果我们传输通道,我们必须确保传输不沼泽接收通道。“帮助,该公司使用单独的发送和接收天线以及其他一些技术——其中许多专利,他说。

宽带接收机(而不是每个通道一个接收器),一个可以接收所有的流在所有的频道。混合信号变成混合数字基带射频信号,和不同的流分开通过降低噪声地板,过滤和其他技术。这三个流(或然而很多频道都在播放)然后独立处理协议栈。使用一个处理器时,他们有空间来处理12频道“同时”。

5 GHz乐队是棘手的。“(在美国),5 GHz乐队分为U-NII-1, 2和3,“Skafel说。“在U-NII-2, WiFi必须避免干扰天气雷达和军事应用。因此,在使用任何渠道U-NII-2之前,美联社必须扫描,以发现任何的这些应用程序。如果找到干扰,然后美联社必须为指定的时间内关闭。根据监管机构,这可能是1分钟或者30分钟。最终的结果是,在许多地方,时间的80% + U-NII-2不是可用的。也就是说,26频道不是可用的。”

有尝试使用多个通道5 ghz的乐队。无线应用的高端处理器现在支持两个收音机5 ghz乐队。但需要过滤器,他们运行在极端的边缘带。因此,大多数5 ghz频段是未使用的。

虽然接待使用一个接收器,传播必须更精确。每个通道都有自己的窄频发射机。因为每一对之间存在着空间通道,可以在相邻频道无信号传输通道之间的出血。

有多个渠道意味着一个可以分配不同的流量不同的渠道。“我可以允许一个渠道物联网设备,所以我门警报都是恒温器在同一频道,“Skafel说。“他们不需要大量的带宽,他们不把特别频繁,它们缓慢。然后我保持一个通道为我的孩子们在家教育,另一个通道用于我的妻子,当她的工作,因为她在家工作。我得到一个。然后我们维持4 k视频传输渠道。和4 k视频[是]最对延迟敏感的,除了Fortnite和奥运会。”

不同的渠道可能是也可能不是对用户可见,根据网络运营商(对于一个美联社“属于”操作符)。一些喜欢将一个名称,这意味着,在用户层面,你看不到通道。其他人可能为每个通道分配一个不同的名称。

在后一种情况下,用户很容易挑选所需的通道。但如果所有的渠道都是下一个名称,然后信道指配变得更具挑战性,这是普通用户不会想要做的。“我是技术性的,”Skafel说。“我绝对不是最聪明的技术人员,但我把我的报警系统。和花了一点工作。但是你的平均乔要做的,当他们得到一个物联网设备?不。”因此,他说,正在进一步努力,提供协议来简化任务和无缝。

切割能力
开车需要无线容量的一部分是物联网,但通常意味着智能或工业应用,设备没有电池。这使得一组应用程序依靠电池——通常一次性电池耗尽时,必须更换。WiFi一直无法满足电力需求的应用程序,他们不得不转向其他因该协议进行连接。但这些协议的许多低带宽。新的WiFi HaLow标准旨在满足低功耗物联网市场的一部分,需要更高的带宽。

许多电池驱动的物联网设备传输丛发性,罕见,小型载荷数据包。蓝牙低能量(祝福)可以在短距离;SIGFOX和罗拉可以做很长的距离。即使HaLow, WiFi将无法在这种类型的应用程序对权力的竞争。但有应用程序需要更多的带宽,同时仍然喝着能源明智和HaLow可以帮助。在睡觉或闲置,HaLow消耗比传统无线能量少一个数量级。

“802.11啊有一个独特的节电模式命名行波管(目标起床),允许访问点和连接设备谈判时,设备的频率发送或接收数据就会醒来,”瓦希德Manian说,莫尔斯微的首席运营官。“这使得802.11啊,有效提高设备睡眠时间,减少争用。他进一步指出,“行波管中不存在802.11 n收音机”

与更常见的变体的WiFi, HaLow低于1 GHz,从750年到950 MHz。较低频率意味着它可以穿透的障碍更容易和旅行得更远比传统无线- 10倍,这取决于数据速率。在150 kbps,信号可以旅行近一公里。在80 Mbps,达到大大减少。“一个接入点可以支持8000个设备在1公里的范围内,“Manian说。

图3:不同的无线范围所提供的不同版本。来源:Methods2Business

因该协议,因为他们有较低的吞吐量,收音机要多待一段时间,可能会放弃一些节省能源。如果储蓄力量小于数据速率下降(例如,一半的权力,但1/10数据速率),然后高功率无线电将消耗更少的能量仅仅因为它完成得更快,回到睡眠。

图4:HaLow更高数据率比其他远程协议,而在较小的范围内。(对数坐标轴。)来源:布来安梅奥/半导体工程

无线设备制造商也兜售提供的更高的安全性无线(特别是HaLow一般。“无线安全,有一个黄金标准与WPA3[所以],[HaLow]远比其他更安全(远程或低功耗)协议(如无线个域网,“Manian说。

图5:一个典型的WiFi HaLow系统框图。来源:莫尔斯微

主要市场HaLow是监控摄像头市场。Line-powered相机可能会使用标准的WiFi, USB、以太网(甚至接收控制以太网)。然而,电池的相机,有一个大的挑战。“6电池寿命电池的相机有一个目标,“Manian说。所以HaLow变成了对消费者的吸引力和工业版本的相机。“小于常规无线吞吐量,但比任何其他sub-GHz标准,“Manian说。

其他应用包括工业和汽车通信、访问控制(例如,门锁)在酒店或其他更大的设施,和移动电话。在后一种情况下,它并不是取代标准的无线网络,而是从长远来看,提供点对点的能力,从本质上讲,步话机函数——即使没有手机信号。

一些接入点可能专项HaLow当互连设备需要发送信息。别人会将HaLow和传统无线集成到单个访问点。“我们相信未来的APs将采用HaLow连同当前WiFi,“Manian说。设计的灵活性是关键,软件的一部分。“人们一直在关注软件的方法,在大部分的芯片功能,但您可以为不同的标准或gdp8 %可能最终有一个双模式,“Pierre-Xavier托马斯说,集团Tensilica技术和战略营销主管节奏。

像传统的WiFi, HaLow被细分为渠道。“WiFi HaLow有多种渠道:1,2,4,8 MHz(宽),“Manian说。的具体数量取决于其中一个渠道。“美国允许从902到928 MHz,然后你可以适合不同1兆赫26频道,或者你可以适合13 2-megahertz频道,”德扬Djumic说,在Methods2Business无线IP和系统架构师。“在大多数的关键区域,您可以找到重叠块。”

一个可以发送一个信号使用窄渠道。“时间到达,等标准将使用窄通道带宽1 MHz,这自然会降低吞吐量比8 MHz,等更广泛的信道带宽”Manian说。

至少,这允许访问点选择一个不太忙的通道。“我们提供动态选择的频道,“Djumic说。“[我们]监控多个通道,然后我们可以给每一个一个从1到5年级。如果你有5个,那是最好的通道干扰是最低的,你有可用的最大容量,然后我们可以移动的网络流量通道。“莫尔斯微证实,他们还可以执行动态信道分配。

HaLow,你也可以把你的附加设备分成组,然后分时组——这与传统无线网络不可能。”有一种机制之上[,]像限制访问窗口,“Djumic说。“一个接入点可以说,‘我有1000台和100年我要把他们分成小组,然后分配(团体)。“那么只有100人(竞争)(英吉利海峡),不是成千上万。”

目前,没有一个HaLow制造商计划使用一个以上的通道。但Djumic看到它作为一个可能的未来。“如果你需要停车,例如,你有这些相机将在一个频道——例如,4-MHz频道,”他说。“那你有停车传感器周围检查哪些地方占领。他们,例如,在一个不同的频道,是1兆赫(宽)。然后你支付系统…[也]通过WiFi(通道)。

WiFi HaLow明年会变得可用。“2021年WiFi HaLow会和产品来,“说玛莲Boonen, Methods2Business的创始人和CEO。它还将有一个角色在即将到来的5 g的时代。”

Skafel补充道:“这个过渡到5 g的一部分是,在后台,手机将会选择最适合的网络技术,无论是WiFi 2.4或5 GHz, 6 GHz,无论是1800 MHz,等等。和用户不会知道。”