物联网技术在工业领域中的部署，受到现有连接技术在实用性和成本方面的限制，这一情况即将发生改变。Wi-Fi HaLow具有独特的安全、远距离、低功耗和高度的无线连接性能等优势，能够大幅地升级工业程序自动化的各项功能。

新的无线技术标准Wi-Fi HaLow（IEEE 802.11ah）将真正实现工厂、生产及仓库的工业物联网化（Industrial Internet of Thing；IIoT）。通过Wi-Fi HaLow产品，数千个由电池供电的感测器和执行器可以安全地连接到单个存取点（AP），这些连接的特性为远距离和低功耗，它们将改变我们所熟悉的物联网。

多年来，物联网技术广泛地受到工业领域企业的采用，大幅提高生产率以及商品和加工材料的品质。与分析工具交互操作的感测器或控制项的部署密度增加，为工厂提供了更多回??及可预测性。监测资本设备的状况和效率，能改善这些资产的管理。然而物联网技术在工业领域中的部署，受到现有连接技术在实用性和成本方面的限制，这一情况即将发生改变。

Wi-Fi HaLow独特的安全、远距离、低功耗和高度的无线连接性能等一系列优势，大幅地升级了工业程序自动化的各项功能。分散式控制系统（Distributed Control System；DCS）和可编程设计逻辑控制器（Programmable Logic Controller；PLC）通常通过硬线连接安装在工厂的边缘。当使用像IEEE 802.3乙太网这样的局部区域网路（Local Area Network；LAN）连接，可确保资料的安全性和时效性，这点跟无线系统有所不同。

在特定应用中，IEEE 802.11无线区域网路（WLAN）解决方案是将LAN连接到带有线性电源的终端装置上，而且与Wi-Fi AP间的通讯距离通常很短约在100公尺之内。

在远距离、低功耗的Wi-Fi HaLow出现之前，提供工业物联网无线解决方案的供应商一直在苦苦挣扎。如今，许多网路部署都是源自IEEE 802.15.4无线电平台复杂的网状网路，例如蓝牙或Zigbee。这些解决方案被称为个人区域网路（Personal Area Network；PAN），应用於个人穿戴式或是短距离通讯产品，例如耳机和灯泡。但是，如果将这些PAN标准扩展到全面性的LAN支援中，则需要在各方面做出重大让步。

基於这些2.4GHz无线设备所建置的网状网路，通常存在着不完整的媒体存取控制（Media Access Control；MAC）架构，因此会出现严重的拥塞或延迟问题。当节点计数和中继跳数增加时，这些问题就会出现。例如蓝牙这种宣称具有32,000个可定址节点、或是Zigbee显示能支援65,000个节点的技术，实际上，它们在大型网格环境中容量反而非常低。此外，PAN技术的使用会要求附加层的协议闸道或集线器将资料转换为L3资料封包，以通过网际网路进行连接。

Wi-Fi HaLow从一开始就被设计为IP可定址、大容量和远距离，使其成为具备工业程序控制功能的WLAN技术。为何会这样说呢？HaLow包括完整的MAC性能、更高的资料频宽和更健全的身份验证与加密安全协议。

图1 : Wi-Fi HaLow的IP可定址、大容量和远距离等特色，让它成为具备工业程序控制功能的WLAN技术。（source：Microcontroller Tips）

最重要的是，它只要较低的功率就能达到更远的距离，并提供现成的L3性能。该标准支援每个存取点上挂载8191个节点，并采用星状网路拓扑结构以确保低网路拥塞和低延迟。为了实现此一目标，摩尔斯微电子（Morse Micro）的Wi-Fi HaLow晶片解决方案致力於四个方向：距离、功率、频谱效率和安全性，以下将分别探讨其不同的特性。

距离和功率

IEEE 802.11ah或Wi-Fi HaLow专门用於解决传统Wi-Fi技术留下的问题。HaLow的运作频段是使用1GHz以下频段和较窄的射频（RF）频道，在相同的发射功率水准下，提供10倍远於2.4GHz Wi-Fi的距离。

与传统Wi-Fi存取点相比，HaLow AP可以让连接达到传统Wi-Fi 100倍广的面积和1000倍大的容量。此外，由於它具备超低功耗模式，电池供电方案方面可以使用钮扣电池运行多年。如果搭配热能或振动能量采集（Energy Harvesting；EH）解决方案，感测器的使用寿命甚至可以达到无期限。

这就意味着燃气表和流量计可被部署在附近没有电源或可编程设计逻辑控制器（PLC）的困难位置，例如振动监控器可部署在危险的位置，监听泵轴承的声音以预测维护情况，并提高工作人员的安全性，降低劳动力成本，而且低功耗应用可快速抵消感测器技术的费用。

通过HaLow装置，制造和加工工厂可以根据需要设计更多的网路连接，而且随着时间的推移，这些连接更易於添加、移动和更改。

免执照频谱中的抗杂讯性

Wi-Fi HaLow使用的是1GHz以下全球免执照的工业、科学与医疗（Industrial Science and Medicine；ISM）无线电频段。世界各地的可用频段范围有所不同：美国地区为902MHz至928MHz，欧洲地区为863MHz至868MHz，中国地区为775MHz至787MHz。

在ISM频段内，Wi-Fi HaLow可以选用的通道频宽为：1MHz、2MHz、4MHz、8MHz和16MHz。原则在於频宽越窄，讯号传播就越远。使用正交分频多工（OFDM）调变，资料以资料封包的形式通过多个子通道传输，如此提升了在强干扰射频环境中的性能，尤其是有来自其他无线电装置的干扰发生时。前向错误更正（Forward Error Correction；FEC）编码为恢复资料封包提供了额外的保护，确保了稳健的连接。

摩尔斯微电子的高选择性滤波器和超高线性的无线电前端，确保即使在密集分布的通道外干扰中，也能具有卓越的接收性能。该体系结构使用单晶片硬体解决方案，适用於全球所有地区。

对於适用於工业物联网的无线技术，可靠的连接与安全的资料传输同样重要。

安全性

对控制工厂营运的资料封包的保护是最令人关注的问题。Wi-Fi HaLow产品已通过最新WPA3标准的测试和认证，因此符合最高安全标准，这点为连接到AP设备的认证以及通过无线电波对资料进行增强式加密提供了基础。HaLow与最新一代Wi-Fi技术同样安全。

此外，摩尔斯微电子在每个晶片上添加独特的不可复制指纹技术。如此一来，通过例如传输层安全（Transport Layer Security；TLS）协定，可支援将安全引导和签名与加密资料传输到企业或云端中的可信平台。主机应用程式处理器功能则可以为客户提供专有解决方案服务。

这些功能可有效防御骇客攻击，保护有价值的资料或防止通过入侵终端设备而恶意控制讯号。

图2 : 对於适用於工业物联网的无线技术，必须有效防御骇客攻击，保护有价值的资料。（source：Siemon）

在产品的整个生命周期中，透过可定制持续警戒功能实现了物联网的最隹安全性。此外，还可以使用HaLow产品连同微程式码中的新功能改进，以实现韧体的无线更新（Over-the-Air；OTA）功能。它的优势在於让物联网解决方案始终保持安全性，并符合最高的安全标准。

由於Wi-Fi HaLow允许快速韧体更新并具有支援这一性能的资料速率，因此可以持续更新以确保其安全性这点与低资料速率技术不同。

大型802.15.4网状网路面临拥塞问题，这些拥塞问题限制了输送量，从而阻碍了韧体的更新。更大的影响是，这样的拥塞会延长已完成任务返回主机的确认时间。在工业环境中，韧体更新只允许最有限的停机时间，HaLow能提供更快速且更可靠的OTA和安全性解决方案，因而拥有极大的优势。

摩尔斯微电子的Wi-Fi HaLow IC符合IEEE 802.11ah技术标准，与专有的PAN技术相比具有内置优势。HaLow将改善工业物联网产品的低延迟特性，并增进安全的网际网路连接，而经由Wi-Fi HaLow IC的新型执行器和感测器，将能够对工厂的营运和控制产生全新的了解。