本文发表于微波和射频并经允许在此发表。
你将学习:
- Wi-Fi是上世纪70年代几项无线技术创新的产物。
- Wi-Fi - 6为物联网的部署带来了技术优势。
- 这项技术有望成为未来智能家居的基础。
Wi-Fi有着复杂的历史。这也许并不奇怪，因为无线电技术代表了许多创新的融合，其中有四项脱颖而出。第一个是20世纪70年代在夏威夷首创的分组无线网络的发展。ALOHAnet连接了群岛上四个岛屿上的七个校园，确保它们都能通过瓦胡岛的中央计算机相互通信。
其次，在1985年，美国联邦通信委员会(FCC)将2.4-GHz频谱(以及其他分配)正式用于未经许可的工业、科学和医疗(ISM)用途。这一举措鼓励商业组织考虑如何利用这种新的无线电资源。
然后，在20世纪90年代，澳大利亚联邦科学和工业研究组织(CSIRO)的射电天文学科学家们找到了一种方法来克服困扰室内高吞吐量无线电通信的多路径问题。这项发明奠定了无线局域网(WLANs)的基础，并为广泛部署Wi-Fi铺平了道路。
最后，电气和电子工程师协会(IEEE)标准委员会成立，其任务是为IEEE 802.11无线局域网协议定义物理层(PHY)和媒体访问控制(MAC)规范。目标应用是“无线以太网”，使用射频技术将计算机连接在一起，这是有线网络开创的潮流。
委员会的工作促成了Wi-Fi规范的第一版IEEE 802.11-1997，并于1997年6月发布。然后，1999年对该标准的修订引入了今天的Wi-Fi版本主要基于的技术。的无线网络联盟是为了将这项技术商业化而成立的。
电源和部署挑战
现在有第五个影响Wi-Fi发展的关键事件——物联网。这个词是在1999年由凯文·阿什顿(Kevin Ashton)提出的，当时第一个版本的Wi-Fi正式被采用。凯文·阿什顿是一位致力于推广rfid的高管。如今，将数十亿设备(或“东西”)连接到现有互联网，很大程度上是通过无线技术实现的。
对于短距离物联网网络，蓝牙Low Energy (BLE)、Thread、Zigbee和其他协议承担着负载。对于物联网的广域网(wan)， LTE-M/NB-IoT(蜂窝物联网)和LoRaWAN是很好的选择。但是Wi-Fi呢?乍一看，对于需要比短程、低功耗协议提供更大范围的无线网络来说，这似乎是一个完美的选择，但不是广域网技术超过公里的范围。然而，仔细观察发现，Wi-Fi在物联网应用中有一些相当大的缺点。
第一个问题是功耗。Wi-Fi主要是为了良好的吞吐量而设计的，这需要消耗电池电量。相比之下，物联网无线技术通常试图限制开机时间，以延长电池寿命，从而最小化维护。这样做的代价是降低了吞吐量，但对于那些只经常发送少量数据的传感器和执行器来说，这几乎不是一个问题。
第二，Wi-Fi在密集部署场景下会遇到困难。我们很多人都熟悉在繁忙的商场和图书馆的公共热点上使用零碎的服务。这很烦人，但消费者通常可以容忍。由数百个传感器组成的工业网络则是另一回事。
为物联网而建
现在，Wi-Fi的一个版本，技术上被命名为IEEE 802.11ax，并以Wi-Fi 6来销售，有望解决阻碍该技术在物联网中广泛应用的缺陷。Wi-Fi - 6今年早些时候获得Wi-Fi联盟的批准，专为满足公共和工业密集部署的要求而设计。新版本提供了一些增强，但主要的特点是吞吐量和频谱效率的提高，这允许更多的网络连接，同时仍然保持良好的服务。
例如，有了新的正交频分多址(OFDMA)特性，设备可以使用少于一个通道的带宽，与网络上的其他设备共享带宽，以增加容量。此外，这些技术进步也使连接单元的响应速度更快。以前版本的Wi-Fi只能应付为数不多的传感器，而Wi-Fi 6可以轻松地管理由数百个设备组成的大型传感器网络。
Wi-Fi - 6还为智能家居和工业应用带来了关键的技术增强。这一技术被称为“目标唤醒时间”(TWT)，相对于前几代Wi-Fi的节能措施，这是一个重大的进步。
当使用TWT技术时，客户端设备与接入点协商唤醒时间。因此，客户端不必保持清醒来保持无线连接。因此，AP可以将大量的客户端请求聚合成更少的触发传输机会。这样做的好处是更高效、无争用的通道访问，以及在同类应用程序中可节省高达80%的客户端设备功耗。这使得具有长电池寿命的物联网设备更加实用。
Wi-Fi - 6还使用Wi-Fi保护访问(WPA) 3提高了安全性(尽管这是Wi-Fi - 6单独推出的)。WPA3使用同步身份验证(SAE)协议，取代了旧的WPA2保护通用的预共享密钥(PSK)协议。SAE可以防止一些针对使用PSK的路由器的蛮力攻击。
Wi-Fi - 6的另一个关键优势是，它提供物联网传感器通过路由器直接连接到云端，而无需支付额外的数据订阅费用。此外，与其他短程无线解决方案相比，该技术的高吞吐量使无线安全摄像头和高质量视频门铃等新应用成为可能。额外的吞吐量还可以用于在传输大量数据时补充蓝牙，比如可穿戴设备中的音乐流。
智能家居Wi-Fi
的连接标准联盟这是一个旨在缓解使用不同无线协议连接设备的挑战的组织，支持Wi-Fi - 6作为智能家居的基础技术。Matter是联盟统一的基于ip的连接协议，除了以太网和Thread之外，它还可以在Wi-Fi 6(以及更老的版本)上运行(以及为了便于调试，BLE)。
CSA倡议将看到“边界路由器”的广泛引入。这类设备并不是一个新概念。然而，直到现在，供应商被迫开发他们自己的解决方案。该产品是一种特定类型的路由器，通过使用其他物理层(如Wi-Fi)提供从IEEE 802.15.4网络到相邻网络的连接。边界路由器可以定期嵌入到智能扬声器和照明灯具等设备中，使基于互联网协议(IP)的连接对供应商和消费者都更方便。
工业Wi-Fi 6产品才刚刚开始进入市场。然而，在几年内，我们将看到短距离无线、Wi-Fi - 6和蜂窝物联网相互补充，以构建物联网实现其承诺所需的大型、健壮和低延迟网络。北欧半导体该公司是这三种无线技术的领先开发商和制造商，希望成为这场革命的先锋。
