En quoi le Wi-Fi HaLow est-il différent du Wi-Fi traditionnel ?

Le Wi-Fi HaLow d'ANJIELOSMART est une version polyvalente et à faible consommation d'énergie du Wi-Fi, fonctionnant sur le spectre sans licence de 1 gigahertz. La norme Wi-Fi HaLow allie efficacité énergétique, connectivité longue portée, faible latence, débits de données de qualité vidéo HD, fonctionnalités de sécurité et prise en charge IP native, ce qui en fait le protocole idéal pour les appareils IoT connectés sans fil et alimentés par batterie. Examinons les principales différences entre le Wi-Fi HaLow et le Wi-Fi traditionnel, et pourquoi le protocole 802.11ah est parfaitement adapté aux exigences de connectivité des applications IoT.

Tableau 1 : Comparaison du Wi-Fi 4/5/6 et du ANJIELOSMART Wi-Fi HaLow

Un protocole d'économie d'énergie
Le Wi-Fi HaLow d'ANJIELOSMART offre une excellente efficacité énergétique aux appareils IoT gourmands en énergie. Les différents modes de veille complexes spécifiés par la norme IEEE 802.11ah permettent aux appareils HaLow de rester longtemps en mode extrêmement basse consommation, économisant ainsi la batterie :
Heure de réveil cible (TWT) : cela permet aux stations (STA) et aux points d'accès (AP) de pré-organiser une heure à laquelle les stations endormies doivent se réveiller et écouter les balises.

Fenêtre d'accès restreint (RAW) : un point d'accès peut accorder l'autorisation à un sous-ensemble de stations de transmettre leurs données, tandis que d'autres stations sont obligées de dormir, de mettre en mémoire tampon des données non urgentes ou les deux.

Période d'inactivité maximale prolongée du Basic Service Set (BSS) : cela prolonge la « période d'inactivité autorisée » du site à cinq ans.

Cartographie hiérarchique des indications de trafic (TIM) : regroupez et codez les TIM plus efficacement pour économiser le temps de transmission des balises.

En-tête MAC court : cela réduit la surcharge de l'en-tête, le temps de transmission et la consommation d'énergie, et libère du spectre.

Unité de données de protocole PHY Null Data (NPD) : elle intègre des ACK/NACK de type MAC dans la couche PHY pour réduire le temps et la consommation d'énergie.

Balises courtes : des balises courtes (limitées) sont envoyées fréquemment pour synchroniser les sites, tandis que des balises complètes sont envoyées moins fréquemment.

Mécanisme de coloration BSS : l'attribution des couleurs représente le groupe BSS d'un point d'accès spécifique, tandis que les stations peuvent ignorer les autres couleurs.
TXOP bidirectionnel (BDT : TXOP bidirectionnel) (anciennement Speed Frame) : ce protocole réduit le nombre d'accès au support lorsqu'une station se réveille et détecte la présence de trames montantes et descendantes à transmettre. BDT utilise une indication de réponse dans le champ Signal (SIG) de l'unité PPDU (Physical Layer Protocol Data Unit) pour protéger la durée du TXOP des transmissions de stations tierces.

Les modes de veille et de gestion de l'énergie efficaces du protocole permettent aux appareils IoT de fonctionner sur batterie pendant des années, et offrent de multiples options flexibles d'alimentation et de taille de batterie, des piles bouton pour les appareils IoT à courte portée aux puissances plus élevées transmettant sur plus d'un kilomètre, et aux applications utilisant des batteries plus grandes. Comparé aux protocoles Wi-Fi des bandes de fréquences 2,4 GHz et 5 GHz, le signal à bande étroite sub-GHz utilisé par ce protocole présente une distance de transmission plus longue et une consommation d'énergie plus faible, permettant de transmettre davantage de données par unité de consommation d'énergie.

Par conséquent, les puces Wi-Fi HaLow d'ANJIELOSMART ne consomment qu'une fraction de la puissance des puces Wi-Fi traditionnelles. Si les débits de données plus élevés du Wi-Fi traditionnel permettent aux utilisateurs de transmettre rapidement des vidéos haute définition et de télécharger des fichiers volumineux grâce aux canaux large bande des bandes 2,4 GHz, 5 GHz et 6 GHz, ces connexions Wi-Fi ont une portée limitée et la batterie se décharge rapidement, nécessitant des recharges ou des remplacements fréquents, ou de préférence une connexion secteur. Pour ces raisons, le Wi-Fi HaLow est un meilleur choix pour les appareils IoT à faible consommation d'énergie qui doivent couvrir de plus grandes distances et fonctionner sur batterie pendant des années tout en offrant un débit de données élevé.

Figure 1 : Protocoles Wi-Fi 4/5/6 traditionnels, utilisant des fréquences plus élevées et une bande passante plus large pour maximiser le débit.

Le protocole sub-1 GHz de Wi-Fi HaLow optimise la pénétration, la couverture, la puissance et la capacité.

Une couverture plus large

La norme 802.11 couvre une large gamme de fréquences, des ondes sub-GHz aux ondes millimétriques (mmWave). Le Wi-Fi HaLow est la première norme Wi-Fi à fonctionner dans la bande de fréquences sub-GHz, sans licence. Les débits de données offerts par le Wi-Fi HaLow s'étendent de quelques centaines de kbit/s à quelques dizaines de Mbit/s, et la distance de transmission varie de quelques dizaines de mètres à plus d'un kilomètre.

Comparé au canal le plus étroit de 20 MHz utilisé par le Wi-Fi traditionnel, le signal sub-1 GHz du Wi-Fi HaLow utilise des canaux plus étroits, allant de 1 MHz à des fréquences encore plus étroites. Ce facteur de bande passante multiplié par 20 se traduit par une amélioration du bilan de liaison de 13 dB grâce à un bruit thermique plus faible dans le canal. Par rapport au Wi-Fi 2,4 GHz traditionnel, les fréquences RF comprises entre 750 MHz et 950 MHz nécessitent un budget de liaison supplémentaire de 8 à 9 dB pour limiter les pertes de transmission en espace libre. De plus, le protocole Wi-Fi HaLow intègre un schéma de modulation et de codage optimisé en portée (MCS10) qui offre une amélioration supplémentaire de 3 dB du bilan de liaison.

En résumé, le Wi-Fi HaLow offre jusqu'à 24 dB d'amélioration du bilan de liaison par rapport à l'ancienne norme IEEE 802.11n (Wi-Fi 4) à 2,4 GHz. Comparé aux protocoles 802.11ac (Wi-Fi 5) et 802.11ax (Wi-Fi 6/6E), qui offrent une fréquence plus élevée et une bande passante plus large, les avantages du Wi-Fi HaLow en termes de bilan de liaison sont encore renforcés par l'utilisation de la bande passante plus large de 5 GHz et du spectre de 6 GHz. Cela explique pourquoi les signaux Wi-Fi HaLow peuvent parcourir dix fois plus de distance que le Wi-Fi traditionnel sans nécessiter de répéteur réseau. Par exemple, une caméra alimentée par batterie peut être placée à un endroit plus pratique sur le mur extérieur d'une maison ou d'un garage. Les systèmes d'éclairage peuvent être contrôlés depuis un seul point d'accès, que les luminaires soient situés à l'intérieur ou à l'extérieur, dans le jardin.

Offrir aux utilisateurs finaux des solutions IoT sans fil couvrant des distances de plusieurs centaines de mètres sans nécessiter de répéteurs supplémentaires ni de forfaits de données cellulaires coûteux constitue un avantage concurrentiel majeur du protocole 802.11ah. La couverture longue portée du Wi-Fi-HaLow élargit la portée des réseaux de maisons et de villes intelligentes, permettant aux utilisateurs de contrôler leurs appareils IoT jusqu'à 1 km de distance, bien au-delà de la couverture des protocoles Wi-Fi traditionnels.

La pénétration du signal est plus forte

En règle générale, plus la fréquence est basse, plus la couverture est étendue et plus la capacité à traverser les obstacles est forte. Les signaux Wi-Fi HaLow sub-GHz traversent les murs et autres obstacles plus facilement que le Wi-Fi traditionnel. Les modifications des matériaux de construction et de l'agencement des bâtiments résidentiels et commerciaux ont moins d'impact sur les signaux HaLow sub-GHz que sur les protocoles Wi-Fi des bandes 2,4 GHz et 5 GHz. Le Wi-Fi HaLow peut traverser les murs et les bâtiments, ce qui contribue à réduire les réclamations des clients et les retours de produits, qui affectent parfois les produits utilisant le Wi-Fi traditionnel.

Le Wi-Fi HaLow d'ANJIELOSMART utilise la modulation OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) pour corriger les réflexions et les trajets multiples. Que le produit d'un fabricant soit installé à l'intérieur ou à l'extérieur, dans un sous-sol ou un grenier, le Wi-Fi HaLow assure une connexion fiable entre l'appareil et le point d'accès. Cette flexibilité élimine les coûts et la complexité liés à la fourniture de hubs ou de ponts propriétaires pour s'adapter aux différentes architectures domestiques.

Solution hautement évolutive

Un seul point d'accès Wi-Fi HaLow peut gérer jusqu'à 8 191 appareils, soit plus de quatre fois plus que les points d'accès Wi-Fi traditionnels. Cela suffit à connecter n'importe quelle ampoule LED, interrupteur, serrure intelligente, store motorisé, thermostat, détecteur de fumée, panneau solaire, caméra de sécurité ou tout autre appareil domestique intelligent imaginable dans un avenir proche. Un routeur Wi-Fi domestique classique prend généralement en charge des dizaines d'appareils. Déployé à domicile par un fournisseur d'accès haut débit, un seul point d'accès Wi-Fi HaLow peut devenir une plateforme évolutive pour fournir des dispositifs et services supplémentaires de sécurité et de gestion des services publics.

Les multiples options de signalisation réduisent la charge de travail nécessaire à la gestion et au contrôle d'un grand nombre d' appareils HaLow . Cela minimise les collisions de signaux et libère des ondes radio pour que les appareils actifs puissent transmettre davantage de données aux débits MCS (modulation et codage) les plus rapides. Comme le Wi-Fi traditionnel, HaLow ajuste automatiquement la bande passante en fonction de l'intégrité du signal et de la distance par rapport au point d'accès. Les niveaux MCS prédéfinis prennent en charge les produits mono-flux et mono-antenne avec des bandes passantes de 150 kbit/s à 40 Mbit/s, sur des largeurs de canal de 1 MHz à 8 MHz. Une capacité de 80 Mbit/s est également disponible grâce à l'utilisation de canaux optionnels de 16 MHz.

La topologie du réseau en étoile de Wi-Fi HaLow, son excellente pénétration, sa large zone de couverture et son énorme capacité libèrent les connexions sans fil des réseaux maillés difficiles à déployer et à bande passante limitée, simplifiant ainsi l'installation du réseau et minimisant les coûts de maintien globaux.

Spectre exempt de licence avec immunité au bruit

Comme le Wi-Fi traditionnel dans les bandes 2,4 GHz, 5 GHz et 6 GHz, le Wi-Fi HaLow permet aux utilisateurs finaux de posséder leurs propres appareils et d'utiliser le spectre radio sub-GHz sans licence, compris entre 750 MHz et 950 MHz. La plage de fréquences disponible, la puissance d'émission maximale et le cycle d'utilisation du Wi-Fi HaLow varient selon les pays. (Par exemple, le spectre HaLow disponible en Amérique est compris entre 902 MHz et 928 MHz, tandis qu'en Europe, il est compris entre 863 MHz et 868 MHz).

Le Wi-Fi HaLow fonctionne sur la bande de fréquences ISM (Industrielle, Scientifique et Médicale) et peut utiliser différentes largeurs de bande : 1 MHz, 2 MHz, 4 MHz, 8 MHz et 16 MHz. Plus la largeur de bande est étroite, plus le signal se propage loin. Grâce à l'OFDM, les données sont transmises par paquets sur plusieurs sous-canaux, ce qui améliore les performances dans les environnements RF difficiles, notamment en cas de fortes interférences avec d'autres radios. Le codage FEC (Forward Error Correction) offre également une protection supplémentaire pour la récupération des paquets, garantissant ainsi une connexion fiable.

Sécurité et interopérabilité

Comme les autres versions Wi-Fi IEEE 802.11, Wi-Fi HaLow est un protocole sans fil intrinsèquement sécurisé qui prend en charge les dernières exigences de certification Wi-Fi (WPA3) et le cryptage AES en direct (OTA) à des débits de données qui permettent une mise à niveau sécurisée du micrologiciel OTA.

Comme d'autres types de Wi-Fi, HaLow est une norme mondialement reconnue (IEEE 802.11ah) qui définit la manière dont les appareils connectés s'authentifient et communiquent en toute sécurité. Les fournisseurs d'équipements qui adoptent le Wi-Fi HaLow garantissent l'interopérabilité de leurs produits et réseaux conformément aux directives de développement de la Wi-Fi Alliance. Faisant partie de la norme IEEE 802.11, les réseaux Wi-Fi HaLow peuvent également coexister avec les réseaux Wi-Fi 4, Wi-Fi 5 et Wi-Fi 6 sans affecter leurs performances RF.

Mettre en œuvre le support IP local

Tous les réseaux IoT nécessitent la prise en charge du protocole Internet (IP) pour permettre la connectivité cloud. Wi-Fi HaLow étant une norme Wi-Fi 802.11, il offre une prise en charge TCP/IP native. Cette capacité IP intégrée signifie que la connectivité IoT ne nécessite pas de passerelles ou de ponts propriétaires. Tous les appareils clients connectés à un routeur Wi-Fi HaLow peuvent accéder directement à Internet grâce au protocole de transport IPv4/IPv6 pour les services cloud et la gestion des données IoT.

L'effet HaLow : étendre la portée et élargir les possibilités de l'Internet des objets

La congestion du réseau, les limitations de portée et la consommation énergétique élevée du Wi-Fi traditionnel, ainsi que le nombre limité d'appareils pouvant se connecter à un seul point d'accès, ne sont plus envisageables dans le monde actuel des objets connectés. Ces limitations freinent l'émergence de nouveaux modèles économiques centrés sur l'IoT dans les secteurs d'activité qui exigent une portée et une capacité accrues, ainsi que des options de batterie et d'alimentation plus flexibles, tout en minimisant les coûts de déploiement.

Protocole longue portée, le Wi-Fi HaLow prend en charge les applications IoT intérieures et extérieures hors de portée des Wi-Fi 2,4 GHz et 5 GHz, telles que les caméras de sécurité à distance, les réseaux de contrôle d'accès et même les drones. Parmi les autres cas d'utilisation potentiels, on peut citer les grands lieux publics tels que les stades, les centres commerciaux et les centres de conférence, où un seul point d'accès Wi-Fi HaLow peut remplacer un grand nombre de points d'accès, éliminant ainsi le recours à des réseaux maillés complexes et simplifiant l'installation, réduisant ainsi le coût total de possession.

De nombreuses applications, notamment l'IoT industriel, les capteurs de contrôle de processus, l'automatisation des bâtiments, les entrepôts et les magasins de détail, bénéficieront également de ce protocole longue portée et basse consommation, permettant à d'innombrables appareils de rester connectés dans un monde de plus en plus automatisé. De fait, le Wi-Fi-HaLow se distingue des protocoles 802.11 traditionnels par sa couverture, son efficacité énergétique, sa capacité et sa polyvalence.