物聯網技術在工業領域中的部署，受到現有連接技術在實用性和成本方面的限制，這一情況即將發生改變。Wi-Fi HaLow具有獨特的安全、遠距離、低功耗和高度的無線連接性能等優勢，能夠大幅地升級工業程序自動化的各項功能。

新的無線技術標準Wi-Fi HaLow（IEEE 802.11ah）將真正實現工廠、生產及倉庫的工業物聯網化（Industrial Internet of Thing；IIoT）。通過Wi-Fi HaLow產品，數千個由電池供電的感測器和執行器可以安全地連接到單個存取點（AP），這些連接的特性為遠距離和低功耗，它們將改變我們所熟悉的物聯網。

多年來，物聯網技術廣泛地受到工業領域企業的採用，大幅提高生產率以及商品和加工材料的品質。與分析工具交互操作的感測器或控制項的部署密度增加，為工廠提供了更多回饋及可預測性。監測資本設備的狀況和效率，能改善這些資產的管理。然而物聯網技術在工業領域中的部署，受到現有連接技術在實用性和成本方面的限制，這一情況即將發生改變。

Wi-Fi HaLow獨特的安全、遠距離、低功耗和高度的無線連接性能等一系列優勢，大幅地升級了工業程序自動化的各項功能。分散式控制系統（Distributed Control System；DCS）和可編程設計邏輯控制器（Programmable Logic Controller；PLC）通常通過硬線連接安裝在工廠的邊緣。當使用像IEEE 802.3乙太網這樣的局部區域網路（Local Area Network；LAN）連接，可確保資料的安全性和時效性，這點跟無線系統有所不同。

在特定應用中，IEEE 802.11無線區域網路（WLAN）解決方案是將LAN連接到帶有線性電源的終端裝置上，而且與Wi-Fi AP間的通訊距離通常很短—約在100公尺之內。

在遠距離、低功耗的Wi-Fi HaLow出現之前，提供工業物聯網無線解決方案的供應商一直在苦苦掙扎。如今，許多網路部署都是源自IEEE 802.15.4無線電平台複雜的網狀網路，例如藍牙或Zigbee。這些解決方案被稱為個人區域網路（Personal Area Network；PAN），應用於個人穿戴式或是短距離通訊產品，例如耳機和燈泡。但是，如果將這些PAN標準擴展到全面性的LAN支援中，則需要在各方面做出重大讓步。

基於這些2.4GHz無線設備所建置的網狀網路，通常存在著不完整的媒體存取控制（Media Access Control；MAC）架構，因此會出現嚴重的擁塞或延遲問題。當節點計數和中繼跳數增加時，這些問題就會出現。例如藍牙這種宣稱具有32,000個可定址節點、或是Zigbee顯示能支援65,000個節點的技術，實際上，它們在大型網格環境中容量反而非常低。此外，PAN技術的使用會要求附加層的協議閘道或集線器將資料轉換為L3資料封包，以通過網際網路進行連接。

Wi-Fi HaLow從一開始就被設計為IP可定址、大容量和遠距離，使其成為具備工業程序控制功能的WLAN技術。為何會這樣說呢？HaLow包括完整的MAC性能、更高的資料頻寬和更健全的身份驗證與加密安全協議。

圖1 : Wi-Fi HaLow的IP可定址、大容量和遠距離等特色，讓它成為具備工業程序控制功能的WLAN技術。（source：Microcontroller Tips）

最重要的是，它只要較低的功率就能達到更遠的距離，並提供現成的L3性能。該標準支援每個存取點上掛載8191個節點，並採用星狀網路拓撲結構以確保低網路擁塞和低延遲。為了實現此一目標，摩爾斯微電子（Morse Micro）的Wi-Fi HaLow晶片解決方案致力於四個方向：距離、功率、頻譜效率和安全性，以下將分別探討其不同的特性。

距離和功率

IEEE 802.11ah或Wi-Fi HaLow專門用於解決傳統Wi-Fi技術留下的問題。HaLow的運作頻段是使用1GHz以下頻段和較窄的射頻（RF）頻道，在相同的發射功率水準下，提供10倍遠於2.4GHz Wi-Fi的距離。

與傳統Wi-Fi存取點相比，HaLow AP可以讓連接達到傳統Wi-Fi 100倍廣的面積和1000倍大的容量。此外，由於它具備超低功耗模式，電池供電方案方面可以使用鈕扣電池運行多年。如果搭配熱能或振動能量採集（Energy Harvesting；EH）解決方案，感測器的使用壽命甚至可以達到無期限。

這就意味著燃氣表和流量計可被部署在附近沒有電源或可編程設計邏輯控制器（PLC）的困難位置，例如振動監控器可部署在危險的位置，監聽泵軸承的聲音以預測維護情況，並提高工作人員的安全性，降低勞動力成本，而且低功耗應用可快速抵消感測器技術的費用。

通過HaLow裝置，製造和加工工廠可以根據需要設計更多的網路連接，而且隨著時間的推移，這些連接更易於添加、移動和更改。

免執照頻譜中的抗雜訊性

Wi-Fi HaLow使用的是1GHz以下全球免執照的工業、科學與醫療（Industrial Science and Medicine；ISM）無線電頻段。世界各地的可用頻段範圍有所不同：美國地區為902MHz至928MHz，歐洲地區為863MHz至868MHz，中國地區為775MHz至787MHz。

在ISM頻段內，Wi-Fi HaLow可以選用的通道頻寬為：1MHz、2MHz、4MHz、8MHz和16MHz。原則在於頻寬越窄，訊號傳播就越遠。使用正交分頻多工（OFDM）調變，資料以資料封包的形式通過多個子通道傳輸，如此提升了在強干擾射頻環境中的性能，尤其是有來自其他無線電裝置的干擾發生時。前向錯誤更正（Forward Error Correction；FEC）編碼為恢復資料封包提供了額外的保護，確保了穩健的連接。

摩爾斯微電子的高選擇性濾波器和超高線性的無線電前端，確保即使在密集分佈的通道外干擾中，也能具有卓越的接收性能。該體系結構使用單晶片硬體解決方案，適用於全球所有地區。

對於適用於工業物聯網的無線技術，可靠的連接與安全的資料傳輸同樣重要。

安全性

對控制工廠營運的資料封包的保護是最令人關注的問題。Wi-Fi HaLow產品已通過最新WPA3標準的測試和認證，因此符合最高安全標準，這點為連接到AP設備的認證以及通過無線電波對資料進行增強式加密提供了基礎。HaLow與最新一代Wi-Fi技術同樣安全。

此外，摩爾斯微電子在每個晶片上添加獨特的不可複製指紋技術。如此一來，通過例如傳輸層安全（Transport Layer Security；TLS）協定，可支援將安全引導和簽名與加密資料傳輸到企業或雲端中的可信平台。主機應用程式處理器功能則可以為客戶提供專有解決方案服務。

這些功能可有效防禦駭客攻擊，保護有價值的資料或防止通過入侵終端設備而惡意控制訊號。

圖2 : 對於適用於工業物聯網的無線技術，必須有效防禦駭客攻擊，保護有價值的資料。（source：Siemon）

在產品的整個生命週期中，透過可定製持續警戒功能實現了物聯網的最佳安全性。此外，還可以使用HaLow產品連同微程式碼中的新功能改進，以實現韌體的無線更新（Over-the-Air；OTA）功能。它的優勢在於讓物聯網解決方案始終保持安全性，並符合最高的安全標準。

由於Wi-Fi HaLow允許快速韌體更新並具有支援這一性能的資料速率，因此可以持續更新以確保其安全性—這點與低資料速率技術不同。

大型802.15.4網狀網路面臨擁塞問題，這些擁塞問題限制了輸送量，從而阻礙了韌體的更新。更大的影響是，這樣的擁塞會延長已完成任務返回主機的確認時間。在工業環境中，韌體更新只允許最有限的停機時間，HaLow能提供更快速且更可靠的OTA和安全性解決方案，因而擁有極大的優勢。

摩爾斯微電子的Wi-Fi HaLow IC符合IEEE 802.11ah技術標準，與專有的PAN技術相比具有內置優勢。HaLow將改善工業物聯網產品的低延遲特性，並增進安全的網際網路連接，而經由Wi-Fi HaLow IC的新型執行器和感測器，將能夠對工廠的營運和控制產生全新的瞭解。