Wi-Fi 6給物聯(lián)網(wǎng)帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)

在本文中，我們將詳細(xì)介紹Wi-Fi 6和Wi-Fi 6E給全新的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)所帶來(lái)的具體優(yōu)勢(shì)。

從物聯(lián)網(wǎng)的角度來(lái)看，Wi-Fi開(kāi)發(fā)人員已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，速度更快并不一定是所有Wi-Fi聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的最佳選擇。在Wi-Fi 6之前的幾代技術(shù)中，增加原始吞吐量是主要目標(biāo)。而現(xiàn)在，某些關(guān)鍵性能指標(biāo) (KPI) 之間的權(quán)衡，使得系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員能夠靈活地將重點(diǎn)放在設(shè)計(jì)的重要方面上。下圖顯示了Wi-Fi 6規(guī)范中的主要功能。雖然“節(jié)能”列只有一項(xiàng)，但也可以通過(guò)修改其他列所示的功能，來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

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圖1：Wi-Fi 6的主要功能（包括節(jié)能）

降低功耗/延長(zhǎng)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的電池續(xù)航時(shí)間
Wi-Fi 6包含了優(yōu)化效率、增加吞吐量和/或降低功耗的技術(shù)，包括正交頻分多址（OFDMA）、目標(biāo)喚醒時(shí)間（TWT）和多用戶多輸入多輸出（MU MIMO）。

其中，OFDMA將20/40/80（甚至Wi-Fi 6E中的160）MHz信道劃分為資源單元（RU），這些資源單元被進(jìn)一步劃分為子載波。由于80 MHz是以增加功耗為代價(jià)而實(shí)現(xiàn)的，因此，Wi-Fi 6中的20 MHz模式可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能。對(duì)于只需要非常高效地發(fā)送少量數(shù)據(jù)的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備來(lái)說(shuō)，這種節(jié)能非常重要。例如，門鎖就只需要傳輸“存在正確的鍵盤(pán)輸入”。于是，20 MHz模式就是這類信號(hào)傳輸的理想之選，是在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中區(qū)分Wi-Fi 6與Wi-Fi 5的項(xiàng)目之一。

通過(guò)目標(biāo)等待時(shí)間，接入點(diǎn) (AP) 和站點(diǎn)設(shè)備協(xié)商特定的時(shí)間，在這個(gè)時(shí)間到來(lái)時(shí)，站點(diǎn)設(shè)備將被喚醒并準(zhǔn)備好接收來(lái)自接入點(diǎn)的流量。與前幾代 Wi-Fi 相比，此功能可以讓站點(diǎn)保持更長(zhǎng)時(shí)間的睡眠模式，從而降低了設(shè)備的整體功耗。

以前，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備必須按照接入點(diǎn)規(guī)定的時(shí)間間隔（在大多數(shù)設(shè)備中為300 ms）喚醒，以查看它們是否有流量。但試想一下窗戶傳感器，除非窗戶破損，否則它是很少提供新數(shù)據(jù)的。而借助TWT功能，傳感器可以與網(wǎng)絡(luò)通信，也就是它只需要每三分鐘喚醒一次以提供輸入；否則，它就可以休眠，無(wú)需傳輸數(shù)據(jù)，從而節(jié)省電力。于是，接入點(diǎn)知道自己不會(huì)接收信息，但仍可以識(shí)別出設(shè)備的存在，并將在預(yù)定時(shí)間與其通信。此功能使設(shè)備的睡眠時(shí)間大幅延長(zhǎng)，并節(jié)省了大量電力，因此電池的續(xù)航時(shí)間也更久。

睡眠時(shí)間通常由系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員確定，以滿足指定的電池續(xù)航和用戶體驗(yàn)要求。通過(guò)喚醒時(shí)間、待發(fā)送的數(shù)據(jù)量和發(fā)送頻率，可以非常準(zhǔn)確地計(jì)算出特定類型電池所需的睡眠時(shí)間。這種額外的設(shè)計(jì)靈活性為營(yíng)銷人員和設(shè)計(jì)人員提供了有關(guān)下一代產(chǎn)品的新選擇，這也是使用最新Wi-Fi 6規(guī)范的優(yōu)勢(shì)之一。

Wi-Fi安全性
物聯(lián)網(wǎng)另一個(gè)重要性日趨提升的方面是安全性，尤其是在發(fā)生數(shù)據(jù)泄露和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備（如監(jiān)控?cái)z像頭）被黑客入侵時(shí)。Wi-Fi 6被強(qiáng)制要求包含針對(duì)Wi-Fi開(kāi)發(fā)的所有最新安全功能。例如，為了提供Wi-Fi 6中的最新安全性并解決WPA2中的漏洞，Wi-Fi保護(hù)訪問(wèn)（WPA）已升級(jí)到WPA3。安全性太重要了，以至于Wi-Fi 5等舊技術(shù)的規(guī)范現(xiàn)在也強(qiáng)制要求進(jìn)行WPA3認(rèn)證。

Wi-Fi連接本身的安全性只是物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的第一道防線。英飛凌提供的片上系統(tǒng)（SoC）產(chǎn)品和獨(dú)立的Wi-Fi器件提供了豐富的功能，這些功能對(duì)于打造真正安全的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品而言至關(guān)重要。其中的一個(gè)功能就是核實(shí)在Wi-Fi芯片內(nèi)運(yùn)行的固件（FW）的真?zhèn)巍?/p>

盡管今天大多數(shù)CPU和MCU都提供信任根（RoT）和驗(yàn)證頂級(jí)系統(tǒng)映像的能力，但英飛凌認(rèn)為，確保設(shè)備中的各個(gè)子系統(tǒng)能夠提供額外的防線也同樣重要。這種理念被稱為深度防御，可以大大提升系統(tǒng)的安全性。Wi-Fi芯片組固件的驗(yàn)證涉及硬件信任根，以驗(yàn)證發(fā)送給它的任何映像的簽名。即便主機(jī)系統(tǒng)遭到破壞，驗(yàn)證Wi-Fi固件，對(duì)于確保映像真實(shí)性而言也是非常重要的。一旦確認(rèn)了固件的真實(shí)性，Wi-Fi設(shè)備將把自己配置為僅允許通過(guò)安全數(shù)字輸入輸出（SDIO）接口進(jìn)行足夠的訪問(wèn)，以執(zhí)行數(shù)據(jù)傳輸，而不會(huì)修改或篡改芯片上的內(nèi)存或其他資源。對(duì)于黑客破壞芯片和系統(tǒng)安全性的另一條途徑，則由Wi-Fi設(shè)備上提供限制訪問(wèn)控制的特定硬件關(guān)閉。

Wi-Fi 6和Wi-Fi 6E的性能
最早由Wi-Fi 5采用的MU-MIMO技術(shù)使Wi-Fi 6能夠?qū)?shù)據(jù)流同時(shí)引到多個(gè)客戶端，從而提高網(wǎng)絡(luò)效率。通過(guò)MU-MIMO中使用的波束成形技術(shù)，天線可以將射頻信號(hào)傳輸引導(dǎo)至特定設(shè)備。這可以提高數(shù)據(jù)速率，并減少干擾。

Wi-Fi 6對(duì)Wi-Fi 2、Wi-Fi 3、Wi-Fi 4和Wi-Fi 5有后向兼容性。但是，舊版本中使用的2.4 GHz和5 GHz頻段已經(jīng)變得非常擁擠，由此產(chǎn)生的擁塞，會(huì)影響物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)的能力。而由于采用Wi-Fi 6之前技術(shù)的設(shè)備的存在，也可能會(huì)妨礙通過(guò)Wi-Fi 6的節(jié)能功能實(shí)現(xiàn)最大限度的節(jié)能。因此，由于Wi-Fi 6支持在5 GHz運(yùn)行的舊設(shè)備，它可能無(wú)法發(fā)揮所有潛在優(yōu)勢(shì)。

Wi-Fi 6E增加了6 GHz頻段。由于沒(méi)有前代Wi-Fi設(shè)備在該頻段運(yùn)行，因此，訪問(wèn)能力將大幅提高。與2.4 GHz和5 GHz頻段相比，6 GHz頻段上的通信效率更高，從而可以整體提高物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的電源效率。

英飛凌面向物聯(lián)網(wǎng)推出的所有Wi-Fi 6解決方案，都將支持6 GHz頻段，這是因?yàn)? GHz頻段是用戶充分實(shí)現(xiàn)Wi-Fi 6優(yōu)勢(shì)的唯一途徑。盡管這些設(shè)備支持所有三個(gè)頻段，但在6 GHz模式下，只會(huì)發(fā)生與Wi-Fi 6的通信，從而實(shí)現(xiàn)了最佳性能。全新的6 GHz頻段可以使Wi-Fi 6E充分發(fā)揮其在網(wǎng)絡(luò)效率和能耗方面的潛力，從而朝著激動(dòng)人心的目的地，邁出未來(lái)之旅的第一步。
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