IEEE 802.11ah，也称为Wi-Fi HaLow，是一种基于1 GHz以下频率的无线通信技术，专为物联网(IoT)应用设计。该标准旨在提供更长的传输距离、更高的能效和更广的覆盖范围，适用于大规模传感器网络、智能电网、智能家居、工业自动化等场景。
一、 802.11ah技术介绍
1. 技术概述
IEEE 802.11ah是IEEE 802.11-2007标准的修订版，主要在Sub-1 GHz频段(通常为902 MHz至928 MHz)运行。与传统的Wi-Fi技术相比，802.11ah具有以下特点：
- 频率范围：工作在1 GHz以下的频段，具体频率范围因国家和地区而异，如美国的902-928 MHz、日本的917.5-923.5 MHz、欧洲的863-868 MHz等。
- 传输距离：传输距离可达1公里，远超传统Wi-Fi技术。
- 带宽：支持1 MHz、2 MHz、4 MHz、8 MHz和16 MHz的带宽，其中1 MHz带宽用于远距离传输。
- 功耗：低功耗设计，适合电池供电的设备，延长设备的使用寿命。
- 节点数量：最大支持8191个节点，适合大规模传感器网络。
- 数据速率：最低数据传输速率至少为100 kbps，单跳网络架构下数据包尺寸约为100字节。
2. 技术特点
物理层（PHY）：
支持OFDM和MIMO技术，包括下行多用户MIMO(MU-MIMO)。
采用更宽的信道带宽(1 MHz至16 MHz)，以提高传输效率。
支持多种调制和编码方案，以适应不同的应用场景。
媒体访问控制层（MAC）：
引入了受限访问窗口(RAW)机制，通过允许小组站传输来减少竞争。
支持CSMA/CA访问控制方式和TWT(Target Wake Time)功能，以优化功耗。
支持多跳传输，提高网络覆盖范围和可靠性。
3. 应用场景
IEEE 802.11ah适用于多种物联网应用，包括但不限于：
- 传感器网络：用于环境监测、农业、工业自动化等场景。
- 智能家居：连接智能设备，如智能照明、安防系统等。
- 智能电网：用于能源管理和监控。
- 智慧城市：支持城市基础设施的智能化管理。
- 回传链路：为Wi-Fi网络提供回传链路，减轻蜂窝网络的负荷。
4. 发展和标准化
IEEE 802.11ah标准于2016年发布，旨在解决传统Wi-Fi技术在低功耗和长距离传输方面的不足。该标准由IEEE 802.11ah任务组负责制定，并由高通公司牵头推动。目前，IEEE 802.11ah技术已广泛应用于商业和工业领域，并在多个国家和地区获得支持。
总之，IEEE 802.11ah技术通过其低功耗、长距离传输和高能效的特点，为物联网应用提供了强大的支持，有望在未来的物联网生态系统中发挥重要作用。
二、 802.11ah使用的频段和调制技术
IEEE 802.11ah标准使用的频段为Sub-1 GHz频段，具体频率范围因国家和地区而异。例如，在美国，分配的频段为902至928 MHz;在日本，为950至958 MHz;在欧洲，为868至870 MHz;在中国，为915至928 MHz。
在调制技术方面，IEEE 802.11ah标准采用正交频分复用(OFDM)技术，并支持多种调制方式，包括BPSK、QPSK、16QAM、64QAM和256QAM。此外，它还支持MIMO(多输入多输出)和MU-MIMO(多用户MIMO)技术，以提高传输效率和覆盖范围。
三、 802.11ah的关键技术特性(如覆盖范围、功耗等)
IEEE 802.11ah(HaLow)的关键技术特性包括：
1.覆盖范围：
802.11ah在900MHz频段下，可以实现1公里的覆盖范围，甚至在某些情况下可以达到1.5公里。这使得它在宏观部署场景中表现出色，特别是在农村和大型建筑物中。
2.功耗：
802.11ah设计为低功耗技术，接收功率低于10mW，发射功率也较低。这使得它非常适合物联网设备，这些设备通常需要长时间运行而不需要频繁更换电池。
3.数据传输速率：
802.11ah的数据传输速率从150 kbps到400 Mbps不等，具体取决于所使用的带宽和MCS(调制编码方案)。虽然传输速率低于802.11ac，但足以满足大多数物联网应用的需求。
4.支持设备数量：
802.11ah支持最多8192个设备连接到一个接入点，这使其非常适合大规模传感器网络和物联网应用。
5.频段和带宽：
802.11ah工作在900MHz频段，支持1、2、4、8和16 MHz的带宽，具体带宽选择取决于应用场景。
6.物理层（PHY）和MAC层改进：
802.11ah在PHY层采用了OFDM和MIMO技术，提高了数据传输的可靠性和效率。
在MAC层，引入了节能机制如TIM(Target Wake Time)和页面分割，以及改进的信道访问方法，如竞争免费访问(CF-A)和受限访问窗口(RAW)机制。
7.安全性：
802.11ah支持WPA3-SAE和WPA3-Enterprise安全协议，确保网络的安全性。
8.应用场景：
802.11ah适用于传感器网络、智能电网、家庭自动化、工业物联网等多种场景，特别是在需要长距离通信和低功耗的环境中。
综上所述，IEEE 802.11ah通过其低功耗、大覆盖范围和高设备支持能力，成为物联网和大规模传感器网络的理想选择。
四、 802.11ah与802.11ac/n等技术的对比
802.11ah与802.11ac/n等技术的对比主要体现在以下几个方面：
1.频率带宽：
802.11ah工作在低于1GHz的频段，具体为902-928 MHz(美国)或927-956 MHz(日本)，支持1 MHz、2 MHz、4 MHz和8 MHz的信道带宽，最高可达16 MHz。而802.11ac/n工作在5 GHz频段，支持20 MHz和40 MHz的信道带宽，最高可达80 MHz和160 MHz。
2.传输距离：
802.11ah的传输距离更远，可达1公里以上，适合长距离通信。而802.11ac/n的传输距离较短，通常在几十米到几百米之间。
3.吞吐量：
802.11ah的吞吐量较低，通常在100 kbps到40 Mbps之间，适合低速率、低功耗的应用场景。而802.11ac/n的吞吐量较高，通常在 hundreds of Mbps 到 Gbps 之间，适合高带宽需求的应用场景。
4.功耗：
802.11ah的功耗较低，适合电池供电的设备，如传感器和物联网设备。而802.11ac/n的功耗较高，不适合长期依赖电池供电的设备。
5.应用场景：
802.11ah主要用于物联网(IoT)和远程通信，如智能家居、智能电网、传感器网络等。而802.11ac/n主要用于室内和室外的高速互联网接入、高清视频传输等。
6.技术特点：
802.11ah采用OFDM调制方式，支持MIMO和MU-MIMO，但最多只能支持4个空间流。而802.11ac/n也采用OFDM调制方式，支持MIMO和MU-MIMO，但最多可以支持8个空间流。
7.标准化和兼容性：
802.11ah是IEEE 802.11-2007标准的修正版，专为低频段设计，标准化进程仍在进行中。而802.11ac/n是IEEE 802.11-2012标准的一部分，已经广泛应用于市场。
综上所述，802.11ah和802.11ac/n在频率带宽、传输距离、吞吐量、功耗、应用场景和技术特点等方面存在显著差异。802.11ah更适合长距离、低功耗的物联网应用，而802.11ac/n则更适合高带宽、高速率的室内和室外通信应用。
五、 802.11ah的应用场景和典型部署案例
IEEE 802.11ah(HaLow)是一种专为物联网(IoT)设计的无线通信标准，工作在920MHz频段，具有以下主要应用场景和典型部署案例：
1.应用场景
传感器和仪表：
用于大规模传感器网络，如环境监测、工业自动化、农业监测等。这些传感器可以实时传输数据，支持低功耗和长距离通信。
例如，在智能电网中，802.11ah可以用于远程监控和控制电力设备，如电表、水表和燃气表。
扩展Wi-Fi范围：
用于在大型建筑物或复杂环境中扩展Wi-Fi覆盖范围，确保信号覆盖到所有区域。
例如，在大型工厂或仓库中，802.11ah可以作为Wi-Fi的扩展，提供更广泛的覆盖和更高的可靠性。
无线回传：
用于传感器和数据收集器之间的回传链路，支持低功耗和高可靠性通信。
例如，在煤矿或隧道等复杂环境中，802.11ah可以用于传感器之间的数据传输，确保数据的可靠性和实时性。
环境监测：
用于环境监测系统，如空气质量监测、水质监测等。这些系统需要长期运行且功耗低。
智能电网：
用于智能电网中的计量信息、电力输送/分配数据和账单信息的传输。
工业监控：
用于工业自动化中的设备监控和控制，如智能机器人、本地成像技术等。
医疗监控：
用于医院和家庭医疗保健中的远程监控和数据传输。
农业和园艺：
用于农业监测、园艺管理和优化种植过程。
家庭和建筑自动化：
用于家庭自动化、能源管理和资产管理。
零售业：
用于电子货架标签和库存追踪。
2.典型部署案例
智能电网：
在一个智能电网场景中，802.11ah AP放置在户外区域，连接室内安装的燃气表、水表和电力表等设备。此外，分布式自动化设备也部署在户外区域，以提高现有基础设施的可靠性和利用率。
工业自动化：
在工厂中，802.11ah用于构建ISA100网络，实现ISA路由器和控制设备之间的通信。这种网络可以充分利用现有的IP资产，提供更远的传输距离和更高的可靠性。
环境监测：
在一个环境监测系统中，802.11ah用于连接多个传感器节点，实时传输环境数据。这些节点可以部署在不同的位置，如森林、河流和城市区域。
煤矿安全监测：
在煤矿中，802.11ah用于构建无线传感器网络，监测瓦斯浓度、温度和其他环境参数。这些数据可以实时传输到地面控制中心，确保矿工的安全。
农业监测：
在农田中，802.11ah用于连接土壤湿度传感器、温度传感器和气象站。这些传感器可以实时传输数据，帮助农民优化灌溉和施肥策略。
家庭自动化：
在家庭环境中，802.11ah用于连接智能家电、安防系统和能源管理系统。这些设备可以通过802.11ah网络实现互联互通，提供更高效的家庭管理。
零售业：
在零售店中，802.11ah用于连接电子货架标签和库存管理系统。这些标签可以实时更新商品信息，提高库存管理的效率。
IEEE 802.11ah(HaLow)标准通过其低功耗、长距离和高可靠性特点，广泛应用于物联网的各种场景。从智能电网到工业自动化，从环境监测到家庭自动化，802.11ah为各种物联网应用提供了强大的技术支持。
