Definition Was ist Wi-Fi HaLow?

Wi-Fi HaLow ist eine im Standard IEEE 802.11ah spezifizierte Low-Power-WLAN-Variante. Sie zählt zur Kategorie der LPWAN-Technologien und ermöglicht eine energieeffiziente, drahtlose Vernetzung einer Vielzahl von Endgeräten über Entfernungen von bis zu einem Kilometer. Typische Anwendungen sind im Smart-Home- und M2M-Umfeld zu finden. Als Funkfrequenzen kommen Frequenzen im Sub-GHz-Bereich um 900 MHz zum Einsatz.

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Wi-Fi HaLow ist eine Wi-Fi-Variante der Wi-Fi Alliance. Sie ist im IEEE-Standard 802.11ah spezifiziert und für eine energieeffiziente Vernetzung von Endgeräten über Entfernungen von bis zu einem Kilometer geeignet. Im Vergleich zu den meisten anderen Wi-Fi-Standards nutzt Wi-Fi HaLow Frequenzen im Sub-GHz-Bereich um 900 MHz und erzielt deutlich geringere Datenraten. 802.11ah zählt zur Netzwerkklasse der Low Power Wide Area Networks (LPWANs), auch wenn die erzielbare Reichweite mit nur einem Kilometer deutlich unter der vieler anderer LPWAN-Technologien liegt. Typische Anwendungen sind im Smart-Home-, M2M- und IoT-Umfeld zu finden.

Grundsätzliches zur Netzwerkklasse der Low Power Wide Area Networks (LPWANs)

Wi-Fi HaLow wird zur Netzwerkklasse der Low Power Wide Area Networks gezählt. Die überbrückbare Distanz liegt mit maximal einem Kilometer im unteren Reichweitenbereich der LPWANs. Was die Übertragungsgeschwindigkeit angeht, sind mit Wi-Fi HaLow jedoch deutlich höhere Datenraten erzielbar als mit vielen anderen LPWAN-Technologien.

Die Anforderungen an ein LPWAN sind, dass sich ressourcen- und leistungsbeschränkte Geräte wie Sensoren in großer Zahl und über große Entfernungen energieeffizient, drahtlos vernetzen lassen. LPWANs sind für IoT- und M2M-Anwendungen vorgesehen. Es gibt inzwischen zahlreiche proprietäre und standardisierte LPWAN-Konzepte, -Technologien und -Implementierungen. Sie nutzen sowohl lizenzierte als auch nicht-lizenzierte Frequenzbereiche.

Üblicherweise werden aufgrund der erreichbaren Distanzen und der guten Durchdringungseigenschaften massiver Objekte Frequenzen im Sub-GHz-Bereich verwendet. Es gibt aber auch Technologien, die in Frequenzbereichen größer ein Gigahertz (beispielsweise im 2,4 GHz-Band) arbeiten. Die erzielbaren Datenraten in einem LPWAN sind im Vergleich zu einem WLAN oder Mobilfunknetz deutlich niedriger und liegen in einem Bereich zwischen wenigen hundert Bit pro Sekunde und einigen hundert Kilobit pro Sekunde. Neben Wi-Fi HaLow sind weitere bekannte LPWAN-Technologien zum Beispiel Sigfox, LoRaWAN, LTE-M, RPMA, Weightless, NarrowBand-IoT (NB-IoT) oder Mioty.

Funktionsweise und Technik von IEEE 802.11ah

Die von IEEE 802.11ah verwendeten Frequenzen bei circa 900 MHz sind im Gegensatz zu den für viele andere WLAN-Standards genutzten 2,4- oder 5-GHz-Frequenzbändern in der Lage, größerer Distanzen zu überbrücken. Auch massive Objekte wie Wände werden von den niederfrequenten Funkwellen wesentlich besser durchdrungen. Die erzielbare Reichweite von IEEE 802.11ah beträgt bis zu einem Kilometer.

Das verfügbare Frequenzspektrum wird in ein bis 16 Megahertz breite Kanäle eingeteilt. Die schmalbandigen Kanäle sind für größere Distanzen, die breitbandigen Kanäle für höhere Datenraten vorgesehen. Je nach verwendetem Kanal sind Datenraten zwischen 150 KBit/s bis zu mehreren Mbit/s realisierbar. Die Endgeräte verbinden sich über angepasste Bitübertragungs- und MAC-Schichten mit einem Accesspoint. MAC-Header sind verkürzt, um den Overhead zu reduzieren und den Nutzdatenanteil der Datenframes zu erhöhen. Als Übertragungsverfahren kommt ein orthogonales Frequenzmultiplexverfahren (OFDM) mit bis zu 64 Trägerfrequenzen zum Einsatz.

Zur Steigerung der Energieeffizienz definiert Wi-Fi HaLow verschiedene Energiesparmodi mit Sleep-Zeiten und festlegbaren Zielzeiten der Kommunikation mit dem Accesspoint. Batteriebetriebene Endgeräte wie Sensoren erreichen im Optimalfall Laufzeiten von bis zu mehreren Jahren. Zur Sicherung der Datenübertragung unterstützt 802.11ah übliche WLAN-Sicherheitsstandards und -Verschlüsselungsverfahren wie WPA2 und WPA3.

Die Vorteile von Wi-Fi HaLow sind:

• energieeffiziente Vernetzung über Distanzen von bis zu einem Kilometer

• Laufzeiten batteriebetriebener Geräte bis zu mehreren Jahren

• gute Durchdringung massiver Objekte dank Verwendung von Sub-GHz-Frequenzen

• große Anzahl Teilnehmer vernetzbar

• große Spanne unterstützter Datenraten von wenigen hundert Kbit/s bis mehrere Mbit/s

• native TCP/IP-Unterstützung (einfache Integration in bestehende IP-Netze)

• sichere Übertragung und Unterstützung von WLAN-Sicherheitsstandards und -Verschlüsselungsverfahren wie WPA2 und WPA3

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