Wi-Fi 6給物聯(lián)網(wǎng)帶來的優(yōu)勢

在本文中，我們將詳細介紹Wi-Fi 6和Wi-Fi 6E給全新的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品設計所帶來的具體優(yōu)勢。

從物聯(lián)網(wǎng)的角度來看，Wi-Fi開發(fā)人員已經(jīng)認識到，速度更快并不一定是所有Wi-Fi聯(lián)網(wǎng)設備的最佳選擇。在Wi-Fi 6之前的幾代技術中，增加原始吞吐量是主要目標。而現(xiàn)在，某些關鍵性能指標 (KPI) 之間的權衡，使得系統(tǒng)設計人員能夠靈活地將重點放在設計的重要方面上。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，但也可以通過修改其他列所示的功能，來實現(xiàn)節(jié)能。

圖1：Wi-Fi 6的主要功能(包括節(jié)能)

降低功耗/延長物聯(lián)網(wǎng)設備的電池續(xù)航時間

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，包括正交頻分多址(OFDMA)、目標喚醒時間(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)，這些資源單元被進一步劃分為子載波。由于80 MHz是以增加功耗為代價而實現(xiàn)的，因此，Wi-Fi 6中的20 MHz模式可以實現(xiàn)節(jié)能。對于只需要非常高效地發(fā)送少量數(shù)據(jù)的物聯(lián)網(wǎng)設備來說，這種節(jié)能非常重要。例如，門鎖就只需要傳輸“存在正確的鍵盤輸入”。于是，20 MHz模式就是這類信號傳輸?shù)睦硐胫x，是在物聯(lián)網(wǎng)應用中區(qū)分Wi-Fi 6與Wi-Fi 5的項目之一。

通過目標等待時間，接入點 (AP) 和站點設備協(xié)商特定的時間，在這個時間到來時，站點設備將被喚醒并準備好接收來自接入點的流量。與前幾代 Wi-Fi 相比，此功能可以讓站點保持更長時間的睡眠模式，從而降低了設備的整體功耗。

以前，物聯(lián)網(wǎng)設備必須按照接入點規(guī)定的時間間隔(在大多數(shù)設備中為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，無需傳輸數(shù)據(jù)，從而節(jié)省電力。于是，接入點知道自己不會接收信息，但仍可以識別出設備的存在，并將在預定時間與其通信。此功能使設備的睡眠時間大幅延長，并節(jié)省了大量電力，因此電池的續(xù)航時間也更久。

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

Wi-Fi安全性

物聯(lián)網(wǎng)另一個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)設備(如監(jiān)控攝像頭)被黑客入侵時。Wi-Fi 6被強制要求包含針對Wi-Fi開發(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保護訪問(WPA)已升級到WPA3。安全性太重要了，以至于Wi-Fi 5等舊技術的規(guī)范現(xiàn)在也強制要求進行WPA3認證。

Wi-Fi連接本身的安全性只是物聯(lián)網(wǎng)設備的第一道防線。英飛凌提供的片上系統(tǒng)(SoC)產(chǎn)品和獨立的Wi-Fi器件提供了豐富的功能，這些功能對于打造真正安全的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品而言至關重要。其中的一個功能就是核實在Wi-Fi芯片內運行的固件(FW)的真?zhèn)巍?

盡管今天大多數(shù)CPU和MCU都提供信任根(RoT)和驗證頂級系統(tǒng)映像的能力，但英飛凌認為，確保設備中的各個子系統(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芯片組固件的驗證涉及硬件信任根，以驗證發(fā)送給它的任何映像的簽名。即便主機系統(tǒng)遭到破壞，驗證Wi-Fi固件，對于確保映像真實性而言也是非常重要的。一旦確認了固件的真實性，Wi-Fi設備將把自己配置為僅允許通過安全數(shù)字輸入輸出(SDIO)接口進行足夠的訪問，以執(zhí)行數(shù)據(jù)傳輸，而不會修改或篡改芯片上的內存或其他資源。對于黑客破壞芯片和系統(tǒng)安全性的另一條途徑，則由Wi-Fi設備上提供限制訪問控制的特定硬件關閉。

Wi-Fi 6和Wi-Fi 6E的性能

最早由Wi-Fi 5采用的MU-MIMO技術使Wi-Fi 6能夠將數(shù)據(jù)流同時引到多個客戶端，從而提高網(wǎng)絡效率。通過MU-MIMO中使用的波束成形技術，天線可以將射頻信號傳輸引導至特定設備。這可以提高數(shù)據(jù)速率，并減少干擾。

Wi-Fi 6對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，會影響物聯(lián)網(wǎng)設備傳輸數(shù)據(jù)的能力。而由于采用Wi-Fi 6之前技術的設備的存在，也可能會妨礙通過Wi-Fi 6的節(jié)能功能實現(xiàn)最大限度的節(jié)能。因此，由于Wi-Fi 6支持在5 GHz運行的舊設備，它可能無法發(fā)揮所有潛在優(yōu)勢。

Wi-Fi 6E增加了6 GHz頻段。由于沒有前代Wi-Fi設備在該頻段運行，因此，訪問能力將大幅提高。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，這是因為6 GHz頻段是用戶充分實現(xiàn)Wi-Fi 6優(yōu)勢的唯一途徑。盡管這些設備支持所有三個頻段，但在6 GHz模式下，只會發(fā)生與Wi-Fi 6的通信，從而實現(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)絡效率和能耗方面的潛力，從而朝著激動人心的目的地，邁出未來之旅的第一步。