【導讀】Wi-Fi HaLow技術(shù)由W-Fi聯(lián)盟命名，由IEEE 802.11ah任務(wù)組將其進(jìn)行標準化。與傳統Wi-Fi相比，Wi-Fi HaLow使用較低的頻率和較窄的頻帶信道，這樣的綜合效應是連接距離更遠，而總能耗更低。設備可以與最遠1公里外的接入點(diǎn)（AP）進(jìn)行通信，具體取決于該國對無(wú)線(xiàn)通信系統的規定。對于一些跨越數平方公里的清潔能源系統，Wi-Fi HaLow可將8,000多臺設備連接到一個(gè)接入點(diǎn)。
干凈、綠色、可再生、可持續。無(wú)論創(chuàng )新型能源公司如何標榜自己，這些公司都有一個(gè)最終目標，即減少對碳氫化合物來(lái)源的依賴(lài)，在創(chuàng )造、分配和消耗能源的過(guò)程中，減少所產(chǎn)生的有害排放和污染物。在每個(gè)階段，我們都有機會(huì )通過(guò)使用先進(jìn)的通信系統來(lái)提高效率。Wi-Fi HaLow就是其中一種先進(jìn)的通信系統。
Wi-Fi HaLow技術(shù)由W-Fi聯(lián)盟命名，由IEEE 802.11ah任務(wù)組將其進(jìn)行標準化。與傳統Wi-Fi相比，Wi-Fi HaLow使用較低的頻率和較窄的頻帶信道，這樣的綜合效應是連接距離更遠，而總能耗更低。設備可以與最遠1公里外的接入點(diǎn)（AP）進(jìn)行通信，具體取決于該國對無(wú)線(xiàn)通信系統的規定。對于一些跨越數平方公里的清潔能源系統，Wi-Fi HaLow可將8,000多臺設備連接到一個(gè)接入點(diǎn)。
表1：Wi-Fi HaLow與傳統Wi-Fi的比較
雖然傳統Wi-Fi是目前使用的最普遍的無(wú)線(xiàn)通信協(xié)議，但物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，迫使人們重新思考Wi-Fi，揭示出技術(shù)上的差距，以及在一個(gè)無(wú)所不包的互聯(lián)和綠色世界中，Wi-Fi需要扮演什么角色。許多的物聯(lián)網(wǎng)和機對機（M2M）應用，對遠程連接和低功耗的更高要求，正以越來(lái)越快的速度，迎來(lái)Wi-Fi HaLow在現在以及未來(lái)的發(fā)展。
Wi-Fi HaLow的影響無(wú)處不在，從家居樓宇自動(dòng)化系統，到清潔能源系統，包括太陽(yáng)能、風(fēng)能、能量?jì)Υ婧偷責嵯到y。
提高現有系統的效率
能源的創(chuàng )造、傳輸、儲存、分配和消費等現有的基礎設施，都可以從效率的即時(shí)改善中受益。在大量的消費設備上進(jìn)行小規模的改進(jìn)，可能會(huì )對需求產(chǎn)生重大影響。研究消費模式可以更好地預測如何控制電網(wǎng)和發(fā)電站。Wi-Fi HaLow簡(jiǎn)化了跨更遠距離連接更多設備的過(guò)程，從而使智能系統能夠利用更細粒度的信息和控制。
家居自動(dòng)化
采暖、通風(fēng)和空調（HVAC）系統，是家居中最大的能耗設備之一。當無(wú)線(xiàn)連接添加到可編程恒溫器時(shí)，房主可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)的云應用程序，遠程調整設置。然而，并非所有的房主都以有效的方式規劃其系統。根據系統的實(shí)際使用模式，智能恒溫器會(huì )調整設置來(lái)提高效率，并考慮到住宅的占用情況。這些系統還可以通過(guò)在一個(gè)可能知道房主位置和日程安排的生態(tài)系統中，整合更高層次的信息而進(jìn)行改進(jìn)。
傳統的Wi-Fi可能需要購買(mǎi)中繼器或數據流量來(lái)連接智能恒溫器和路由器，這增加了成本和能耗。低功耗的Wi-Fi HaLow溫控器，可以更容易地連接到家用Wi-Fi路由器，簡(jiǎn)化了安裝成本，并有可能使用電池運行的溫控器，無(wú)需電源線(xiàn)。暖通空調系統中的各個(gè)組件，如空氣處理機、熔爐、熱泵、空調壓縮機和位于家中不同位置的傳感器設備，可以通過(guò)Wi-Fi HaLow互連，而非通過(guò)有線(xiàn)電纜。每個(gè)組件都可以成為暖通空調系統中不受約束的模塊化部件，每個(gè)組件都可以整合到使用分析中，而且隨著(zhù)更高效技術(shù)的出現，每個(gè)組件都可以獨立升級。
此外，新型的Wi-Fi HaLow傳感器，如監測房間占用率、日照角度、濕度和空氣污染等，可以為暖通空調系統提供更全面的信息，以進(jìn)行智能響應。Wi-Fi HaLow傳感器的位置，可根據其提供的最佳信息進(jìn)行選擇，而非因為Wi-Fi的覆蓋范圍有限，而被限制在非最優(yōu)位置。這些被動(dòng)式系統只需要很低的能量，如果能通過(guò)Wi-Fi HaLow網(wǎng)絡(luò )可靠地連接到與接入點(diǎn)（AP）較遠的位置，則可以大大降低對暖通空調系統的需求。
樓宇自動(dòng)化系統（BAS）
Wi-Fi HaLow還可以提高商業(yè)建筑暖通空調系統的效率和擁有成本。以一個(gè)大型辦公大樓的空調系統為例。這個(gè)由壓縮機、傳感器、恒溫器和阻尼器組成的整個(gè)網(wǎng)絡(luò )可以聯(lián)網(wǎng)，為現場(chǎng)或云端的樓宇管理系統（BMS）監視器，提供建筑物性能的高階視圖。構建這種網(wǎng)絡(luò )的傳統方法，依賴(lài)于將有線(xiàn)電源和信號連接到大多數組件上。一些系統集成了短程無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )，包括802.15.4 Zigbee或用于傳感器設備的專(zhuān)有無(wú)線(xiàn)電。專(zhuān)有集線(xiàn)器或網(wǎng)關(guān)的幾個(gè)階段，在從這些設備到互聯(lián)網(wǎng)上的樓宇管理系統（BMS）的路徑上，增加了延遲而且數據吞吐量也有限制。
Wi-Fi HaLow集成電路與這些有線(xiàn)技術(shù)和專(zhuān)有無(wú)線(xiàn)技術(shù)相比，具有獨特的優(yōu)勢。由于Wi-Fi HaLow在低于1 GHz的頻率范圍內運行，使用較窄的信道帶寬，比有線(xiàn)技術(shù)或使用2.4 GHz的無(wú)線(xiàn)技術(shù)更容易穿透墻壁、天花板、地板和其他物體，因此設備可以放置在需要的地方，限制更少。這就省去了多階段的網(wǎng)狀連接和中繼器，降低了基礎設施成本和能耗設備數量。
智能電表和智能電網(wǎng)
采用Wi-Fi HaLow的公用事業(yè)電表，可以連接遠達到1公里以上（根據美國聯(lián)邦通信委員會(huì )的規定）。由于可以使用星型結構，這簡(jiǎn)化了電力公司的網(wǎng)絡(luò )。一個(gè)社區的單個(gè)接入點(diǎn)（AP），就能監控成千上萬(wàn)家庭的用電情況。Wi-Fi HaLow還通過(guò)采用Wi-Fi的WPA3級加密技術(shù)，提高了家庭之間數據傳輸的安全性。采用Wi-Fi HaLow的電表，能與接入點(diǎn)（AP）協(xié)商睡眠時(shí)間，在無(wú)需通信時(shí)節省電力?；赯igbee無(wú)線(xiàn)技術(shù)（無(wú)論是2.4GHz還是sub-1GHz的IEEE 802.15.4g Wi-SUN）的競品解決方案，都是依靠設備的網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò )，將信息回傳到小區的公用事業(yè)網(wǎng)關(guān)，以訪(fǎng)問(wèn)IP網(wǎng)絡(luò )。如前所述，這樣的網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò )會(huì )導致延遲，并降低網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò )中所有其他節點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò )總吞吐量。
為家庭和企業(yè)供電的配電基礎設施，也可以從Wi-Fi HaLow的連接中受益。監控和數據采集（SCADA）系統，依靠傳感器來(lái)了解整個(gè)網(wǎng)絡(luò )的運行情況，從而決定如何管理電網(wǎng)。在變電站監測到的情況，通常用來(lái)推斷是什么原因導致了下游線(xiàn)路的故障，這些線(xiàn)路為附近的變壓器供電。通過(guò)安裝更多的傳感器、獲得更多的數據、更細粒度地了解次級網(wǎng)絡(luò )的狀況，包括附近每個(gè)變壓器的情況，監控和數據采集（SCADA）系統可以就如何響應做出更好的決策。Wi-Fi HaLow的遠于一公里的覆蓋范圍和高吞吐量，可以用于收集變電站及其周邊地區的傳感器數據。
改善清潔能源系統
太陽(yáng)能
在過(guò)去的幾十年里，將太陽(yáng)光轉化為電能的光伏（PV）系統每千瓦的成本，已經(jīng)大幅下降。成本下降的很大一部分原因，是光伏面板效率的提高，目前最好的太陽(yáng)能面板的效率在25%上下。成本下降的另一部分原因，是由于科技創(chuàng )新，如微型光伏逆變器和優(yōu)化器，讓每塊面板的能量得到最佳利用。要產(chǎn)生一戶(hù)常規家庭所需的平均電力，與過(guò)去相比，現在所需的面板數量更少。監控系統可以跟蹤建筑物屋頂上每一塊面板的狀態(tài)，為裝置達到峰值功率提供反饋。其中一些組件可能通過(guò)電源線(xiàn)進(jìn)行通信。一個(gè)單一的互聯(lián)網(wǎng)連接，通常是通過(guò)以太網(wǎng)、Wi-Fi、或蜂窩調制解調器，結合太陽(yáng)能系統與家庭的電網(wǎng)進(jìn)行連接。
通過(guò)在每塊面板、微型逆變器、電源優(yōu)化器和并網(wǎng)交換機中使用無(wú)線(xiàn)通信，可以對整個(gè)光伏系統進(jìn)行最精細的監控，而無(wú)需依賴(lài)通過(guò)電力電纜的數據流。這些集成電路（IC）可以在很低的電壓下運行，并且可以通過(guò)在空閑時(shí)休眠來(lái)節省能源。通過(guò)本機IP無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )，每個(gè)組件都可以連接到云端的管理系統。在未來(lái)，過(guò)時(shí)組件可以單獨升級為更高效的組件，而不必向后兼容有線(xiàn)通信協(xié)議。不同組件供應商之間的互操作性，可以鼓勵創(chuàng )新和競爭，從而加速消費者市場(chǎng)的增長(cháng)。
能量?jì)Υ?/div>
電池為小型設備和車(chē)輛儲存電能提供了最佳選擇。通過(guò)延長(cháng)無(wú)線(xiàn)傳感器的電池壽命，Wi-Fi HaLow減少了一次性電池的浪費，為地球帶來(lái)了直接的益處。
鋰聚合物（LiPo）電池技術(shù)的進(jìn)步，徹底改變了從智能手機到電動(dòng)汽車(chē)等多個(gè)行業(yè)。整個(gè)房屋的能量，可能儲存在一個(gè)掛在墻上的大型鋰電池中。智能電池充電器可以將“免費”的太陽(yáng)能儲存在電池中，也可以在非高峰時(shí)段通過(guò)電網(wǎng)充電。在用電高峰時(shí)，家用電池可以將需要的電能返還給房屋或電器，而高峰時(shí)段本來(lái)會(huì )以更高的費率計費。所有這些系統的協(xié)調，都可以通過(guò)Wi-Fi HaLow在每個(gè)組件中進(jìn)行輔助。
電化學(xué)電池并不是儲存能量的唯一方式。將電能轉化為動(dòng)能，可以提供一種保持可再生清潔能源的方法。過(guò)剩的電能可以用來(lái)旋轉大型飛輪，大型飛輪通常在低摩擦的軸承上旋轉。當需要時(shí)，飛輪的慣性可以通過(guò)發(fā)電機，重新轉化為電能。這一概念類(lèi)似于水力發(fā)電或風(fēng)力發(fā)電，只是形式更為緊湊。飛輪存儲設備的各個(gè)部分可以與Wi-Fi HaLow聯(lián)網(wǎng)，而不依賴(lài)于電線(xiàn)。
風(fēng)能
每座風(fēng)塔內都有一個(gè)變速箱和發(fā)電機，將旋轉的風(fēng)力轉化為電力，通過(guò)電纜輸送到地面。所以需要對軸承和齒輪進(jìn)行監測，以防止其過(guò)早磨損或發(fā)生振動(dòng)。同時(shí)也要對葉片的方向和節距進(jìn)行監控，以確保向電網(wǎng)輸送穩定的電力。風(fēng)塔內還包括多種傳感器，用于測量各種環(huán)境條件，如風(fēng)速、風(fēng)向和是否結冰。一個(gè)采用Wi-Fi HaLow的網(wǎng)絡(luò )可以連接所有這些功能，新型小型傳感器還可以放置在以前可能無(wú)法觸及的地方。
地熱、水電、天然氣、生物能源
Wi-Fi HaLow對于這些清潔能源領(lǐng)域，是一種極具吸引力的無(wú)線(xiàn)通信解決方案，因為該技術(shù)能夠連接大量的傳感器和執行器。這些清潔能源領(lǐng)域與工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的應用類(lèi)似。Wi-Fi HaLow傳感器可以放置在數據電纜無(wú)法到達的地方?？梢钥缭胶恿?，并且可以聚集一個(gè)油田中的多個(gè)井口。工藝工程師具有更大的靈活性來(lái)設計最佳系統，而不受運行以太網(wǎng)電纜或專(zhuān)有有線(xiàn)控制器解決方案的限制。
Wi-Fi HaLow旨在為可再生能源領(lǐng)域的創(chuàng )新者提供新的選擇，Wi-Fi HaLow也代表了一個(gè)精彩的未來(lái)，即通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)將人與設備進(jìn)行無(wú)線(xiàn)連接。對于能源市場(chǎng)來(lái)說(shuō)，這意味著(zhù)更遠的距離、更低的功率、更好的穿透性、更多的本機IP連接以及更強大的安全性。
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