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IEEE 802.11ah alias WiFi HaLow - Das Beste von WiFi und LPWAN

Hohe Datenraten und ein einfacher Netzaufbau haben WiFi zu einem der gängigsten Wireless-Funkstandards werden lassen. Doch dieser hat auch ein Manko: die geringe Reichweite. Deshalb hat die WiFi Alliance den Standard IEEE 802.11ah entwickelt, der weiter funkt. Jetzt kommt das erste entsprechende Modul auf den Markt.

Im Gegensatz zu den üblichen WiFi-Standards, die im 2,4-GHz- oder 5-GHz-Bereich arbeiten, funkt man nach dem Standard IEEE 802.11ah - WiFi HaLow auch genannt - im lizenzfreien Frequenzband um 900 MHz. Damit gehört er zu den LPWAN- (Low-Power Wide-Area Networking) Technologien, so wie auch LoRa und Sigfox. Durch die Nutzung des niedrigeren Frequenzbandes kommt HaLow auf eine Reichweite von bis zu 1,5 Kilometern und damit fast doppelt so weit wie WiFi-Standards basierend auf 2,4 oder 5 GHz. Das macht ihn nicht nur für das Smart Home interessant, sondern auch für verschiedene IoT-Szenarien, etwa in Industrieunternehmen mit großen Hallen, in der Landwirtschaft, im Gesundheitswesen oder in Smart Cities.

Leichter durch die Wand

Zudem baut WiFi HaLow eine sehr stabile Verbindung auf: Da in der Leistungsübertragungsbilanz mindestens 10 dB mehr zur Verfügung stehen als bei 2,4-GHz-WiFi, kann das Funksignal Wände oder andere Hindernisse besser durchdringen. Dabei werden theoretisch bis zu 8191 Geräte pro Access Point unterstützt; das erste 802.11ah-WiFi-Modul für IoT-Geräte von Silex (mehr dazu unten) erlaubt 1024 Knoten pro Access Point. In einem Praxistest hat Silex mit 100 Verbindungen und 30 stationären Geräten quasi zur selben Zeit Daten erfolgreich übertragen.

Die neue WiFi-Variante ist auch für mobile Anwendungen wie Wearables und Sensorapplikationen attraktiv: Es steht eine Datenrate von mindestens 150 kbit/s bei Nutzung eines 1-MHz-Kanals zur Verfügung. Wenn die Sensoren nur dann aktiv sind, wenn neue Daten übertragen werden sollen, kann damit in Kombination mit einem sparsamen Datenmodem ein geringer Stromverbrauch erzielt werden. Das prädestiniert WiFi HaLow für die Verbindung vieler kleiner Geräte. Durch das Zusammenfassen mehrerer Kanäle lässt sich die Datenrate aber noch etwas steigern. Interoperabilität zwischen 802.11ah-Geräten unterschiedlicher Hersteller ist gewährleistet, die WLAN-Verschlüsselungsstandards WPA2-PSK, WPA3SAE sowie WPA3-OWE garantieren eine sichere Datenübertragung.

IEEE 802.11ah bzw. WiFi HaLow kombiniert also die Vorteile von WiFi und dem der LPWAN-Technologien: Es bietet neben der größeren Reichweite auch einen höheren Datendurchsatz. Allerdings befindet sich die Technologie in den Anfängen, die Infrastruktur ist noch im Aufbau und es kommen sukzessive mehr Geräte in den Handel, die den Standard unterstützen.

Erste HaLow-Komponenten

Einer der Vorreiter war der japanische Hersteller Newracom. Er entwickelte bereits im Oktober 2015 den ersten WiFi-HaLow-Chip für IoT-Applikationen, mit dem auf dem Mobile World Congress 2016 der Standard präsentiert wurde. Mit dem NRC7292, dem ersten IEEE-802.11ah-kompatiblen WiFi-HaLow-SoC, gewann Newracom 2019 den "Best WiFi IoT Product 2019" Award.

Ebenfalls zu den Pionieren des neuen Standards zählt Silex. Mit dem SX-NEWAH ist bei Rutronik in Kürze das erste 802.11ah-WiFi-Modul für IoT-Geräte verfügbar. Die US-Version ist bereits erhältlich, Rutronik bietet hiervon Muster an. Das Modul basiert ebenfalls auf dem SoC NRC7292 von Newracom und ist das erste industrielle WiFi-Modul, das im Sub-GHz-Band arbeitet. Damit bietet es alle Vorteile der neuen WiFi-Technologie:

Höhere Reichweite und stabile Verbindungen auch durch Wände oder in schwierigen Umgebungsbedingungen mit mindestens 10 dB mehr als bei 2,4-GHz-WiFi

  • Geringer Stromverbrauch für eine Batterielebensdauer von mehreren Jahren
  • Datenraten bis 15 Mbit/s mit TCP/IP-Unterstützung
  • Eine hohe Anzahl an Teilnehmern pro Access Point (Repeater und Gateways werden nicht benötigt)
  • IP Connectivity: Das Modul lässt sich in bestehende IP-Netzwerke integrieren.
  • Hohe Sicherheit: Enterprise WiFi Security, WPA3
  • Interoperabilität mit 802.11ah-Geräten verschiedener Hersteller

 

 

Komponenten gibt es auf www.rutronik24.de.

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Figure 1: With 10dB more than conventional WiFi, a HaLow wireless signal penetrates walls and is therefore ideal for smart home applications.
Bild 1: Mit 10 dB mehr als das klassische WiFi durchdringt das HaLow-Funksignal auch Wände und eignet sich damit ideal für Smart-Home-Anwendungen.