Recentemente, a Wireless Broadband Alliance (WBA) ganhou o noticiário internacional ao liberar para testes comerciais o novo padrão Wi-Fi HaLow for IoT”. Na frequência 802.11ah, promete revolucionar as aplicações de internet das coisas, por oferecer maior alcance e menor consumo de energia.
Apesar de carregar o nome da família Wi-Fi, o Wi-Fi HaLow é mais do que apenas uma iteração do padrão Wi-Fi clássico que agora está vendo a introdução de variantes de alta capacidade, como WiGig e Wi-Fi 6E. Em vez disso, o Wi-Fi HaLow introduz uma opção de conectividade de baixo consumo de energia que, em contraste com outras opções de Wi-Fi, oferece alcance de aproximadamente 1 km.
Isto abre uma série de casos de uso de internet das coisas (IoT), especialmente para pequenas implantações baseadas em campus, como instituições acadêmicas e de pesquisa, instalações industriais e escritórios. Além disso, pode apoiar uma vasta gama de aplicações industriais, de cidades inteligentes, de edifícios inteligentes e agrícolas.
The Wi-Fi stack
Fonte: Wi-Fi Alliance
O Wi-Fi HaLow opera em espectro abaixo de 1 GHz, o que permite uma boa penetração do sinal através de paredes e outros obstáculos. As baixas demandas de energia da tecnologia permitem que dispositivos Wi-Fi HaLow sejam alimentados por baterias do tamanho de uma moeda durante meses e, em alguns casos, durante anos. Além disso, como o Wi-Fi HaLow faz parte da família Wi-Fi, não há necessidade de hubs e gateways proprietários.
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Quais são as vantagens do Wi-Fi HaLow?
Ao ser capaz de aproveitar a maturidade do ecossistema Wi-Fi, o Wi-Fi HaLow tem várias vantagens sobre outras tecnologias de baixo consumo de energia. Além do alcance estendido, o Wi-Fi HaLow oferece vários modos de economia de energia do dispositivo, suporte IP nativo e o que há de mais moderno em segurança Wi-Fi. A tecnologia também oferece atributos Wi-Fi, como interoperabilidade entre vários fornecedores e facilidade de configuração, sem interromper as redes Wi-Fi existentes.
O Wi-Fi HaLow tem um ponto ideal de desempenho, oferecendo capacidade de até 78 Mbps em distâncias curtas, com 150 Kbps alcançáveis em até 1 km. Isso o torna uma alternativa real ao LoRaWAN, Zigbee, Bluetooth Low Energy e até IoT de banda estreita (NB-IoT). É importante ressaltar que a taxa de dados é suficiente para streaming de vídeo pela rede, diferenciando HaLow de LoRa, Sigfox e NB-IoT, além, claro, do Wi-Fi padrão.
O valor real está na vida útil da bateria radicalmente prolongada que pode ser alcançada com Wi-Fi HaLow. A tecnologia introduz modos de suspensão aprimorados, como Target Wake Time e Restricted Access Window, para que os dispositivos possam economizar energia, sem responder ao tráfego de rede irrelevante. O Wi-Fi HaLow também minimiza a colisão de dados com sua capacidade de ouvir antes de falar, que permite alta utilização da rede entre vários dispositivos.
Um estudo comparativo IMEC publicado pela Wi-Fi Alliance descobriu que a vida útil da bateria para dispositivos Wi-Fi HaLow usando baterias de 500mAh em intervalos de transmissão de dez minutos pode ser de 3,15 anos, excedendo em muito a vida útil de outras tecnologias de rede de área ampla de baixo consumo de energia (LPWAN). .
Este atributo, combinado com maior alcance e desempenho relativamente alto, torna o Wi-Fi HaLow uma opção atraente para vários casos de uso. Câmeras externas, por exemplo, podem ser suportadas pelo HaLow porque câmeras de baixa potência podem ser instaladas sem que seu sinal seja bloqueado por árvores ou outros obstáculos. Isto poderia ser usado para monitorizar o gado numa exploração agrícola ou para ajudar a gerir unidades habitacionais múltiplas, incluindo áreas de estacionamento subterrâneas.
A natureza versátil do Wi-Fi HaLow é uma das principais razões pelas quais, apesar de ter sido ratificado em 2016, está agora a ser adotado por numerosos projetos de IoT. A capacidade da tecnologia de oferecer rendimento suficiente em alcances de 1 km com consumo de energia muito baixo e de trazer os benefícios de fazer parte de um ecossistema Wi-Fi mais amplo para as organizações despertou o interesse e está adicionando o Wi-Fi HaLow às listas de opções dos desenvolvedores.
A WBA publicou um novo documento técnico com vários cenários prováveis de implementação em diferentes setores verticais – incluindo casas inteligentes, cidades, edifícios, varejo, indústria e agricultura.
Aplicações e implicaçoes do Wi-Fi HaLow
Como amostra da evolução do Wi-Fi HaLow, o website RCR Wireless baseou-se no white paper da WBA para resumir (entre aspas) a visão da entidade sobre a aplicabilidade do Wi-Fi HaLow em seis mercados principais, conforme abaixo.
1 | Lar inteligente
“HaLow resolve vários problemas para produtos domésticos inteligentes. Sub-GHz… os sinais alcançam mais longe e penetram melhor… [comparado ao Wi-Fi em] frequências de 2,4 GHz, 5 GHz e 6 GHz… É necessária menos energia para enviar esses sinais através de distâncias mais longas. Casas grandes… podem ser atendidas por um único ponto de acesso. Dispositivos em garagens, porões, sótãos e ao ar livre… podem ter dificuldade para se comunicar [em] 2,4 GHz… [e] tornar a rede doméstica mais lenta… Instalação fácil e pronta para uso… reduz devoluções de produtos e suporte técnico… [e] beneficia câmeras de segurança auto-instaladas [e] equipamentos difíceis de conectar em locais externos.
“Os protocolos baseados em IP são suportados nativamente pelo Wi-Fi HaLow. Isto simplifica a instalação e o gerenciamento… Para dispositivos que precisam se conectar à nuvem, a configuração pode ser feita tão facilmente quanto para outros dispositivos Wi-Fi. (Não há necessidade de um hub proprietário para converter para a rede IP, como o que é necessário para a tecnologia de rede Zigbee, BLE ou Z-wave). O Wi-Fi HaLow pode suportar até 8.191 dispositivos por um único ponto de acesso. Ele pode oferecer suporte a vários ecossistemas e produtos domésticos inteligentes em conformidade com a especificação CSA Matter. [Ele] também aproveita o mais alto nível de segurança definido pela Wi-Fi Alliance (WPA3).”
2 | Cidade inteligente
“O Wi-Fi HaLow pode conectar todos os tipos de dispositivos IoT de cidades inteligentes. Os exemplos incluem pontos de ônibus, semáforos, câmeras, medidores de serviços públicos, detectores de vazamento, sensores de temperatura e sensores de vibração. Alta capacidade [significa] múltiplos… sistemas podem ser conectados a um único ponto de acesso… [Ele] tem a capacidade de cobrir grandes áreas. Onde for necessária mais cobertura, a área pode ser expandida com uma configuração de malha. Com espectro não licenciado, conectividade baseada em IP e baixos custos operacionais, [ele] pode habilitar redes municipais de IoT a um preço mais baixo do que o celular… [É] uma maneira simples e de baixo custo de agregar dispositivos IoT… por meio de um backhaul celular.
“O Wi-Fi HaLow tem uma taxa de transferência de dados muito maior [do que] outras tecnologias LPWAN, permitindo um maior número de dispositivos e um maior número de casos de uso em uma rede que abrange toda a cidade. [Seus] recursos de baixo consumo de energia… podem ajudar a garantir que dispositivos operados por bateria possam permanecer em serviço sem manutenção por meses ou anos…. Isto ajudaria a cidade a utilizar dispositivos de monitorização em áreas que podem não ter acesso à energia – como medidores de água ou sensores de segurança… A energia solar pode ser usada para dispositivos IoT com longos tempos de transmissão, como câmaras ou ecrãs digitais. Por último, o Wi-Fi HaLow tem baixa latência para suportar serviços de emergência.”
3 | Edifícios inteligentes
“Quando se trata de fornecer cobertura total ao edifício, o Wi-Fi HaLow oferece diversas vantagens em relação às tecnologias tradicionais. A sua penetração de sinal pode atingir quatro ou mais pisos, permitindo que um único ponto de acesso cubra a maioria dos edifícios. Isso simplifica a arquitetura [e] evita problemas com as tecnologias existentes. Sua tecnologia nativa IP torna a instalação em edifícios existentes rápida e simples. Sua penetração e alcance de sinal também o tornam adequado para uma ampla variedade de aplicativos IoT, internos e externos – [como] uma câmera para monitorar uma porta traseira ou controlar a direção do ar resfriado em dutos de ventilação…
“Ele cria uma cobertura onipresente… mais simplesmente do que… Wi-Fi, BLE ou Zigbee… [sua] trifeta de penetração, alcance e [capacidade]… simplifica a implantação de dispositivos inteligentes em novos edifícios e a modernização de edifícios mais antigos…. Além disso, o Wi-Fi HaLow oferece grande segurança, usando o mesmo padrão WPA3 do Wi-Fi. Finalmente, a capacidade do Wi-Fi HaLow de evitar interferência de… dispositivos de 2,4/5 GHz… [significa] que telefones celulares, smartwatches e wearables não causarão problemas de conexão ou interromperão o serviço… Com todos esses benefícios, o Wi-Fi HaLow é futuro- prova da adoção em massa de câmeras, dispositivos e sensores inteligentes em qualquer edifício inteligente.”
4 | Varejo inteligente
“Desde fornecedores de produtos acabados que viajam pelas redes logísticas, até balconistas que estocam e vendem mercadorias, até o consumidor na loja ou restaurante,… Wi-Fi-HaLow [pode ajudar]. Um dos primeiros benefícios para os retalhistas é uma redução global dos custos de infraestrutura [para adicionar] novas capacidades a um edifício. O Wi-Fi HaLow de maior alcance requer apenas um ou dois pontos de acesso para fornecer cobertura em armazéns e centros de distribuição de 250.000 pés quadrados. Adicionar um ponto de acesso Wi-Fi HaLow a um edifício pode ser tão fácil quanto conectar-se a um PoE Passthrough ou conector USB em um ponto de acesso Wi-Fi existente no edifício.
“O gerenciamento da conectividade é realizado por meio de switches e servidores sem fio tradicionais. Em um ambiente de restaurante, onde a equipe pode ter que atender os clientes ao ar livre em um pátio, equipamentos eletrônicos de ponto de venda, como tablets e impressoras, têm uma conexão mais confiável a um único AP HaLow interno. Um grande varejista que instala etiquetas eletrônicas de prateleira (ESLs), monitores de vídeo ativos nas prateleiras e câmeras de segurança pode ser atendido no canal de banda de 915 MHz, que não é afetado pelo espectro sobrecarregado de 2,4 GHz usado para outros dispositivos de alta velocidade.”
5 | Indústria inteligente
“Nada bloqueia o Wi-Fi e o Bluetooth como máquinas e estruturas… Em vez de conectar um fio a um ponto de acesso adicional, o Wi-Fi HaLow opera em uma frequência mais baixa…, permitindo melhor propagação… Um ponto de acesso [pode] cobrir um grande edifício inteiro ou local industrial. [É] simples de implementar, [como] uma iteração sub-GHz de Wi-Fi, e pode adicionar uma camada de largura de banda para IoT que não interromperá os sinais de 2,4/5 GHz. [Ele] poderia ser usado para cobrir operações de mineração ou madeira, conectando-se através e ao redor de objetos em distâncias mais longas. A capacidade de um ponto de acesso lidar com mais de 8.000 dispositivos significa… suporte para múltiplas soluções IoT.
“Os recursos de baixo consumo de energia do Wi-Fi HaLow permitem que dispositivos operados por bateria em campo tenham uma vida útil de anos… A alta taxa de dados permite aplicações com uso mais intensivo de dados. Os casos de uso [para] IoT industrial são praticamente infinitos… O conjunto robusto de recursos do Wi-Fi HaLow pode padronizar a conectividade para uma ampla variedade de tipos de dispositivos IoT. Este padrão único pode substituir muitas tecnologias de conectividade diferentes, reduzindo potencialmente os custos gerais da infraestrutura de IoT e simplificando a estrutura da rede. Além disso, os recursos do Wi-Fi HaLow poderiam resolver a parte de conectividade de novas e melhores soluções de IoT para IoT Industrial.”
6 | Agricultura inteligente
“Um caso de uso específico em que o Wi-Fi HaLow superaria outros protocolos é em uma agricultura inteligente ou sistema de agricultura de precisão. Neste cenário, uma grande fazenda possui vários nós sensores e atuadores espalhados por uma vasta área para monitorar e controlar vários aspectos das operações agrícolas [como] umidade do solo, temperatura e umidade, níveis de nutrientes, nível de água e câmeras e sensores de localização/biometria para monitorar colheitas e gado. Os atuadores podem incluir válvulas de irrigação, dispensadores de nutrientes e bombas e comportas em reservatórios, poços ou cursos de água. O alcance, a potência e a escalabilidade do Wi-Fi HaLow o tornam a escolha ideal.
“Uma fazenda pode abranger vários quilômetros; os recursos de longo alcance do Wi-Fi HaLow [significam] que até os nós e atuadores mais distantes podem manter uma conexão confiável… [Sua] capacidade de penetrar árvores, vegetação e estruturas [significa] que a conectividade é estável. Muitos nós e atuadores… são alimentados por bateria ou usam coleta de energia, então o baixo consumo de energia é crucial… Um [farm] pode ter centenas ou até milhares de nós e atuadores [e] a capacidade do Wi-Fi HaLow de suportar [muitos] dispositivos … garante que o sistema possa ser dimensionado. Zigbee, LoRaWAN ou NB-IoT também podem ser usados, [mas] o longo alcance, o baixo consumo de energia e a compatibilidade Wi-Fi do Wi-Fi HaLow o tornam uma escolha atraente.
HaLow supera teste do mundo real, apesar da alta interferência
A empresa de tecnologia sem fio Morse Micro alcançou um recorde de distância WiFi de 1,8 milhas (três quilômetros) usando o padrão HaLow. A velocidade de conexão do Morse Micro durante seus testes variou de 11 Megabits por segundo a 500 metros a apenas um Megabit por segundo no alcance máximo de três quilômetros, mas isso ainda foi suficiente para manter uma videochamada funcionando. A empresa carregou a demonstração no YouTube e incorporamos o vídeo abaixo se você quiser ver o teste em ação.
O destaque para o teste não se refere apenas ao alcance funcional, mas também à capacidade de trabalhar nessa faixa, apesar de toda a interferência sem fio do mundo real na área urbana circundante. Como dispositivos Wi-Fi de alcance ultralongo como este são direcionados principalmente para cenários de Internet das Coisas, em vez de mídia, devido às velocidades mais baixas, esse feito sugere que o Wi-Fi HaLow é a solução sem fio de longo alcance definitiva.
A Morse Micro testou com seu silício de produção Wi-Fi HaLow MM6108, que é Wi-Fi Alliance e certificado pela FCC.
Como o Brasil está lidando com o novo padrão
Gustavo Correa Lima, gerente de Soluções de Conectividade do CPQD
No Brasil, o Wi-Fi HaLow não sofre qualquer impedimento de aplicação, porque opera em faixa não licenciada – a mesma faixa do Wi-Fi. A questão agora, segundo Gustavo Corrêa Lima, gerente de soluções de conectividade do CPQD, é o desenvolvimento do mercado, a disponibilidade de estações radiobases e de sensores que suportem a tecnologia. Quando disponíveis, estes dispositivos passarão pela homologação da Agência Nacional de Telecomunicações (Anatel) antes de chegar ao mercado.
Analisando as oportunidades de negócios em Wi0Fi 6, 7 e HaLow, Corrêa Lima diz que os diferenciais estão nas funcionalidades técnicas do Hallow, em especial a economia de energia dos dispositivos. “Hoje, quando temos um terminal Wi-Fi comum, ele está muito voltado para oferecer banda larga. Quando falamos de dispositivos IOT, temos foco no envio de pequenos pacotes de dados, onde a economia de energia do device é crucial. A gente quer que o dispositivo tenha capacidade de ser sustentado por uma bateria ao longo de 3, 5, 10 anos sem trocar. Esse é o principal apelo que se busca com o Hallow”.
A tecnologia dependerá da aceitação e de escala para ofertar dispositivos a um preço compatível com o volume dos projetos de internet das coisas (IoT). Sem essa dinâmica de mercado, não existe a tendência de barateamento. Não existe barateamento sem oferta e demanda em massa.
Na opinião do especialista do CPQD, o Wi-Fi Hallow compete com algumas tecnologias que de certa forma estão mais consolidadas, mais maduras, como LoRa, abreviação de “long range e o Narrowband IoT. A expectativa é que o Wi-Fi Hallow aumente a cobertura em comparação com uma célula Wi-Fi normal, mas que não passe de muitos metros, chegando a 1 km ou um pouco mais.
“O cenário onde eu vejo o Wi-Fi Hallow disseminando é muito em aplicações indoor, onde temos a infra normal de um Wi-Fi. Então automação residencial, chão de fábrica, galpão logístico. Mas existem várias ocasiões em que o não será a melhor opção, como o agronegócio que precisa de cobertura de amplas áreas. Até mesmo na indústria e na logística, pode ser que ele não encontre um eco tão grande por limitações de mobilidade e de cobertura”, afirma Corrêa.
A escolha por uma ou outra tecnologia vai depender do ambiente de instalação, se é indoor ou outdoor, e qual será a cobertura necessária. Se o projeto for de conexão de sensores instalados em uma granja, pode ser adequado pensar em Wi-Fi Hallow. Porém, se a demanda for cobrir uma cidade, por exemplo, será preciso prever a instalação de múltiplas radiobases espalhadas pela cidade, o que pode inviabilizar financeiramente a iniciativa. O conselho para quem está desenhando ou pensando no projeto Wi-Fi ou mesmo de internet das coisas hoje, é que considere o Hallow, inclusive para evitar a dependência da telefonia móvel – 3G, 4G, 5G.
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