物聯網（IoT）技術徹底改變了我們在數字世界的連接和互動方式，根據IoT Analytics的數據，到2024年底，全球的物聯網設備數量可能達到188億臺，比2023年增長13%。在現實世界中，物聯網正在深刻地改變著各個行業，而工業物聯網（IIoT）則處于這一變化的前沿。

推動IIoT成功的一個關鍵因素就是連接性。隨著越來越多的設備被添加到工業網絡中，對高效、可靠和可擴展通信的需求變得至關重要。Wi-Fi HaLow（802.11ah）是一項新興技術，它的出現有望解決與IIoT連接相關的諸多挑戰。

而工業5.0背后的理念，則在于成功的工業運營不僅需要提高生產力和效率。它的三大支柱——以人為本的設計、可持續發展和韌性，正是企業提升敏捷性、增強適應變革能力的關鍵環節。踐行這些方面，將帶來顯著效益，包括滿足員工技能培訓需求、吸引更優秀的人才、通過更高效利用自然資源助力應對氣候變化，以及重構供應鏈與能源消耗模式，增強各行各業抵御外部沖擊的能力。

本文將從運營技術 (OT) 而非信息技術 (IT) 的視角，探討韌性在工業5.0中的重要性，研究抵御網絡攻擊的防護與韌性機制。

工業物聯網中的關鍵網絡連接技術

圖（圖片由AI生成）

連接技術是物聯網的關鍵組成部分，它的選擇在一定程度上決定了項目的成功、成本和性能。工業物聯網的無線通信技術主要分為兩類：一類是ZigBee、WiFi、藍牙等短距離無線通信技術；另一類是LPWAN（low-power Wide-Area Network），即低功耗廣域網通信技術，其通信覆蓋范圍較大。

LPWAN又分為兩類：一類是工作于未授權頻譜的LoRa、SigFox等技術，另一類是工作在授權頻譜下由3GPP支持的4G/5G蜂窩通信技術，比如LTE-M、NB-IoT等。不同的無線通信技術在組網、功耗、通信距離、安全性等方面各有差別，因此擁有不同的適用場景。

1、短距無線技術

短距無線通信技術的傳輸范圍在幾十米或幾百米以內，常見的有藍牙、Wi-Fi、Zigbee、UWB、NFC和RFID等。

在物聯網短距無線通信中，Wi-Fi約占連接總數的31%。由于許多建筑物已經配備了WiFi，因此它非常適合智能家居、安全攝像頭和集成跟蹤解決方案等物聯網應用，目前正主導著家庭和公共場所的無線網絡覆蓋。

在消費領域，低功耗藍牙（BLE）顯示出明顯的主導地位。出于成本考慮，BLE是短距定位服務的首選，這一點在市場上也得到了驗證，2024年，藍牙定位服務設備的出貨量達到2.55億美元，隨著BLE被納入Matter標準，我們將看到更多的智能家居應用出現。

Zigbee是智能家居中另一個不容忽視的關鍵參與者，目前它更多地用于工業自動化和智能家居應用，Zigbee的網狀網絡可以擴展連接距離，支持更多的網絡節點。

UWB技術的主要優點是厘米級的精確定位，其應用尚未達到前三種技術的應用水平。

雖然傳統的Wi-Fi在視頻流或辦公網絡等高帶寬用例中大放異彩，但對于覆蓋范圍和能效至關重要的工業物聯網來說它并不是理想的選擇。短距無線市場涌入的一個新生力量——Wi-Fi HaLow（802.11ah）彌合了這一差距。與傳統的Wi-Fi（2.4/5 GHz）相比，Wi-Fi HaLow針對物聯網限制進行了優化，可提供更長的傳輸距離和更低的功耗，非常適合電池供電或廣泛分布的工業應用。

2、遠程無線技術

對于遠程無線物聯網技術，LoRa和LoRaWAN在許多物聯網部署中處于前沿地位。它們以極低的功耗提供令人印象深刻的覆蓋范圍。

當設備需要長時間使用電池供電，并且可以容忍數據傳輸中的一些延遲時，LoRaWAN是一個不錯的選擇。該技術在動物跟蹤、車輛跟蹤、停車管理、環境監測、農業傳感和公用事業計量中得到了廣泛的應用。

Sigfox的設計旨在降低設備成本和復雜性，但犧牲了數據傳輸速率。雖然Sigfox和LoRaWAN有時可以用于類似的目的，但如果需要專用網絡或雙向通信，應該選擇LoRaWAN。

NB-IoT和LTE-M的主要優勢是它們可以使用現有的蜂窩基礎設施，這些技術可與LoRaWAN和Sigfox應用程序重疊使用。

Wi-Fi HaLow：低功耗、長距離IIoT應用優選技術

Wi-Fi HaLow（IEEE 802.11ah）是Wi-Fi家族的Sub-GHz擴展，它在1 GHz以下頻段（美國通常為902-928 MHz，歐洲為863-868 MHz）運行，這些頻段以更長的傳播時間、更好的墻壁穿透力和減少工業環境中的干擾而聞名。

Wi-Fi HaLow支持長達1,000米的傳輸范圍，實際的測試顯示，其數據傳輸距離為3,000米，高清視頻傳輸距離可達600米。此外，Wi-Fi HaLow提供從150kbps到15Mbps的數據速率，支持更苛刻的應用程序，如視頻和固件更新。

與傳統的Wi-Fi AP相比，Wi-Fi HaLow支持每個接入點（AP）連接的設備數量大幅增加。現在，Wi-Fi HaLow的每個接入點可支持多達8,191臺設備，非常適合工業物聯網中有設備密集部署的需求。在一個大型工業設施中，一個Wi-Fi HaLow接入點可以連接到數千個傳感器，用于監測整個工廠的機械健康、環境條件和資產位置。

在功耗方面， Wi-Fi HaLow是專為超低功耗而設計的標準，對電池供電的物聯網設備極其友好。

作為傳統Wi-Fi技術的擴展和補充，Wi-Fi HaLow可提供獨特的安全、遠距離、低功耗和高度優化的無線連接組合，極大地提升了工廠自動化的管理效率，是工業物聯網（IIoT）領域的過程監控和控制、資產跟蹤以及工廠預測性維護的優選無線連接方案。

在工業物聯網（IIoT）應用中，Wi-Fi HaLow可以實現：通過振動和溫度傳感器進行預測性維護、金屬密集環境中的移動機器人通信、泵/壓縮機和輸送機的狀態監測，以及分布式PLC的無線連接。

得益于Sub-GHz的傳輸特性，Wi-Fi HaLow的優勢在重型鋼結構和地下隧道中更是得到了充分的發揮，其性能優于2.4GHz或5GHz Wi-Fi方案。Wi-Fi HaLow技術雖然面世較晚，但在2024年市場上已經成功部署了數百萬臺設備，預計到2029年將超過1億臺。

在實際應用中，由于Wi-Fi HaLow使用與傳統Wi-Fi不同的物理層（PHY）和MAC層設計，因此，現有的Wi-Fi路由器和設備，例如智能手機、專為2.4/5 GHz Wi-Fi設計的筆記本電腦與Wi-Fi HaLow是不兼容的，需要專門的芯片組和專用硬件作為橋接。

于2016年獲得批準的Wi-Fi HaLow標準，近年來硬件的成熟度有所提高，商用級芯片組、模塊和開發平臺的可用性越來越高。硬件供應商Morse Micro公司推出的業界首款Wi-Fi 4和HaLow認證網關，現已在Mouser.cn上發售。這款突破性的設備通過了FCC、IC和RCM認證，使開發人員、系統集成商和制造商能夠在單個緊湊型網關中利用長距離、高能效 Wi-Fi HaLow與傳統 Wi-Fi 4 (802.11n) 連接的強大功能。

該網關的核心是Morse Micro的Wi-Fi CERTIFIED HaLow MM6108 SoC芯片。MM6108 SoC包括根據IEEE 802.11ah標準設計的無線電、物理層和MAC功能，可提供擴展范圍和低功耗無線通信，同時采用聯發科MT7621A雙核CPU和MT7603E 2×2 Wi-Fi 4解決方案，可與傳統Wi-Fi設備無縫集成。該設備在40MHz帶寬下的 Wi-Fi 4 速度高達300Mbps，在 8MHz帶寬下的 Wi-Fi HaLow 速度高達 32Mbps，可確保在廣闊的環境中實現穩健的連接。

圖：Wi-Fi CERTIFIED HaLow MM6108 SoC系統框圖（圖源：Morse Micro）

結語

Wi-Fi HaLow是第一個為滿足物聯網（IoT）需求而量身定制的Wi-Fi標準。這是一種在850-950MHz范圍內運行的開放標準無線網絡技術，通過在Sub-GHz范圍內運行，這種超低功耗無線協議可以在比傳統Wi-Fi更遠的距離和更低的功耗下連接更多的物聯網設備。

然而，Wi-Fi HaLow并不是為取代傳統的Wi-Fi（如Wi-Fi 6/7）或所有其他物聯網技術而設計的，我們可以把它看作是一種補充技術。傳統Wi-Fi的優勢是在較短的范圍內進行高速數據傳輸，其他物聯網技術——如LoRaWAN、NB-IoT、Zigbee和BLE——在特定用例中均有獨特的優勢。

在工業物聯網中，一些應用需要比LPWAN更大的數據吞吐量，但仍需要有良好的能效和覆蓋范圍。作為未來物聯網的IP骨干，Wi-Fi HaLow填補了無線連接堆棧中的一個關鍵空白，它是針對中遠程物聯網應用的一種優化的解決方案。

當我們在一個新的工業監控系統中使用Wi-Fi HaLow連接整個工廠的傳感器時，該方案比傳統的Wi-Fi或其他短據物聯網技術更能平衡傳感器數據的范圍、吞吐量和能效。無論是在農業、工業、智能建筑還是市政基礎設施領域，Wi-Fi HaLow正在成為下一波智能物聯網部署的有力競爭者。