智慧製造2019.07.23

物聯 LAN 網好熱鬧, Wi-Fi 6 新一代技術不缺席

飛飛

物聯網 雲端服務 創新

 

萬物聯網是構成物聯網超越以往資訊交流的創新概念,基礎通訊建設也當然勢必有所變革,才足以應付遠超過現今資訊流的物聯通訊需求。除了蜂巢式移動通訊於今年正式邁入 5G 元年,中短距離通訊也早已紛紛技術升級、規格改版,提早準備回應未來萬物聯網所爆增通訊需求的新規模、新市場。

 

Local Area Network 適用於限定範圍的網路架構,像是學校、辨公大樓等,可以說類似網路界的會員、俱樂部成員概念。其間的連結一般是靠 Gateway 閘道器或 VPN。LAN 佔物聯網重要地位。在萬物相聯之中,並非漫無界限的相連到天邊,這樣不但效率易低落,也容易為駭客攻擊。因此在大網包小網的概念中,LAN 無論在資本、資源還是技術上都具備相對規模經濟,又非超級獨角獸般等級,成為極適商業創新發展的環境與條件,也吸引了各家爭嗚角逐。Wi-Fi、ZigBee、Z-wave、Thread等都是主攻 LAN 的無線通訊,主要應用於像工廠自動化、智慧家庭、Smart Retailer 等限定網路架構。

 

ZigBee ,鎖定自動化控制用途為發展起點,故特別著重比 Wi-Fi 或藍芽都更為輕小體積、低耗能;並支援高量達數萬的節點,也支援多元網路拓樸。此外,Zigbee 的各節點都能傳送與接收資訊,具可彈性運用的特點,但其網路環路也屬於較固定的封閉式。Amazon 已於今(2019)年新加入為其董事會成員,故其 Smart Home 應用的前景更加有力。Thread 與 Zigbee 均採用 IEEE 802.15.4標準,故不似藍芽會與 Wi-Fi 因頻道相近易受干擾。 Thread 亦為工業用途起始,然其可與 Wi-Fi 輕易相通;ZigBee 則因其傳輸途徑相異而自成體系。

 

Wi-Fi 自 1997 年開展商業市場以來,如今已是全球最為大眾熟悉的無線傳輸。其經有線電纜輸送後,再藉由路由器所建立的 Access Points 中繼而無線傳輸,依不同頻寬達到室內 20 - 70 公尺、室外100 - 5000 公尺不等。

 

Wi-Fi 6_802.11ax 新技術

依據不同模式,速率可達 143Mbps ~ 2.4 Gbps 之間,並可支援 2.4 GHz 及 5GHz。

 

  • 1024 - QAM_ 密集 AP 需求

Quadrature Amplitude Modulation 正交振幅調變,經調變無線載波,增進 Data Rates ( through AP ) 技術。Wi-Fi 6 較前版從 256 - QAM 躍升為 1024 - QAM,如此是為回應人口密集處的移動裝置通訊量需求。

應用:演唱會、交通轉運站等,將提升人口密集處的個別使用者平均傳輸率達 4 倍,有效改善頻寬分攤影響個別速率。

 

  • OFDMA_低延遲

Orthogonal Frequency Division Multiple Access 正交頻分多址,透過可將訊號分工給傳輸頻寬(跨載波)內所再切割的子載波,有效利用所有空閒子載波,增進訊號傳輸效能。基本上就是載好載滿的效率化技術,減少等待空閒頻寬的時間,也就能增進低延遲。

應用:特別適用於 IoT、影像傳輸、自動化實時協作等。

 

  • MU-MIMIO_資訊密集傳輸需求、低延遲

Multi-User Multiple-Input Multiple-Output 透過多重天線實現同時處理多重輸出入的技術;此外,相較於先前的 SU-MIMIO 處理單一使用者,MU-MIMIO透過演算法,可處理多位使用者於(近似)同時的訊號傳輸需求。

應用:尤其是像影像串流、視訊會議、Webinar 等大眾影視播送或資訊交流場景,可改善訊號傳輸塞車、增進上傳及下載傳輸速率。

 

  • BSS Coloring_密集 AP 需求、低延遲

Basic Service Set Coloring,BSS 著色機制乃於前版的 BSS ID 識別機制上,再加上色碼標幟,以分類 AP 送進的資料。其作用在於即使相同的頻道仍傳輸著先進資料的情況下,若色標一致就會轉為等候;然非一致,就不會等候而仍繼續傳輸,可增進頻道重使用機制,效率化使用頻道空間。

應用:咖啡店、公共機關、展覽館等大眾服務場所,增進多人共享頻寬的傳輸效能與效益。

 

  • TWT_節能

Target Wake Time 可透過 router 介定何時、多久一次傳輸或接收資料。換句話說,再也不是前版隨時隨地搜尋,而能經設定固定時間或頻率,透過休眠降低耗能。

應用:像是Smart Factory感測器Smart City 的路燈、偏遠地區如農地等或基礎設施如水電等的資料蒐集,此特點都極實用。

 

  • WPA3_ 安全性

Wi-Fi Protected Access 3。相較於前版,WPA 3 為獲得 Wi-Fi 6 認證的強制性安全標準。

在個人連線方面:可透過全新的 Simultaneous Authentication of Equals 演算,讓對等實體同時驗證,取代前版的 PSK 共用金鑰。

在企業等較具大眾面向的傳輸上:則具有 256位元 Galois / Counter Mode Protocol  關聯數據技術相關的認證加密(AE)措施、 384 位元具 雜湊機制Hash Message Authentication Code 金鑰、384位元 Elliptic Curve 橢圓曲線數學所衍生公開密鑰加密演算技術相關的 ECDH 及 ECDSA 金鑰、256位元 BIP-GMAC 的金鑰驗證演算及訊息安全協定,全面性提高安全強度。

 

延伸討論

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互通性Interoperability為物聯關鍵

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萬物相聯透過 Embedded SBC連結,看來捷徑現成,一切觸手可及。事實上,Embedded SBC 不只是在既有資料流處理單元上,加上感測器、無線通訊就足以實現物聯,其中的Interoperability 互通性還是 Embedded SBC成為實現物聯網新星的無形魅力。
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Database 資料庫祕藏寶庫別有洞天

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三個字看起來好簡單,但是如何讓金庫變聚寶盆,而不只是當裝飾的珠寶盒、也不致於變成蜘蛛結網的儲藏室,那就成了一門有深度的學問。物聯網的祕藏寶庫,看不到也摸不到,因此如何有效管理及取用Database 內的資料金幣,就是將寶物變現的祕訣。
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Visual Cloud/CDN網路界的出版發行人

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Bill Gates 早於20年前即言「Content is King」,如今Content、Content、Content……這個無處不見的字眼,毫無疑問就是物聯網時代的當紅炸子雞。