物联网应用中的 Wi-Fi 6
近年来，设备智联在我们的日常生活中越来越常见。从智能家居设备到工业自动化系统，物联网技术正在改变我们与世界交互的方式。随着物联网设备的不断增多，对可靠、高容量和低功耗无线连接的需求变得尤为迫切。这就是 Wi-Fi 6（即 802.11ax）应运而生的原因，这一技术在住宅和企业环境中的应用印证了此类需求的重要性。
Wi-Fi 联盟的一份报告显示，Wi-Fi 6 达到 50% 市场占有率的速度超过了以往任何一代 Wi-Fi 标准，这主要是由于人们对高质量 Wi-Fi 和高效可靠连接的需求不断增长。全球技术市场咨询公司 ABI Research 预测，Wi-Fi 6 接入点 (AP) 的数量将从 2020 年 Wi-Fi 终端总出货量的 9% 增加到 2026 年占整个 Wi-Fi 市场的近 81%。
Wi-Fi 6 的市场占用率稳定上升，现在正是在新产品中加入 Wi-Fi 6 新功能的最佳时机，并且这些新特性和功能已经被纳入了各种物联网应用的规范中。
要说明 Wi-Fi 6 对物联网应用的影响，首先需要了解 Wi-Fi 6 的各种新特性及其如何增强网络的可靠性、稳定性和性能，从而为用户增加物联网产品的使用体验。
目标唤醒时间 (TWT)
目标唤醒时间 (TWT) 是 Wi-Fi 6 的功能之一。借助这一功能，无线终端可以合理调度使用无线网络的时机。利用 TWT 功能，终端设备可以仅在需要使用无线网络通信时才时打开射频接口，从而降低功耗，延长物联网设备续航。
TWT 技术支持物联网设备和路由器协商通信的时间段。这意味着设备可以计划何时唤醒来进行通信，而路由器可以调度其资源来适应不同设备的通信需求。因此，TWT 能够使设备在大部分时间内处于低功耗模式，这对于依靠电池供电且无法外接电源的物联网设备尤为重要。
对于物联网应用，TWT 适用于电池供电的 Wi-Fi 设备或无需快速响应的传感器，还适用于只需以较低频率发送少量数据的物联网设备。利用 TWT ，这些设备能够以最低的功耗运行，延长电池寿命，减少维护需求。
第三代 Wi-Fi 访问保护 (WPA3)
WPA3 是用于 Wi-Fi 网络的最新安全协议，旨在解决 WPA2 中的安全漏洞。在 Wi-Fi 5 及之前的设备和路由器中 WPA3 属于可选项，但在 Wi-Fi 6 认证中 Wi-Fi 联盟将其设为了必选项。这意味着所有的 Wi-Fi 6 设备必须兼容 WPA3 才能获得认证，以此确保这些设备符合安全的行业标准。
对于物联网应用而言，采用 WPA3 有诸多好处。其中之一是能够使用 QR 码来实现 Wi-Fi easy connect。在Wi-Fi easy connect 技术中，设备利用 WPA3 可以生成一个二维码，用户通过智能手机或平板电脑扫描该码便能利用easy connect 连接到网络。这简化了网络配置过程，并减少了手动输入网络凭据可能带来的错误或安全风险。
除了上述 easy connect 的特性之外，WPA3 提供了比之前协议更强大的安全措施，包括防止离线密码猜测攻击、强化加密功能以及增强针对公共 Wi-Fi 网络的保护。这能防止未经授权的访问或恶意攻击，保护系统完整性，对于物联网应用而言意义重大。总的来说，WPA3 为 Wi-Fi 6 设备提供了一个更强大、更安全的平台来运行物联网应用。
多用户多输入多输出 (MU-MIMO)
MU-MIMO 是一种无线技术，允许多个设备同时与单个接入点进行通信。MU-MIMO 利用空间分离的优势，实现多个设备的同时通信。通过使用多个天线，接入点可以为不同设备创建独立的“波束成形”路径，增强信号强度并减少干扰。相较于一次只能与一个设备通信的 SU-MIMO（单用户多输入多输出），这是一项重大改进。此前，在拥堵的网络环境中，设备必须等待轮流与接入点通信，所以可能引起延迟增加和超时问题。物联网设备在使用 MU-MIMO 时，可以在同一个时刻进行收发，有效降低延时。
MU-MIMO 对物联网应用大有裨益。MU-MIMO 通过实现同时通信、利用空间分离和优化资源分配，增加了连接到单个接入点的设备数量。这些因素共同扩大了网络容量，降低了延迟，并提高了整体效率，使更多设备在保持连接的同时也能展现出优越的性能。在连接到 Wi-Fi 网络的智能设备数量较多的住宅和商业环境中，这一优势尤为重要。
此外，MU-MIMO 通过减少延迟，可以提高网络的整体性能和响应性能，有利于开发工业自动化、安全监控和医疗保健等领域需要实时传输数据的应用。
正交频分多址 (OFDMA)
OFDMA 是 Wi-Fi 6 的另一重要功能，它改进了接入点与多个物联网设备之间的数据传输方式。OFDMA 将Wi-Fi 信道分割为更小的子信道，称为资源单元 (RU)，并将每个 RU 分配给特定的设备或设备组。如此就能实现一个接入点可以同时与多个设备通信，每个设备都能分得适当的信道资源。
OFDMA 使资源分配更加高效且可预测。物联网设备可以从接入点获得稳定的资源，由此降低丢包的可能性，提高网络吞吐量和整体性能。
之前的 Wi-Fi 标准采用竞争方法，要求设备竞争访问信道，而 OFDMA 减少了对以往 Wi-Fi 标准中竞争方法的依赖。与之相反，OFDMA 允许设备直接接收数据，无需等待其他设备传输结束，从而降低延迟，提高时间敏感型物联网应用（如智能家居设备、工业自动化和医疗保健应用）的响应能力。
总的来说，OFDMA 技术为物联网设备提供了更稳定的连接、更高密度的设备布局以及更低的通信延迟。
BSS 着色
BSS 着色是 802.11ax Wi-Fi 标准引入的一项功能，旨在减少邻近接入点之间的干扰，提高多个接入点的共存性。BSS 着色是指每个 BSS 或接入点使用不同的颜色，颜色大小为 6 位编码，由信号序文或 SIG 字段携带。这些颜色让客户端设备可以区分邻近接入点信号，避免干扰。
更专业地来说，BSS 着色有助于减少邻近接入点之间的共信道干扰 (CCI) 和相邻信道干扰 (ACI)。该功能为每个接入点分配唯一的颜色，传输数据包的前导码会添加这一颜色。客户端设备收到数据包后，可以查看接收到的前导码颜色，利用这些信息区分不同的接入点信号。
在物联网密集部署或存在大量设备和干扰性接入点的环境中，BSS 着色用处极大。它能够防止邻近网络造成不必要的重传和冲突，从而提高整体网络效率，并潜在地扩大物联网设备的可用范围。总的来说，BSS 着色有助于改善网络性能和可靠性，尤其适用于接入点密度较高的环境。
1024 QAM、8 SS、160 MHz 频带
Wi-Fi 6 还增加了网络带宽。例如，Wi-Fi 6 使用比之前 256 QAM 更高的 1024 QAM 调制方案。也就是说，数据编码为 10 位而非 8 位，从而将整体带宽提高了 25%。
与之类似，Wi-Fi 6 支持多达 8 个并行空间流和 160 MHz 的信道带宽，这也显著提高了网络的物理带宽。
一般而言，物联网应用通常并不需要如此之高的数据速率。通过增加可用带宽和提高数据传输效率，这些特性确保网络能够处理包括物联网设备在内、来自多个客户端的高流量，而不会减速或拥塞，这一点在物联网密集部署或网络活跃度较高的环境中尤为重要。
乐鑫 Wi-Fi 6 芯片 ESP32-C6
ESP32-C6 是乐鑫首款支持 Wi-Fi 6 的 SoC，集成 2.4 GHz Wi-Fi 6、Bluetooth 5 (LE) 和802.15.4 协议，能够为物联网产品提供行业领先的射频性能、完善的安全机制和丰富的内存资源。它搭载一个时钟频率最高 160 MHz 的高性能 RISC-V 32 位处理器，和一个时钟频率最高 20 MHz 的低功耗 RISC-V 32 位处理器，内置 512 KB SRAM 和 320 KB ROM，并支持外接 flash。
ESP32-C6 功能框图
ESP2-C6 支持 2.4 GHz Wi-Fi 6 协议 (802.11ax)，并向下兼容 802.11b/g/n。它支持上行、下行 OFDMA 接入和下行 MU-MIMO 接入机制，因此即使在拥堵的网络环境中也能实现高效率低延迟的通信。此外， ESP32-C6 同样支持 Wi-Fi 6 的 TWT 功能，这有助于构建由电池供电、需要长久续航能力的超低功耗物联网设备。
总结
总而言之，Wi-Fi 6 技术提供的一系列新功能，可以在从家庭住宅到大规模企业的各种环境中最大限度地提升物联网性能。Wi-Fi 6 的增强容量、覆盖范围和效率可以支持日益普遍的物联网设备和高级应用的增长。而通过TWT功能，Wi-Fi 6 使得构建保持连接的电池供电的Wi-Fi设备成为可能。
此外，Wi-Fi 6包括 WPA3 认证在内的增强安全功能，能够防范潜在的安全威胁，并确保敏感数据的安全性。随着Wi-Fi 6技术的采用率不断增长，越来越多的物联网设备和应用选择通过Wi-Fi 6来提供最佳性能和安全性。
熟悉 Wi-Fi 6 的功能及其对物联网的影响，有助于我们最大程度地释放物联网技术潜力。及时了解 Wi-Fi 技术的最新发展，采用物联网连接的最佳实践，企业和用户能够在现在和未来都享受到物联网设备和应用的最佳性能。
相关资料
- Wi-Fi Alliance® 2022 年 Wi-Fi® 的发展趋势
- Wi-Fi 6 CPE Adoption on the Rise to Reach 81% of Total Wi-Fi CPE Market in 2026.
- 802.11ax Will Boost Enterprise Wireless LAN Market, Driven by IoT.