Conoce todo sobre Wi-Fi HaLow, el estándar Wi-Fi para IoT

Wi-Fi HaLow es la nueva designación para productos que incorporan la tecnología IEEE 802.11ah. Mejora el Wi-Fi al trabajar en un espectro por debajo de 1GHz para ofrecer un mayor alcance y una conectividad con menor consumo de energía, este nuevo Wi-Fi es ideal para dispositivos IoT, los cuales necesitan un muy buen alcance, pero no necesitan una gran velocidad inalámbrica. Hoy en RedesZone os vamos a explicar todo sobre este nuevo estándar Wi-Fi del futuro para dispositivos IoT.

Wi-Fi HaLow está preparado para cumplir con los requisitos que necesitan los dispositivos de Internet de las cosas (IoT). Gracias a esto, está preparado para operar en entornos industriales, agrícolas, de edificios inteligentes y de ciudades inteligentes.

Algunas cosas positivas para destacar es que no requiere de hubs o gateways propietarios, y soporta los últimos protocolos de seguridad. Eso quiere que puedes trabajar con diferentes proveedores que diseñen sus aparatos basados en ese estándar. Actualmente encontramos en el mercado una gran cantidad de productos IoT para nuestro hogar, pero cada uno utiliza un hub propietario, y no existen interoperabilidad entre ellos. Gracias al WiFi HaLoW, podremos conectarlos todos ellos a la red inalámbrica como si fueran un dispositivo más.

Introducción al estándar 802.11ah

Antes de comenzar Wi-Fi HaLow cuyo estándar es el 802.11ah, vamos a hacer un breve repaso a los que más hemos utilizado en nuestras casas y oficinas. Esto nos dará una perspectiva de cómo han ido evolucionado las redes WiFi. En este caso hablaremos de su pasado, presente y futuro. Así, tendremos un visón global de cómo han ido cambiando nuestras redes.

El estándar 802.11 es una familia de normas inalámbricas creada por el Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE). El primer estándar que usamos fue el 802.11b que fue ratificada en 1999, la velocidad máxima de transmisión es de 11 Mbps, y funciona en la banda de 2,4 GHz. En la práctica, la velocidad máxima de transmisión es aproximadamente de 5,9 Mbit/s sobre TCP y 7,1 Mbps sobre UDP. Más adelante, en junio de 2003 se aprobó la norma 802.11g, que opera en la banda de 2,4 GHz y su velocidad teórica máxima es de 54 Mbit/s, aunque en la vida real conseguimos algo menos de la mitad, entorno a los 22Mbps.

Un estándar que ha estado con nosotros muchos años es el 802.11n que fue aprobado por la IEEE el 11 de septiembre de 2009. Este estándar puede trabajar tanto en la banda de 2,4 GHz como en la de 5 GHz. Su velocidad máxima teórica depende del número de antenas y de la modulación de amplitud en cuadradura, pero es capaz de llegar hasta los 1000Mbps si se hace uso de cuatro antenas y 1024QAM.

En la actualidad, la más utilizada es el estándar 802.11ac que se aprobó en 2014. Hay que señalar que popularmente es conocido como WiFi 5, WiFi Gigabit o WiFi 5G. Este estándar solamente funciona en la banda de 5GHz, en caso de usar la banda de 2.4GHz, tendremos que usar directamente Wi-Fi 4. Este estándar permite hasta 433Mbps por flujo de datos si usamos 256QAM, pero podemos aumentar hasta los 540Mbps por flujo usando 1024QAM. Hoy en día hay routers con máximo con 4 antenas, por lo que podremos conseguir hasta 2167Mbps en este escenario.

Por último, el nuevo estándar Wi-Fi 6 o también conocido como 802.11ax puede operar en las bandas de 2.4 GHz y 5 GHz. Este nuevo estándar dispone de características muy importantes para proporcionar el mejor rendimiento inalámbrico posible, como MU-MIMO bidireccional, OFDMA, funciones de ahorro de energía y BSS Color, 160MHz de ancho de canal en 5GHz y muchas otras características de las que ya os hemos hablado anteriormente en RedesZone.

Wi-Fi HaLow: qué es y cómo funciona

Wi-Fi HaLow basa el éxito de sus redes inalámbricas en que opera en la banda de frecuencia sub-1 gigahercio (GHz). Sus principales ventajas son que proporciona una conectividad de largo alcance con bajo consumo de energía. Además, otro punto a su favor es que las paredes no suponen un impedimento importante para su funcionamiento.

El mercado de dispositivos IoT es muy amplio, tenemos:

• Electrodomésticos.
• Aparatos de control climático.
• Cámaras de vídeo vigilancia.
• Sensores de fábrica integrados en redes.

Estos dispositivos del Internet de las Cosas necesitan unos requisitos para que puedan funcionar de una manera adecuada:

• Bajo consumo.
• Conexiones de mayor alcance.
• Mejor penetración a través paredes y obstáculos.

El estándar IEEE 802.11ah nos va a proporcionar velocidades de conexión que van desde 150 kilobits por segundo (kbps) hasta más de 86 megabits por segundo (Mbps). En cuanto al rango de cobertura puede llegar a 1 Km. Por esto podemos decir que esta norma es la ideal para los dispositivos de Internet de las cosas. Además, también ofrece canales OFDM de banda estrecha, varios modos de ahorro de energía y está certificado para usar el cifrado WPA3, por lo que las comunicaciones deberían ser seguras.

Banda de frecuencias de menos de 1GHz: mayor alcance, menos velocidad

Wi-Fi HaLow satisface las necesidades de la comunidad de dispositivos IoT al tiempo que proporciona la seguridad y el soporte de IP que necesitan. Por ello Wi-Fi HaLow opera en la banda de frecuencia sub-1 GHz que permite que el Wi-Fi pueda utilizar los dispositivos que estén más alejados de nosotros sin problemas. Por ejemplo, usando este estándar nos podría permitir colocar una vídeo cámara de vídeo vigilancia exterior más lejos. También supondría un cambio muy importante en nuestras redes WiFi como se puede apreciar en el siguiente esquema.

Actualmente nuestras redes WiFi domésticas operan mayoritariamente en la banda de 2.4 GHz y 5 GHz, tal y como os explicamos recientemente en RedesZone, aunque dentro de poco operaremos con la banda de 6 GHz usando el último estándar Wi-Fi 6E que ya ha sido presentado.

Después de esto, el siguiente paso que daremos es con el estándar 802.11ah, y empezaremos a trabajar en la banda que está por debajo de 1 GHz.

Cómo podría funcionar Wi-Fi HaLow en una casa

Wi-Fi HaLow en este caso nos va a aportar conectividad de largo alcance y bajo consumo. Lo cual es ideal en IoT y lo hará funcionando por debajo de 1 GHz. Los canales de banda estrecha permiten que con Wi-Fi HaLow la señal llegue más lejos que con otras versiones de Wi-Fi u otras muchas tecnologías IoT. Aquí tenemos una imagen de cómo podría ser una red Wi-Fi usando esta tecnología.

Según este esquema, con la banda de 5 GHz obtendríamos un rango de cobertura de 27 metros. En este caso sería para obtener las mayores velocidades de conexión sacrificando área de cobertura. Generalmente sería para el uso en el interior de la casa o muy cerca de ella. Luego vendría la banda de 2.4 GHz, para las distancias intermedias de hasta 54 metros. En este caso sería para usarlo en los alrededores de la casa o en un garaje exterior cercano.

Por último, tendríamos la red que opera por debajo de debajo de 1 GHz, que trabajaría a una frecuencia de 900 MHz. Este WiFi tendría un área de cobertura de 88 metros. Lo podríamos usar para colocar cámara de vídeo vigilancia exterior, activar o desactivar la iluminación o incluso abrir o cerrar una puerta utilizando una cerradura electrónica. En el trabajo agrícola se podría trabajar como se muestra en la siguiente imagen:

En la casa principal situaremos el punto de acceso principal que daría cobertura a toda la propiedad usando diferentes bandas. A la izquierda tendríamos el campo de cultivo en el que podríamos controlar el riego automático y dar acceso a Internet a nuestro tractor. A la derecha tendríamos nuestros animales localizados con un collar o chip y un depósito de agua que podríamos controlar para dar de beber a los animales. En las zonas más alejadas podríamos controlar nuestros dispositivos utilizando la red por debajo de 1 GHz.

Por qué Wi-Fi HaLow es ideal para trabajar con dispositivos IoT

El mercado de IoT involucra tener que trabajar con dispositivos de muchos tipos. Por ello hay que buscar soluciones para trabajar con:

• Relojes inteligentes.
• Electrodomésticos.
• Aparatos de control climático.
• Sistemas y sensores remotos para entornos industriales y agrícolas

El primer requisito que cumple es el bajo consumo de energía. Muchos dispositivos funcionan con batería del tamaño de una moneda y conexión inalámbrica. La tecnología debe ofrecer opciones de baja consumo y alta eficiencia energética. El segundo apartado que ofrece Wi-Fi HaLow es largo alcance y robustez, gracias a que trabaja en el espectro de radiofrecuencia sub-1 GHz con canales de banda estrecha, consigue un área de cobertura de 1 Km. Otro punto a su favor es que también penetra mejor a través de materiales de construcción como paredes que las de 2.4 GHz

Luego también tiene capacidad de red IP para implementar soluciones de IoT efectivas. Los dispositivos y las redes de sensores pueden necesitar conectarse a la nube para actualizaciones de software y otras funciones de administración de aplicaciones IoT. Wi-Fi HaLow destaca en este apartado en comparación con otras opciones de tecnología IoT, debido a que proporciona más conectividad con soporte de IP nativo, no se necesitan puertas de enlace propietarias. Eso es lo que le diferencia también de otras muchas alternativas tecnológicas.

También cumple facilitando velocidades de datos adecuadas para satisfacer muchas aplicaciones de IoT. Algunos dispositivos necesitan procesar una capacidad pequeña de paquetes de datos ocasionalmente. Sin embargo, tenemos otros que necesitan monitoreo y flujo de datos constante. Gracias a una velocidad de conexión que va desde los 150 kbps hasta hasta 86.7 Mbps, es válido para ambas situaciones.

Para finalizar con esta sección, Wi-Fi HaLow además cumple con los protocolos de seguridad de última generación, entre los que está incluido el cifrado WPA3. Así, se mantienen nuestras conexiones de forma segura y podemos trabajar si queremos con plataformas confiables en la nube.

Requisitos relacionados con una Instalación fácil y segura

Por ello, asegurar que los dispositivos y entornos IoT sean seguros es una tarea difícil, y cada tecnología IoT disponible tiene su propio enfoque de seguridad. Como ya hemos comentado antes utiliza WPA3 y Wi-Fi Enhanced OpenTM, el más alto nivel de seguridad desarrollado para la última generación de redes Wi-Fi.

La instalación y la incorporación de dispositivos también podrían aprovechar Wi-Fi CERTIFIED Easy Connect. Gracias a esto, introducimos mecanismos estandarizados para simplificar el aprovisionamiento y la configuración de dispositivos Wi-Fi. Wi-Fi Easy Connect incorpora un cifrado sólido mediante criptografía de clave pública para garantizar que las redes permanezcan seguras a medida que se agregan nuevos dispositivos. Esto nos va a permitir conectar los dispositivos de forma fácil y segura.

También la interoperabilidad con una gran variedad de tipos de dispositivos de múltiples proveedores es importante en un entorno de Internet de las cosas. En este sentido se continúa la tradición Wi-Fi que garantiza que se pueda trabajar con múltiples proveedores o fabricantes. Así, el hecho de que Wi-Fi HaLow es una tecnología basada en estándares, significa que tiene un alto potencial para una interoperabilidad perfecta. Al estar basada en unas normas concretas que hay que cumplir, hace que todos los dispositivos funcionen de forma correcta.

Entre los dispositivos que podrían utilizar Wi-Fi HaLow están los que trabajan en las bandas Wi-Fi de 2.4 GHz, 5 GHz y potencialmente loss 6 GHz.

Ventajas de Wi-Fi HaLow respecto a otras tecnologías

Aquí tenéis una gráfica comparativa de tasa de transferencia y distancia de diversas tecnologías empleadas en IoT.

En cuanto a rango, velocidad de datos y duración de la batería al operar en el espectro de menos de 1 GHz y canales de banda estrecha, hace que el rango Wi-Fi HaLow sea significativamente mayor que otras tecnologías. De este modo, es capaz de controlar redes de sensores agrícolas de baja velocidad de datos a una distancia mayor de un kilómetro. También, gracias a sus modos de ahorro de energía, los sensores Wi-Fi puedan durar años con una sola carga de batería. Así podríamos usar puertas inteligentes, cerraduras y etiquetas electrónicas en las estanterías de los supermercados.

En cuanto a los costes de implementación de Wi-Fi HaLow, incluyen los dispositivos AP y cliente, además de los recursos de TI para configurar una red. No habría tarifas recurrentes por usar los recursos de la red propiedad del cliente. Con Wi-Fi HaLow se pueden agregar fácilmente redes de infraestructura existentes sin afectar negativamente a otras tecnologías de frecuencia Wi-Fi.

Este es un gráfico con el que se compara Wifi Hallow con otras tecnologías:

Por último, hay que señalar Wi-Fi HaLow ofrece muchas posibilidades y podremos usarla en campos tan diversos como la automatización industrial, la agricultura, el hogar y su automatización, en la logística y el transporte y en el desarrollo de ciudades inteligentes.

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