IoT的快速發展迫使人們重新思考傳統Wi-Fi，Wi-Fi HaLow與傳統Wi-Fi有何不同？

TECHSUGARTECHSUGAR 發表於 2021年6月22日 15:00 2021-06-22

Wi-Fi就像是我們互聯世界的氧氣，是當今最普遍的無線網路協議，承載了超過一半的網際網路流量。「Wi-Fi 是一個通用術語，指的是經過二十多年發展而成的802.11協議家族。Wi-Fi聯盟是推動Wi-Fi應用和發展的組織，該組織用數字命名法，簡化了常用的幾代Wi-Fi名稱，例如，Wi-Fi 4 = 802.11n、Wi-Fi 5 = 802.11ac 、Wi-Fi 6 = 802.11ax。您正在家裡或工作場所使用的，很有可能就是這些類型的Wi-Fi。

儘管Wi-Fi 4/5/6無處不在，但物聯網（IoT）的快速發展，迫使人們重新思考傳統Wi-Fi，揭示技術差距，重新定義802.11協議在現今超低功耗物聯網設備的無線連接世界中應該發揮的作用。物聯網和機器對機器（M2M）應用，對遠端連接和低功耗的更高要求，促使人們需要另一種為物聯網而最佳化的Wi-Fi。

Wi-Fi HaLow（發音為HEY-low）協議，透過提供超低功耗的無線解決方案，填補了這一空白，與傳統Wi-Fi相比，該方案可以在更遠的距離和更低的功耗下，連接更多的物聯網設備。該協議於2016年得到了IEEE 802.11ah任務組的批准，被Wi-Fi聯盟稱為Wi-Fi HaLow。

Wi-Fi HaLow本質上是一款低功耗、遠距離、多用途的Wi-Fi版本，在免許可的1 GHz頻譜下運行。Wi-Fi HaLow標準結合了能效、遠端連接、低延遲、高解析度影片品質數據速率、安全功能和本地IP支持，是無線連接、電池供電的物聯網設備的理想協議選擇。讓我們仔細看看Wi-Fi HaLow和傳統Wi-Fi之間的一些主要分別，以及為什麼802.11ah協議非常適合物聯網應用的連接要求。

一種省電的協議

Wi-Fi HaLow為耗電的物聯網設備，提供了卓越的能效。IEEE 802.11ah規定的各種複雜的休眠模式，使HaLow設備能夠長時間處於極低功率狀態， 節省電池能量：

TWT（Target wake time）：這允許工作站（STA）和存取點（AP）預先安排一個時間，喚醒休眠的節點以存取訊號。

RAW（Restricted access window）：存取點可以授予工作站子集傳輸其資料的權限，而其他工作站則被迫休眠、緩衝非緊急數據或兩者兼而有之。

BSS（Basic Service Set ）空閒期：這將工作站的「允許空閒期」延長至五年。

TIM（Traffic Indication Mapping ）： 更有效地分組編碼TIM，節省信標（Beacon）的傳輸時間。

短MAC標頭：將低標頭傳輸虛耗、傳輸時間和功耗，並釋放無線電波頻段。

空值PHY協議數據單元（NPD）：這將類似MAC的ACKs/NACKs嵌入PHY層，以減少時間和功耗。

短信標：短（有限）信標頻繁發送以同步工作站，而完整信標的發送頻率較低。

BSS著色機制：顏色分配表示特定接入點的BSS組，而站點可以忽略其他顏色。

雙向TXOP（BDT：Bi-directional TXOP）：當喚醒工作站，發現存在用於傳輸的上行和下行訊框（Frame）時，會減少介質的存取次數。BDT使用實體層協議資料單元（PPDU）的訊號（SIG）字段中的響應指示，以增加對第三方工作站傳輸的TXOP持續時間保護。

該協議的高效休眠和電源管理模式，支援物聯網設備使用電池運行多年，以及多種靈活的電源和電池大小選擇，從採用鈕扣電池的短距離物聯網設備，到傳輸超過一公里的更高功率、採用更大電池的應用。與2.4 GHz和5 GHz頻段的Wi-Fi協議相比，該協議採用的sub-GHz窄頻訊號，傳輸距離更遠，能耗更低，讓每單位能耗可傳輸更多數據。

因此，Wi-Fi HaLow晶片所需的功率僅為傳統Wi-Fi晶片的一小部分。雖然傳統Wi-Fi的數據速率較高，讓使用者能夠在2.4 GHz、5 GHz和6 GHz頻段，使用寬頻頻道快速傳輸高解析影片和下載大量檔案，但這些Wi-Fi連接的有效距離很短，電池消耗很快，需要頻繁充電或更換電池，或者最好有一個主電源連接。基於這些原因，Wi-Fi HaLow是電源受限的物聯網設備的更好選擇，這些設備需要達到更遠的距離，並能用電池運行數年，同時仍然提供較高的數據吞吐量。

Wi-Fi HaLow的sub-1 GHz協議優化了滲透率、覆蓋範圍、功率和容量。

覆蓋範圍更廣

802.11標準涵蓋的頻率範圍非常廣泛，從sub-GHz到毫米波（mmWave）。Wi-Fi HaLow是第一個在免許可的sub-GHz頻段運行的Wi-Fi標準。Wi-Fi HaLow提供的數據速率，從幾百kb/s到幾十Mb/s不等，傳輸距離從幾十公尺到一公里以上。

與傳統Wi-Fi使用的最窄的20MHz頻道相比，Wi-Fi HaLow的sub-1 GHz訊號使用更窄的頻道，從1MHz到更窄。由於頻道中的熱雜訊較低，這種20倍的頻寬系數轉化為13 dB的link budget改進。與傳統的2.4 GHz Wi-Fi相比，750 MHz – 950 MHz之間的RF頻率，需要額外增加8dB-9 dB的link budget，進而節省自由空間傳輸損耗。此外，Wi-Fi HaLow協議增加了一個範圍最佳化的調變和編碼方案（MCS10），可提供額外的3dBlink budget改進。

總之，與傳統的2.4GHz IEEE 802.11n（Wi-Fi 4）相比，Wi-Fi HaLow提供了高達24dB的link budget改進。與頻率更高、頻寬更寬的802.11ac（Wi-Fi 5）和802.11ax（Wi-Fi 6/6E）協議相比，Wi-Fi HaLowlink budget優勢進一步增強，其使用頻寬更寬的5GHz和6GHz頻譜。這就解釋了為什麼Wi-Fi HaLow訊號的傳輸距離，是傳統Wi-Fi的十倍，而不需要網路擴展器。例如，電池供電的攝影鏡頭可以放置在家裡或車庫外牆更方便的地方。照明系統可以從單個AP控制，而不管燈具是在室內還是室外的花園裡。

為終端使用者提供無線物聯網解決方案，覆蓋數百公尺的距離，而無需額外的擴展器或昂貴的手機行動網路，是802.11ah協議的一個關鍵競爭優勢。Wi-Fi-HaLow的遠端覆蓋優勢，擴展了智慧型家居和智慧型城市網路的範圍，讓使用者能夠控制1公里以外的物聯網設備，遠遠超出了傳統Wi-Fi協議的覆蓋範圍。

訊號穿透力更強

一般來說：頻率越低，覆蓋範圍越遠，穿透障礙物的能力越強。Sub-GHz 的Wi-Fi HaLow訊號可以比傳統Wi-Fi更容易穿過牆壁和其他障礙物。與2.4GHz和5GHz頻段的Wi-Fi協議相比，住宅和商業建築的建築材料和布局的變化，對sub-GHz HaLow訊號的影響較小。Wi-Fi HaLow可以穿透牆壁和建築物，這有助於減少客戶投訴和產品退貨，這些問題有時會困擾使用傳統Wi-Fi的產品。

Wi-Fi HaLow使用正交分頻多工（OFDM）調變，來校正反射和多徑環境。無論設備製造商的產品是在室內還是室外，或者是在地下室還是閣樓，Wi-Fi HaLow都可以確保設備與接入點之間有穩健的連接。這種靈活性消除了提供專有集線器或橋接設備以補償不同家庭架構的額外成本和複雜性。

高度可擴展的解決方案

單個Wi-Fi HaLow接入點可以處理多達8191個設備，是傳統Wi-Fi接入點的4倍多。在可預見的未來，這足夠連接每個LED燈泡、電燈開關、智慧型門鎖、電動窗簾、恆溫器、煙霧探測器、太陽能電池板、監控攝影鏡頭或任何可想像的智慧型家居設備。典型的家庭Wi-Fi路由器，通常支援幾十種設備。當頻寬服務提供商在家居中進行部署時，單個Wi-Fi HaLow接入點可以成為一個可擴展的平台，用於提供額外的安全和公用事業管理設備和服務。

多種訊號傳遞選項，減少了管理和控制大量HaLow設備所需的開銷。這樣可以最大限度地減少訊號衝突，並為有源設備釋放無線電波，以便以最快的調變和編碼方案（MCS）速率傳輸更多數據。與傳統Wi-Fi一樣，HaLow可以根據訊號完整性和與接入點的距離，自動調整頻寬。預定義的MCS級別支持單流、單天線產品的頻寬從150 Kbps到40 Mbps，使用的頻寬從1 MHz到8 MHz，80 Mbps的能力也可通過使用可選的16 MHz寬頻道來實現。

Wi-Fi HaLow的星形網路拓撲結構、卓越的穿透力、廣闊的覆蓋面積和巨大的容量，將無線連接從難以部署和頻寬受限的網狀網路中解放出來，簡化了網路安裝，並將總體持有成本降至最低。

具有抗噪性的免許可頻譜

與採用2.4GHz、5GHz和6GHz頻段的傳統Wi-Fi一樣，Wi-Fi HaLow使終端使用者能夠擁有自己的設備並使用免許可的sub-GHz無線電頻譜，範圍從750MHz到950MHz。Wi-Fi HaLow的可用頻率範圍、最大傳輸功率和占空比，在世界各地有所不同。（例如，美洲可用的HaLow頻譜是902 MHz至928 MHz，而在歐洲是863 MHz至868 MHz）。

Wi-Fi HaLow在工業、科學和醫療（ISM）頻段內運行，可以使用多種頻段：1MHz、2MHz、4MHz、8MHz和16MHz。頻寬越窄，訊號傳輸的距離就越遠。使用OFDM，以跨多個子頻道的數據包形式傳輸數據，這可以提高在具有挑戰性的RF環境中的性能，特別是當有來自其他無線電設備的強干擾時。前向錯誤更正（FEC）編碼也為恢復數據包提供了額外的保護，確保穩健的連接。

安全性和互通性

與其他IEEE 802.11 Wi-Fi版本一樣，Wi-Fi HaLow是一種固有的安全無線協議，支援最新的Wi-Fi認證要求（WPA3）和空中傳輸（OTA）AES加密，其數據速率可以實現安全的OTA韌體升級。

就像其他類型的Wi-Fi一樣，HaLow是一個全球公認的標準（IEEE 802.11ah），定義了連接設備如何進行安全認證和通訊。採用Wi-Fi HaLow的設備供應商，可以保證其產品和網路，將按照Wi-Fi聯盟的開髮指導來實現互通性。由於Wi-Fi HaLow是IEEE 802.11標準的一部分，Wi-Fi HaLow網路也可以與Wi-Fi 4、Wi-Fi 5和Wi-Fi 6網路共存，而不影響其RF性能。

本地IP支援

所有物聯網路都需要網路協議（IP）支持，以實現雲端連接。由於Wi-Fi HaLow是802.11 Wi-Fi標準，因此它提供本地TCP/IP支持。這種內建的IP功能，意味著物聯網連接不需要專有閘道器或橋接器。所有連接到具有Wi-Fi HaLow功能的路由器的客戶端設備，可以使用IPv4/IPv6傳輸協議，直接連結網際網路，以獲得基於雲端的服務和物聯網數據的管理。

HaLow效應：延伸範圍，拓展物聯網的可能性

傳統Wi-Fi的網路擁塞、範圍限制和較高的功耗，以及可連接到單個AP的設備數量有限，在當今物聯網設備的世界中已不再可行。這些限制阻礙了各行業出現的以物聯網為中心的新商業模式，這些模式需要更遠的距離、更大的容量、更靈活的電池和電源選項，同時最大限度地降低部署成本。

作為一種遠端協議，Wi-Fi HaLow支持那些2.4GHz和5GHz Wi-Fi無法達到的室內外物聯網應用，例如遠端監控鏡頭、門禁網路甚至無人機。其他潛在的使用案例包括大型公共場所，如體育場館、購物中心和會議中心，在這些場所，單個Wi-Fi HaLow接入點可以替代大量的接入點，無需複雜的網狀網路，簡化了安裝，降低了總持有成本。

工業物聯網、過程控制感測器、大樓自動化、倉庫和零售店等眾多應用，也將受益於這種遠端、低功耗協議，讓無數設備能夠在日益自動化的世界中保持連接。事實上，Wi-Fi-HaLow在傳統的802.11協議中因其覆蓋範圍、能效、容量和多功能性而脫穎而出。

附圖：▲Wi-Fi 4/5/6與Wi-Fi HaLow的比較
▲ 傳統的Wi-Fi 4/5/6協議，使用更高的頻率和更寬的頻寬來最大化吞吐量。
▲ 比較802.11n/ac（左）和802.11ah（右）的吞吐量與範圍。（資料來源：Sensors期刊（Basel ）。2016年11月，IEEE 802.11ah：一種應對物聯網挑戰的技術，作者：Victor Baños-Gonzalez, M. Shahwaiz Afaqui, Elena Lopez-Aguilera, and Eduard Garcia-Villegas）

資料來源：https://www.techbang.com/posts/87835-wifi-halow-iot?fbclid=IwAR1P3nR4iV8V3ZhhOO4zX7GZ_9Tz4v5MBzLlCX3aXYbnOCVqPYi58LPFrmQ

／／姚解釋「圍標」其實有兩方面，一是合謀定價，已為公眾熟知；然而價錢適中不等於沒事，另一方面則是偷工減料騙取差價。有些騙局會兩者兼施，故兩者均要提防。

早年物業工程與服務，沒規定必須招標，可指定公司提供「一條龍服務」。不法集團會先買入單位，參選乏人問津的法團，得逞後裡應外合。

廉署一度束手，遂推出指引，要求公開招標，起碼須有三間公司競逐。一計不成，一計另生，不法集團轉而「圍標」。

昔年合謀定價不犯法，乃後雖有競爭法，但執法甚難。每當法團商量應否提控，往往因時間及訟費而卻步。另一邊廂，由於強制驗樓政策，工程急增，圍標猖獗。甚至有正派的承建商遭黑社會滋擾，因而不敢入標。／／

均益二期繼起變天，法團積弊如何根治？

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翠麗法園、太和邨、長安邨。。。不同屋苑逐一成新聞焦點，原因無他，都為法團和圍標。為何逐一爆發，無日無之？有沒有方法杜絕？

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圖 1　王澄烽、高文軒、郭振揚

高文軒是均益二期的業主。他在銀行時的工作，就是負責審批合約，查明成本效益，挑出貪污紕漏，所以對條款細則十分清楚。

起初，電訊商欲租借大廈天台安裝天線，法團先簽約才召開大會尋求授權。但眾多業主擔心健康，群起攻之。高文軒路過看熱鬧，眼見法團無力解窘，他陪法團上天台，查問電力、審批等問題，一度迫退電訊商。

然而法團既已簽約，毀約須要賠償，結果繞到另一座大廈安裝。高先生不豫法團管理混亂，根本沒有知識和能力把關，開始關心屋苑。

其後清潔、升降機接連出事，後者尤其嚴重。承辦商向法團推銷大翻新，報價六百多萬，綑綁十年合約，規定每年收費上調 5%。高先生聞之譁然，詢問有何好處，承辦商說可慳電三成。

「點可能慳到三成呀！」另一業主郭振揚開口，解釋慳電 3% 己非同小可。

郭先生從事工程，點破承辦商只為賺錢，數據離譜到見不得人，問題是法團看不懂，張貼在辦公室門口悉數示人。

及至大廈圍修，積弊終於引發反抗。投標者眾，但法團屬意的承建商，卻早有圍標抬價的前科，不過靠授權票通過。臨到即將簽約，突然有一業主提醒：其實法團早已及換屆，卻逾期未開周年大會。

高先生苦笑：「其實冇諗住郁法團，不過想迫法團用招標妥就算。」＊但迫於形勢，不平的業主臨時埋班，成立「老友記」參選。

（註：市建局推出的公共招標服務，避免私相授受，以保公正，詳後。）

「其實我覺得太老套。。。」王澄烽也是居民，原想見賢思齊，改一個更型的名號。「人地叫太和的後裔，長安後浪呀！食哂字，易入腦。但依度好多老人家，咪用老友記囉。」

為求連任，舊法團卯盡八寶。恍如地區選舉，請大量非居民助選；但當「老友記」宣傳則遭報警滋擾。

同時有不明人士冒充「老友記」洗樓，索取授權票，遭居民識穿；又逐家逐戶派信，指控「老友記」背後是「民主黨高文軒」、「香港眾志王澄烽」。

後來「老友記」更發現舊法團「學習」其政綱。但只要追問「招標妥」等改革為何，外來的姨姨就答不上腔。

選舉當晚，溫度跌至十度以下，法團辦公室外迫滿居民，夤夜不散。舊法團先是拒絕公開授權票名單，乃後要求記者離場才肯交代。「老友記」不肯就範，要求區議員、民政事務署介入。

不明人士混進其間撩是鬥非，其中一人甫進來便揮舞雙手，大叫大嚷，挑起騷動。發覺有人錄影作證，便發難動粗，弄傷《米報》記者 T.m. Wong 的眼角（註：goo.gl/9f9gxj）。

T.m. Wong（圖 2）解釋在其他法團選舉，見識過類似場面，「想搞到流會，故意製造事端。」

儘管拖拉爭持到凌晨四點，但眾多居民寧在寒冬留守到揭曉。因舊法團坐擁授權票，「老友記」早料定要輸。孰料公布結果，新人得勝，全賴有更多業主親往投票。

硬著頭皮頂硬上，接手方知積弊何其多。高先生辭去了銀行工作。

新年時他們布置從簡，遭一居民批評「搞到似靈堂」。

高先生向對方諄諄解釋，他們不同往年擺滿年花，一來是要遵守消防條例的走廊闊度；二來年花只擺一個月，節儉可減省好多；三來部分裝飾不假外求，實屬手作。

郭先生笑言：「好慘。第一日已經同佢（高先生）講，跟住會好慘。只要企出嚟，做乜嘢都會俾人鬧，都要諗公眾會點諗。睇吓可以行到幾遠。」

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圖 3　王澄烽

無法根治法團流弊，歸根究底是法律問題。

「授權票必須喺開會前兩日交到管理處，喺開會時交出名單。但點 check 係咪真呢？check 到有假點處理呢？」王澄烽肯定全港法團不時抵觸法律，但無人追究。

相關規定皆來自《建築物管理條例》，但為免打撃居民參與法團，政府執法一向從寬，卻不察法團其實是塊肥肉，若果貪贓枉法，油水撈之不盡。「經手嘅利益多過立法會議員。」

選舉時舊法團涉嫌自行簽授權票，卻無從調查制止。「老友記」已向民政署申訴種種不法，但職員幫不上忙，「唔係我地範疇」。他們無權執法，只可建議斡旋。

高文軒補充：「法團嘅工作冇門檻冇要求。難聽啲講，只要夠授權票，阿豬阿狗都可以入法團，造成惡性循環，周而復始。」

「民政署嘅角色咁小，其實係助長圍標。鼓勵業主參與法團之餘，亦都要保障其他小業主嘅權益。」他們呼籲修訂法例，加強罰則。同時出任法團應有門檻，比如要上課考取執照，一如保安和車主。

至於王澄烽，則曾任中大學生會長而為人所知，但不似外人定見，他沒有在畢業後從政，反而投身社區。

「我覺得改變社會冇一個方程式。有啲人覺得要行大路線先可以改變，依啲都 OK。但而家社會需要咩人補位？我地見到議會同街頭路線都遇到樽頸，要喺其他路線搵番能量。深耕細作唔只係回到日常，須要我地認真看待。」

「民主化嘅實踐，可以係基層嘅生活，自己嘅屋企。無力感咁重嘅時候，關心番最近嘅事，就係重新著力嘅起點。」

「咁低沉嘅時候，多一個就係一個啦。政權出盡力搞我地上面，我地咪出盡力搞佢下面囉。」

最後他們都不約而同，感謝香港獨立媒體。初時主流媒體不曾留意，只有獨立媒體用心跟進，始獲社會關注。

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圖 4　姚松炎

姚松炎也長期關注圍標，不僅因為他是房屋學者，也是從居所開始。

姚解釋「圍標」其實有兩方面，一是合謀定價，已為公眾熟知；然而價錢適中不等於沒事，另一方面則是偷工減料騙取差價。有些騙局會兩者兼施，故兩者均要提防。

早年物業工程與服務，沒規定必須招標，可指定公司提供「一條龍服務」。不法集團會先買入單位，參選乏人問津的法團，得逞後裡應外合。

廉署一度束手，遂推出指引，要求公開招標，起碼須有三間公司競逐。一計不成，一計另生，不法集團轉而「圍標」。

昔年合謀定價不犯法，乃後雖有競爭法，但執法甚難。每當法團商量應否提控，往往因時間及訟費而卻步。另一邊廂，由於強制驗樓政策，工程急增，圍標猖獗。甚至有正派的承建商遭黑社會滋擾，因而不敢入標。

姚居住的置富花園，樓齡正屬強制驗樓的對象，驗樓後須要維修。他們別開生面地綜合不同方法，杜絕圍標集團：

一、雙信封制度

分開技術標書和價錢標書，先看前者，審查過公司背景才再看價錢。藉此防範價低者得，先入為主，選錯價廉但質劣，沒信譽的承建商。

二、預審

政府等大型機構，歷來多有工程招標，累積了充分記錄，為每一承建商設檔，評核各公司的表現起跌。

一般屋苑沒此數據庫，但置富花園共有四千多戶，工程起碼以億計算，他們遂設置門檻，唯有持「C 牌」（能承接超過三億元工程）的承建商可以角逐。香港僅約百間公司擁有「C 牌」，不至會冒險圍標。

不過此法僅適用於大型屋苑，而且願意搞維修的大型建築商較少。

三、覆檢

聘請獨立測量師覆檢標書，判斷價錢是否合理。

四、監察小組

每座屋苑都臥虎藏龍，有居民從事工程或熟悉合約。然而法團不能太過倚仗，因為他們可能與業界糾葛。

法團宜舉辦公開選舉，成立監察小組，制定招標條款，監督工程始終。姚亦建議標書設獎罰制度，可鼓勵承建商降價。

五、退場機制

選票應有「以上皆否」的選項，不要迫業主上馬，可揀重新招標，避免裡通之嫌。

結果置富花園的居民眾說紛紜，的確選擇推倒重來，轉而揀市建局的「招標妥」代勞。

「招標妥」的策略，其實與上述五招大同小異，優勢在於由公營部門負責，不過申請服務起碼花費十幾萬。

招標受居民注目，卻未必是病灶，法團的日常運作才是最大的黑洞。姚曾仔細跟進，確認政府答覆，《建築物管理條例》並未授權民政事署有法定責任監管。

授權票正是一大舞弊禍端，但當居民不服，只能自行上法庭狀告，沒有對應的執法部門。

2016 年，政府推出《物業管理服務條例》，成立物業管理業監管局，將來物業管理公司和從業員均須考牌，但不包括法團。測量師學會則建議政府，成立維修監察局，監察所有屋苑維修，但也不包括法團事務。

姚呼籲不僅招標，法團的日常運作亦須有專責部門。有待政府造化，但恐時日漫漫。當政府繼續袖手，民間只好循上述方案自救。