Wi-Fi 6技术在医疗物联网中的优势
本期内容包括：1. 当前 Wi-Fi 5（及以下）部署的局限性
2. Wi-Fi 6是什么？
3. Wi-Fi 6在IoMT中进行部署
4. 互联医疗的未来发展趋势
5. 结论
作者
Pelle Svensson
u-blox 欧洲、中东及非洲区互联健康部门经理
医疗物联网（IoMT）在改变医疗保健行业方面有着巨大的潜力。联网医疗设备、高性能硬件基础设施和创新应用软件的结合能够让病人的数据得到更好的利用，并且还能加强各医疗学科和部门之间的协作。从远程监控病人到简化医院、诊所的运营，物联网医疗技术都有望提升医疗质量、可及性和效率。
然而，与更广泛的物联网概念一样，IoMT的成功部署取决于可靠的基础设施。事实上，一些无线技术已经提供了连接和通信功能，使医疗设备和应用能够相互联通和传输数据。这些技术包括蜂窝网络、蓝牙、Zigbee、RFID和NFC等。
Wi-Fi 6也非常适合IoMT应用，因为它可以提供高速本地连接，并能以安全的方式传输大量数据。它还能向下兼容使用比较传统Wi-Fi协议的设备。
在快速发展的无线通信领域，Wi-Fi 6带来了一系列创新功能，如OFDMA、TWT、MU-MIMO、BSS Coloring、1024-QAM等技术和功能。这些技术和功能囊括了基本的连接构件，使产品开发人员能够提供先进的功能。
本文旨在阐明这些技术和功能的意义，展开讲下它们在实际应用中能带来的利好和更佳的用户体验。
当前Wi-Fi 5（及以下）部署的局限性
吞吐量与网络拥塞
首先，我们先了解下Wi-Fi 5的局限性，特别是吞吐量与拥塞。在开发Wi-Fi 5时，侧重点主要是提高数据传输速率，以支持更快、更高质量的数字服务。然而，在医院环境中，Wi-Fi连接的设备越来越多，有大量的数据从网络到服务器再到设备之间来回传输。
因此，在使用这种Wi-Fi和前几代Wi-Fi时，医院出现拥塞的可能性非常大。为了解决这个问题并提高网络的数据传输速率和累积数据传输速率，解决方法是增加更多的接入点，以接收Wi-Fi信号并将其路由到互联网或中央服务器。然而，接入点越多，相互之间的干扰就越大，这就会造成拥塞甚至可能降低速度。所以我们要在吞吐量和拥塞之间做出权衡，这对于无线连接的重症监护设备来说是一个重大难题。
响应时间（延迟）
Wi-Fi 5的另一个特点就是它与客户端的通信方式，Wi-Fi 5一次只处理一个客户端设备，这意味着它必须按顺序与网络中的所有客户端设备进行通信。在医院环境中，这所带来的延迟有时会很不理想，例如，在医院环境中需要毫不延迟地发送警报。为了避免信道拥挤，医院需要使用多个接入点，并将设备分隔在不同的信道上。
网络安全
在安全性方面，Wi-Fi 5支持Wi-Fi保护访问（WPA）和WPA2。WPA2有两个主要版本：“WPA2企业版”使用可扩展身份验证协议（EAP）定期更新加密密钥，提供更强大的身份验证方案；“WPA2个人版”则依赖于预共享密钥。虽然WPA2比WPA和早期的有线等效保密（WEP）更安全，但它现在也存在一些漏洞和薄弱环节。其中一个最著名的漏洞是密钥重装攻击（KRACK），它利用的是无线加密密钥的重装。
WPA3是Wi-Fi联盟为克服这些弱点而推出的，它为验证加入网络的设备提供了增强的安全措施。然而，许多老式设备不支持WPA3，而且由于Wi-Fi 5并非必须采用WPA3，因此它经常不被采用，导致许多Wi-Fi 5网络容易受到攻击。
电池寿命
Wi-Fi连接往往会耗尽客户端设备的电池电量储备，因为它们经常监听接入点。虽然这一功能对于需要在接入点之间转换时持续连接的智能手机用户来说是有利的，但对于使用电池的医疗保健物联网设备来说，它可能会带来挑战。因为这些设备并不总是需要持续的活动连接，启用该功能会大大消耗它们的电池寿命。
不足以满足未来应用需求
随着未来新应用场景的出现，对更高数据传输速率和更低延迟的需求变得越来越强烈显著，例如医疗保健专业人员可以通过高质量流媒体视频远程实时观察手术情况，这为增强现实（AR）技术的应用提供了可能性。
Wi-Fi 6是什么？
Wi-Fi 6（又称IEEE 802.11ax）可支持更多设备，同时还能减少拥塞、降低干扰和提供低延迟。此外，克服了前几代产品的局限性，医院现在可以引进更多以电池供电的设备。
较低的延迟还能快速传输高清医疗图像，并促进虚拟现实（VR）设备和AR的应用。例如，AR护目镜可用于远程实时观察手术，或为住院医生或护理助理提供特定程序的培训。
每个时间单位内支持更多的客户端设备
新的Wi-Fi 6的主要目的是确保在网络规模相同的情况下，能够处理更多的客户端设备。这意味着医院中相同数量的接入点每个时间单位可处理的客户端数量是以前的四倍，因为它在每个时隙可与一个以上的客户端进行通信。这一改进是通过正交频分多址技术（OFDMA）实现的，该技术可在一个时隙内与多个客户进行通信，从而提高频谱效率。
与Wi-Fi 5的多输入多输出（MIMO）相比，Wi-Fi 6最多可为单个用户同时提供8个下行链路数据流，可为多个用户提供多达8个下行链路和上行链路数据流，有助于提供更低的延迟。这样就能实现更佳的网络性能表现，满足多用户进行带宽密集型活动（如高清视频直播）的需要。此外，最小延迟还为医疗保健领域的增强现实应用提供了新的可能性，例如加强对学生和外科医生的培训。
延长电池寿命
Wi-Fi连接往往会耗尽客户端设备的电池电量储备，因为它们经常监听接入点。Wi-Fi 6通过“目标唤醒时间”（TWT）解决了这一问题，它允许设备使用电池工作更长时间。有了TWT，使用电池的客户端设备就不必持续发送数据，从而可以更长时间地进入睡眠模式，节省电量的用量。
Wi-Fi接入点的默认信标间隔约为100毫秒，即每秒不到10个信标帧。对于没有TWT的IoMT设备来说，持续监听这些信标帧会耗损大量电池寿命。TWT可使IoMT设备进入低功耗睡眠状态，仅在指定的TWT会话中唤醒，从而有效降低功耗，减少持续主动监听的需要，延长电池寿命。
更高数据传输速率
另一个好处是，与Wi-Fi 5相比，Wi-Fi 6的数据传输率平均提高了约25%。这一提升是由于Wi-Fi 5使用的256-QAM（正交调幅）过渡到了Wi-Fi 6的1024-QAM。使用256-QAM时，只能在空中8位符号中表示256个比特。
表格：与以前的协议相比，Wi-Fi 6的1024-QAM调制技术有了显著改进（来源：u-blox）
利用1024-QAM，在特定时间间隔内发送的每个符号都包含更多信息，从而提高了数据传输速率。与Wi-Fi 6中集成的其他创新技术相结合，网络速度可比同类Wi-Fi 5网络快40%。
超高数据吞吐能力
多用户、多输入、多输出（MU-MIMO）是单用户MIMO（SU-MIMO）的一项关键改进，且与接入点密切相关。更高级的接入点最多可以有八根天线，这就允许一组设备使用一根天线，另一组设备使用另一根天线。当与OFDMA一起使用时，可显著提高需要高带宽设备（如高质量视频流设备）的数据吞吐量。在这种情况下，接入点可以决定是否将所有八根天线都用于一个设备，以提高累积数据传输速率。这样，接入点就能根据环境需要调整其运行模式。这样做的结果就是改善了设备的连接性，不仅能为多个设备提供更好的连接性，还能为需要更多连接支持的设备提供更好的连接性。
减少干扰并提升可靠性
Wi-Fi 6的一项功能是基本服务集（BSS）着色，它有助于限制接入点与客户端设备在同一射频信道上的干扰。
例如，设想两个相邻的接入点：接入点A与设备1、2和3相连，距离20米；另一个接入点B与设备5和6相连。接入点A仍有可能接收到客户端设备5发送的信息，而客户端设备5在逻辑上与另一个接入点B相连。
在使用Wi-Fi 5时，接入点必须在接收到来自未连接客户端设备的整个数据包后，才能确定该数据包不是为其准备的，并将其丢弃，这一过程就会带来不必要的干扰。
Wi-Fi 6通过基本服务集着色解决了这一问题。基本服务集（BSS）着色是一种用于区分同一射频信道上接入点及其客户端设备的BSS的方法。有了BSS着色，接入点就能更早地确定是否应接收数据包。甚至无线电芯片也能在很早的时候识别出数据包不是为接入点准备的，并跳过该数据包。
强化安全性
Wi-Fi 6主要通过对最新安全协议WPA3的可选支持，大幅增强了安全性。WPA3通过“等效同步验证”（SAE）增强了对暴力破解攻击的防护，提供了前向保密功能，以防止受损的会话密钥对过去的通信进行解密，并通过个性化加密提高了开放网络上的数据私密性。虽然Wi-Fi 6并不要求WPA3，但WPA3能显著提高网络安全性，这对IoMT网络至关重要。对于希望创建安全可靠的Wi-Fi 6医疗保健物联网设备的设计人员来说，另一个重要方面是确定具有Wi-Fi联盟(WFA)认证的解决方案。该认证是一项质量指标，可确保设备能够有效地与其他Wi-Fi 6设备进行通信和集成。
新的Wi-Fi 6功能（如TWT）还能通过安排通信时间最大限度地减少IoMT设备的可用攻击面，从而降低遭受网络攻击的可能性，从而间接提高安全性。
越来越多的Wi-Fi 6设备还支持新模式“机会无线加密（OWE）”。OWE为公共网络上的用户提供个性化数据加密。这意味着，即使连接时不需要密码，设备与接入点之间交换的数据也会专门为每个用户加密。与传统开放式Wi-Fi网络缺乏加密相比，这是一项重大进步，因为在传统网络中，同一网络中的任何人都有可能截获和读取他人的数据。
支持6GHz频率
Wi-Fi 6E是Wi-Fi 6的升级版，它充分利用了Wi-Fi 6的功能，并将其扩展到最新可用的6 GHz频段。它可以使用额外的14个各80 MHz的信道或7个各160 MHz的信道1。这种扩展提供了额外的可用频谱，有助于提高数据吞吐量和减少延迟。
图 1：Wi-Fi 6E利用2.4 GHz、5 GHz和6 GHz最大限度地扩大覆盖范围和吞吐量（来源：u-blox）
通过接入6 GHz频段，Wi-Fi 6E缓解了现有2.4 GHz和5 GHz频段的拥塞状况，为设备运行提供了更多非重叠信道。这在拥有大量联网设备的密集医疗环境中非常适用，可为4K视频流和AR/VR等带宽密集型应用以及远程操作设备等医疗特定应用提供更高速、更可靠的连接。
Wi-Fi 6E在安全方面的一个重要进步是强制实施了WPA3，这是一种最新的安全协议，可显著增强对暴力破解攻击的防护，并提高开放网络的隐私性。这一要求可确保在6 GHz频段上运行的所有设备都遵守最严格的安全标准。
Wi-Fi 6E的推出使人们不再使用过时的传统安全协议，因为6 GHz频段不允许使用这些协议。不支持这些增强安全措施或6 GHz频段的传统设备只能在2.4和5 GHz频段上运行。这种隔离最大限度地减少了干扰，并确保Wi-Fi 6E的先进功能和安全增强功能只保留给现代设备使用，从而优化了6 GHz频谱的性能和安全性。
Wi-Fi 6在IoMT中进行部署
随着无线通信的扩展，接入点也随之增加，干扰就会随之加剧。6 GHz频段的可用性以及Wi-Fi 6采用的创新协议功能有助于减少拥堵。
考虑到需要更换的接入点数量，医院想要完全过渡到Wi-Fi还需要一些时间。一家标准的大型医院可能有超过20,000个接入点，因此过渡需要大量的时间和经济投入。考虑到这一点，医院在开始这一过程时，将逐步优先考虑较旧的接入点以及手术室等关键区域的接入点，因为在这些区域，Wi-Fi 6的优势能体现得最为显著。
传统Wi-Fi接入点在合同终止时将触发向Wi-Fi 6的升级。当这些合同到期时，医院将不再收到解决漏洞、错误修复和其他问题的更新或升级，因此现在是用Wi-Fi 6接入点替换它们的理想时机。
未来几年，我们将看到这些变化的发生。在这一过渡时期，Wi-Fi 6设备既可以在最新的Wi-Fi 6接入点上运行，也可以在现有的传统频段上运行。通过采用Wi-Fi 6，医疗设备开发商可以确保与现有传统网络的兼容性，同时为即将到来的新一代IoMT网络做好设备的未来准备。
互联医疗的未来发展趋势
与前几代产品相比，Wi-Fi 6可为新兴的人工智能/ML（医疗成像）和AR/VR（远程培训）应用提供更好的支持。更佳的连接性、更快的数据传输速率和更低的延迟可实现先进的远程交互，为医疗成像、诊断和使用VR/AR技术的远程手术带来新的发展机遇。
展望未来，Wi-Fi 7将在Wi-Fi 6的基础上引入多链路操作（MLO），允许设备在多个频率上同时发送和接收数据包，从而增强冗余性。它还将引入更宽的320 MHz信道，以提高吞吐量。
图 2：Wi-Fi 7的重要功能之一是含有320 MHz的“超宽 ”信道（来源：u-blox）
针对那些严重依赖无线通信的高风险应用和关键基础设施，进一步提升网络恢复能力将是它们发展的重要推动因素。此外，它还有助于减轻因设备数量不断增加而导致的干扰加剧所带来的负面影响。
结论
转换到Wi-Fi 6可以改善医疗机构的网络基础设施，但前提是需要仔细规划。u-blox提供了一套完备的资料包，能够为医疗设备开发人员提供有力帮助。其中包括开发板、全球认证模块、网络研讨会、白皮书和其他在线资源，以帮助开发人员充分使用Wi-Fi 6。通过提供这些工具和支持，u-blox旨在推动创新，提高IoMT实施的连接性。
展望未来，Wi-Fi 6以及最终的Wi-Fi 7的集成将有助于支持复杂的应用，如用于医疗成像和诊断的AI/ML以及用于远程手术和培训的VR/AR。无线技术的不断发展必将在决定互联医疗的未来方面发挥关键作用，从而改善患者的治疗效果，提高医疗服务系统的效率。
/关于u-blox公司/
瑞士u-blox公司（SIX:UBXN）专注于为客户提供丰富的芯片和模块产品以及全面的物联网服务，赋能客户以实现精准定位与万物互联。我们凭借业界领先的解决方案持续推动未来汽车与物联网行业的创新升级。u-blox公司总部设于瑞士苏黎世塔尔维尔，目前全球员工约1,400名，可为客户量身打造出兼具精准、智能和可持续性的解决方案。
声明：本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人，不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用，如有内容侵权或者其他违规问题，请联系本站处理。 举报投诉
[*] 无线通信 无线通信
+关注
关注
58
文章
4612
浏览量
143996
[*] 医疗 医疗
+关注
关注
8
文章
1840
浏览量
58997
[*] wi-fi wi-fi
+关注
关注
14
文章
2175
浏览量
125186
原文标题：利用Wi-Fi 6助力医疗互联
文章出处：【微信号：瑞士ublox，微信公众号：瑞士ublox】欢迎添加关注！文章转载请注明出处。
收藏 0人收藏 扫一扫，分享给好友
复制链接分享
评论
林超文PCB设计：PADS教程，PADS视频教程郑振宇老师：Altium Designer教程，Altium Designer视频教程张飞实战电子视频教程朱有鹏老师：海思HI3518e教程，HI3518e视频教程李增老师：信号完整性教程，高速电路仿真教程华为鸿蒙系统教程，HarmonyOS视频教程赛盛：EMC设计教程，EMC视频教程杜洋老师：STM32教程，STM32视频教程唐佐林：c语言基础教程，c语言基础视频教程张飞：BUCK电源教程，BUCK电源视频教程正点原子：FPGA教程，FPGA视频教程韦东山老师：嵌入式教程，嵌入式视频教程张先凤老师：C语言基础视频教程许孝刚老师：Modbus通讯视频教程王振涛老师：NB-IoT开发视频教程Mill老师：FPGA教程，Zynq视频教程C语言视频教程RK3566芯片资料合集朱有鹏老师：U-Boot源码分析视频教程开源硬件专题
发布评论请先 登录
相关推荐
Wi-Fi 8要来了！未来Wi-Fi技术演进方向揭秘
产品销售中，虽然Wi-Fi 7产品的销量份额快速从年初的个位数百分比增长至14%，但Wi-Fi 6产品的销量份额依然稳定在60%左右。如果从存量设备来看，那么
https://www.elecfans.com/d/6455660.html#render_38b46e74788e4f0c3adfd10f8786c6c1 发表于 11-24 03:14 •2190次阅读
层峰观点:预认证Wi-Fi 6模块助力物联网开发
Wi-Fi 6模块，助力开发人员简化产品设计和测试验证的流程，从而加速推进物联网的应用创新。 从能提醒访客到来的智能门铃，到确保工厂设备高效协作的传感器，
https://www.elecfans.com/d/6455660.html#render_38b46e74788e4f0c3adfd10f8786c6c1 发表于 02-11 09:43 •143次阅读
华为海思正式进入Wi-Fi FEM赛道？
转载自——钟林谈芯昨天在网上看到一份九联UNR050 BE3600无线路由器拆机报告，Wi-Fi主芯片是海思新款Wi-Fi7芯片Hi1155，速率2.5G。在海思AP Wi-Fi芯
发表于 12-11 17:42
从Wi-Fi 4到Wi-Fi 7:网速飙升40倍的无线革命
1 Wi-Fi技术的快速发展 每一代新的Wi-Fi协议发布，都会带来更高的无线速率。 从Wi-Fi 4到Wi-Fi 7：无线网络
https://www.elecfans.com/d/6455660.html#render_38b46e74788e4f0c3adfd10f8786c6c1 发表于 12-09 10:10 •446次阅读
Wi-Fi 7有哪些底层技术优势
您在多个Wi-Fi行业活动中代表LitePoint。Wi-Fi 7带来了哪些新颖且有趣的特点？
https://www.elecfans.com/d/6455660.html#render_38b46e74788e4f0c3adfd10f8786c6c1 发表于 11-15 15:27 •593次阅读
6 GHz Wi-Fi如何助力医疗保健领域实现高级AR/VR应用
和培训研讨会等密集环境。 本次演示中使用的技术： 具有6E功能的Wi-Fi CERTIFIED 6路由器：Aruba多服务移动控制器/AP-635和655接入点 (AP)
https://www.elecfans.com/d/6455660.html#render_38b46e74788e4f0c3adfd10f8786c6c1 发表于 11-08 11:40 •901次阅读
Wi-Fi 7与Wi-Fi 6E有什么区别
也许很多人还在考虑是否要将使用的Wi-Fi设备升级到Wi-Fi 6或Wi-Fi 6E，而这些标准的继任者却已经开始“登堂入室”了。
https://www.elecfans.com/d/6455660.html#render_38b46e74788e4f0c3adfd10f8786c6c1 发表于 11-07 11:38 •1328次阅读
摩尔斯微电子荣获2024年WBA行业大奖最佳Wi-Fi创新奖等多项殊荣
CES最佳产品”，摩尔斯微电子的成就再次引发瞩目，并受到《纽约时报》、《今日美国》、《连线》和《The Verge》等媒体的赞誉。这些认可彰显了摩尔斯微电子的Wi-Fi HaLow技术在彻底改变
发表于 11-01 14:41
最典型的3家Wi-Fi Halow芯片企业
Wi-Fi Halow是Wi-Fi联盟推出的专门面向物联网市场的标准。
https://www.elecfans.com/d/6455660.html#render_38b46e74788e4f0c3adfd10f8786c6c1 发表于 08-30 09:58 •2238次阅读
IR900 Wi-Fi联网的配置过程
， 通过SSID扫描可以查看；输入密码，点击保存；在SSID扫描页面中查看是否连接成功， 如果没有请检查认证方式、加密方式、密码是否输入正确； Wi-Fi扫描显示“已连接”，进入“快速向导-新建WAN
发表于 07-25 06:09
如何记住ESP8266中的Wi-Fi凭据？
您好，我正在与ESP8266合作，在公司进行一个项目。在成功智能配置后，我无法记住 Wi-Fi 凭据。ESP8266软件版本如下：在GMRAT版本：1.2.0.0（Jul 1， 2
发表于 07-15 07:07
全方位性能对比|远距离Wi-Fi VS 传统Wi-Fi
Wi-Fi通信技术当前已成为无线局域网（WLAN）最常见、应用非常广泛的通信技术。从Wi-Fi4、Wi-Fi5和
https://www.elecfans.com/d/6455660.html#render_38b46e74788e4f0c3adfd10f8786c6c1 发表于 05-23 08:16 •672次阅读
Wi-Fi和蓝牙技术驱动智能家居与物联网应用发展
近年来，Wi-Fi和蓝牙是加速智慧家庭和物联网设备采用的两项关键技术。Wi-Fi技术以其高速的传
https://www.elecfans.com/d/6455660.html#render_38b46e74788e4f0c3adfd10f8786c6c1 发表于 05-15 10:41 •839次阅读
验证物联网Wi-Fi HaLow用例的MM6108-EKH08开发套件来啦
联盟在2016年推出的一种新的Wi-Fi技术，Wi-Fi HaLow在低于1 GHz的频段运行，通常是在
https://www.elecfans.com/d/6455660.html#render_38b46e74788e4f0c3adfd10f8786c6c1 发表于 04-11 12:01 •1865次阅读
Wi-Fi 7与Wi-Fi 6的相关知识科普
科普：Wi-Fi 7 vs. Wi-Fi 6，青出于蓝
https://www.elecfans.com/d/6455660.html#render_38b46e74788e4f0c3adfd10f8786c6c1 发表于 03-12 10:59 •886次阅读
页:
[1]