Не толкова отдавна, на различни други ресурси и в моя блог, говорих за факта, че ZigBee е мъртъв и е време да погребем стюардесата. За да поставите добро лице на лоша игра с Thread, работещ върху IPv6 и 6LowPan, Bluetooth (LE), който е по-подходящ за това, е достатъчен. Но ще ви разкажа за това някой друг път. Днес ще говорим за това как работната група на комисията реши да помисли два пъти след 802.11ah и реши, че е време да добави пълноценна версия на нещо като LRLP (Long-Range Low-Power) към набора от стандарти 802.11, подобни към LoRA. Но това се оказа невъзможно да се приложи, без да се заколи свещената крава на обратната съвместимост. В резултат на това Long-Range беше изоставен и остана само Low-Power, което също е много добре. Резултатът беше смес от 802.11 + 802.15.4 или просто Wi-Fi + ZigBee. Тоест можем да кажем, че новата технология не е конкурент на LoraWAN решенията, а напротив, се създава, за да ги допълни.
И така, нека започнем с най-важното - Сега устройствата, които поддържат 802.11ba, трябва да имат два радио модула. Очевидно, след като са разгледали 802.11ah/ax с неговата технология Target Wake Time (TWT), инженерите са решили, че това не е достатъчно и трябва радикално да намалят консумацията на енергия. Защо стандартът предвижда разделяне на два различни типа радио - първично комуникационно радио (PCR) и събуждащо радио (WUR). Ако с първото всичко е ясно, това е основното радио, то предава и получава данни, то с второто не е толкова много. Всъщност WUR е най-вече устройство за слушане (RX) и е проектирано да консумира много малко енергия за работа. Основната му задача е да получи сигнал за събуждане от AP и да активира PCR. Тоест, този метод значително намалява времето за студен старт и ви позволява да събуждате устройствата в даден момент с максимална точност. Това е много полезно, когато имате, да речем, не десет устройства, а сто и десет и трябва да обмените данни с всяко от тях за кратък период от време. Освен това логиката на честотата и периодичността на събуждането се премества на страната на AP. Ако, да речем, LoRAWAN използва методологията PUSH, когато самите задвижващи механизми се събуждат и предават нещо в ефира и спят през останалото време, тогава в този случай, напротив, AP решава кога и кое устройство трябва да се събуди и самите актуатори... не винаги спят.
Сега нека да преминем към форматите на рамката и съвместимостта. Ако 802.11ah, като първи опит, е създаден за лентите 868/915 MHz или просто SUB-1GHz, тогава 802.11ba вече е предназначен за лентите 2.4GHz и 5GHz. В предишните "нови" стандарти съвместимостта беше постигната чрез преамбюл, който беше разбираем за по-стари устройства. Тоест изчислението винаги е било, че по-старите устройства не е задължително да могат да разпознават целия кадър; достатъчно е да разберат кога ще започне този кадър и колко дълго ще продължи предаването. Именно тази информация те вземат от преамбюла. 802.11ba не беше изключение, тъй като схемата е доказана и доказана (засега ще пренебрегнем въпроса за разходите).
В резултат рамката 802.11ba изглежда по следния начин:
Не-HT преамбюл и кратък OFDM фрагмент с BPSK модулация позволява на всички 802.11a/g/n/ac/ax устройства да чуят началото на предаването на този кадър и да не се намесват, преминавайки в режим на слушане на излъчване. След преамбюла идва полето за синхронизация (SYNC), което по същество е аналог на L-STF/L-LTF. Той служи за настройка на честотата и синхронизиране на приемника на устройството. И точно в този момент предавателното устройство превключва на друг канал с ширина 4 MHz. За какво? Всичко е много просто. Това е необходимо, за да може да се намали мощността и да се постигне сравнимо съотношение сигнал/шум (SINR). Или оставете мощността както е и постигнете значително увеличение на обхвата на предаване. Бих казал, че това е много елегантно решение, което също така позволява значително намаляване на изискванията за захранване. Да си спомним например популярния ESP8266. В режим на предаване, използвайки битрейт от 54 Mbps и мощност от 16dBm, той консумира 196 mA, което е непосилно високо за нещо като CR2032. Ако намалим ширината на канала пет пъти и намалим мощността на предавателя пет пъти, тогава практически няма да загубим в обхвата на предаване, но консумацията на ток ще бъде намалена с фактор, да речем, до около 50 mA. Не че това е критично от страна на AP, който предава рамката за WUR, но все пак не е лошо. Но за STA това вече има смисъл, тъй като по-ниската консумация позволява използването на нещо като CR2032 или батерии, предназначени за дългосрочно съхранение на енергия с ниски номинални токове на разреждане. Разбира се, нищо не идва безплатно и намаляването на ширината на канала ще доведе до намаляване на скоростта на канала с увеличаване на времето за предаване съответно на един кадър.
Между другото, относно скоростта на канала. Стандартът в настоящия си вид предоставя две опции: 62.5 Kbps и 250 Kbps. Усещате ли миризмата на ZigBee? Това не е лесно, тъй като има ширина на канала от 2Mhz вместо 4Mhz, но различен тип модулация с по-висока спектрална плътност. В резултат на това обхватът на устройствата 802.11ba трябва да бъде по-голям, което е много полезно за сценарии на IoT на закрито.
Въпреки това, изчакайте малко... Принуждавайки всички станции в района да замлъкнат, като същевременно използвате само 4 MHz от 20 MHz честотната лента... „ТОВА Е ИЗХОД!” - ще кажете вие и ще бъдете прави. Но не, ТОВА Е ИСТИНСКИЯТ ОТПАДЪК!
Стандартът предоставя възможност за използване на подканали 40 MHz и 80 MHz. В този случай битрейтът на всеки подканал може да бъде различен и за да съответства на времето на излъчване, в края на кадъра се добавя Padding. Това означава, че устройството може да заема ефирно време на всички 80 MHz, но да го използва само на 16 MHz. Това е истинска загуба.
Между другото, околните Wi-Fi устройства нямат шанс да разберат какво се излъчва там. Тъй като обичайният OFDM НЕ се използва за кодиране на 802.11ba рамки. Да, точно така, алиансът се отказа от това, което работеше безупречно в продължение на много години. Вместо класическата OFDM се използва модулация Multi-Carrier (MC)-OOK. 4MHz каналът е разделен на 16 (?) подносители, всеки от които използва кодиране на Manchester. В същото време самото поле DATA също е логично разделено на сегменти от 4 μs или 2 μs в зависимост от битрейта, като във всеки такъв сегмент ниско или високо ниво на кодиране може да съответства на едно. Това е решението за избягване на дълга поредица от нули или единици. Бъркане на минимални заплати.
MAC нивото също е изключително опростено. Съдържа само следните полета:
- Управление на рамката
Може да приема стойностите Beacon, WuP, Discovery или всяка друга стойност по избор на доставчика.
Beacon се използва за синхронизация на времето, WuP е проектиран да събужда едно или група устройства, а Discovery работи в обратна посока от STA към AP и е проектиран да намира точки за достъп, които поддържат 802.11ba. Това поле съдържа и дължината на рамката, ако надвишава 48 бита. - ID
В зависимост от типа на рамката, тя може да идентифицира AP, или STA, или група от STA, за които е предназначена тази рамка. (Да, можете да събуждате устройства в групи, това се нарича групово събуждане и е доста готино).
- Зависим от типа (TD)
Доста гъвкаво поле. Именно в него може да се предаде точното време, сигнал за актуализация на фърмуера/конфигурацията с номер на версията или нещо полезно, за което STA трябва да знае.
- Поле за контролна сума на рамката (FCS)
Тук всичко е просто. Това е контролна сума
Но за да работи технологията, не е достатъчно просто да изпратите рамка в необходимия формат. STA и AP трябва да се споразумеят. STA отчита своите параметри, включително времето, необходимо за инициализиране на PCR. Всички преговори се извършват с помощта на обикновени 802.11 рамки, след което STA може да деактивира PCR и да влезе в режим на активиране на WUR. Или може би дори да поспите, ако е възможно. Защото, ако съществува, тогава е по-добре да го използвате.
Следва малко повече изстискване на скъпоценни милиамперчасове, наречено WUR Duty Cycle. Няма нищо сложно, просто STA и AP, по аналогия с това, което беше за TWT, се съгласяват за график за сън. След това STA предимно спи, като от време на време включва WUR, за да слуша „Пристигна ли нещо полезно за мен?“ И само ако е необходимо, той събужда основния радиомодул за обмен на трафик.
Коренно променя ситуацията в сравнение с TWT и U-APSD, нали?
И сега важен нюанс, за който не мислите веднага. WUR не трябва да работи на същата честота като основния модул. Напротив, желателно и препоръчително е да работи на друг канал. В този случай функционалността на 802.11ba по никакъв начин не пречи на работата на мрежата, а напротив, може да се използва за изпращане на полезна информация. Местоположение, списък със съседи и много други в рамките на други 802.11 стандарти, например 802.11k/v. И какви предимства се отварят за Mesh мрежите... Но това е тема на отделна статия.
Що се отнася до съдбата на самия стандарт като документ, тогава . Тоест тази година можем да очакваме реален стандарт или поне първите имплементации. Само времето ще покаже колко широко ще бъде то.
Такива неща... (c) .
Препоръчителна литература:
Източник: www.habr.com