Není to tak dávno, co jsem na různých jiných zdrojích a na svém blogu mluvil o tom, že ZigBee je mrtvý a je čas pohřbít letušku. Abychom dali špatnou hru dobrou tvář, když Thread funguje nad IPv6 a 6LowPan, stačí k tomu vhodnější Bluetooth (LE). Ale o tom vám povím někdy jindy. Dnes budeme hovořit o tom, jak se pracovní skupina výboru rozhodla po 802.11ah dvakrát zamyslet a rozhodla, že je čas přidat do fondu standardů 802.11 plnohodnotnou verzi něčeho jako LRLP (Long-Range Low-Power), podobně do LoRA. Ale to se ukázalo jako nemožné realizovat bez porážky posvátné krávy zpětné kompatibility. Ve výsledku se od Long-Range upustilo a zůstal pouze Low-Power, což je také velmi dobré. Výsledkem byla směs 802.11 + 802.15.4, nebo jednoduše Wi-Fi + ZigBee. To znamená, že můžeme říci, že nová technologie není konkurencí řešení LoraWAN, ale naopak je vytvářena jako doplněk.
Začněme tedy tím nejdůležitějším – Zařízení, která podporují 802.11ba, by nyní měla mít dva rádiové moduly. Když se inženýři podívali na 802.11ah/ax s její technologií Target Wake Time (TWT), rozhodli se, že to nestačí a potřebují radikálně snížit spotřebu energie. Proč norma počítá s rozdělením na dva různé typy rádia - Primární komunikační rádio (PCR) a Wake-Up Radio (WUR). Pokud je u prvního vše jasné, jedná se o hlavní rádio, které vysílá a přijímá data, pak u druhého to tak moc není. Ve skutečnosti je WUR většinou odposlouchávací zařízení (RX) a je navrženo tak, aby při provozu spotřebovalo velmi málo energie. Jeho hlavním úkolem je přijímat signál probuzení z AP a umožnit PCR. To znamená, že tato metoda výrazně snižuje čas studeného startu a umožňuje probudit zařízení v daný čas s maximální přesností. To je velmi užitečné, když nemáte řekněme deset zařízení, ale sto deset a potřebujete si s každým z nich vyměnit data v krátkém časovém úseku. Navíc se logika frekvence a periodicity probouzení přesouvá na stranu AP. Pokud řekněme LoRAWAN používá metodiku PUSH, když se samotné aktuátory probudí a vysílají něco do éteru a zbytek času spí, pak v tomto případě naopak AP rozhoduje, kdy a které zařízení se má probudit, a samotné ovladače... ne vždy spí.
Nyní přejdeme k formátům rámečků a kompatibilitě. Jestliže 802.11ah jako první pokus vzniklo pro pásma 868/915 MHz nebo prostě SUB-1GHz, tak 802.11ba je již určeno pro pásma 2.4GHz a 5GHz. V předchozích „nových“ standardech bylo kompatibility dosaženo prostřednictvím preambule, která byla srozumitelná pro starší zařízení. To znamená, že se vždy počítalo, že starší zařízení nemusí nutně umět rozpoznat celý rámec, stačí, aby pochopili, kdy tento rámec začne a jak dlouho bude přenos trvat. Právě tyto informace přebírají z preambule. 802.11ba nebyl výjimkou, protože schéma je osvědčené a osvědčené (prozatím budeme ignorovat otázku nákladů).
Výsledkem je, že rámec 802.11ba vypadá asi takto:
Non-HT preambule a krátký OFDM fragment s BPSK modulací umožňuje všem 802.11a/g/n/ac/ax zařízením slyšet začátek vysílání tohoto rámce a nerušit, přecházet do režimu vysílání vysílání. Po preambuli následuje synchronizační pole (SYNC), které je v podstatě obdobou L-STF/L-LTF. Slouží k tomu, aby bylo možné upravit frekvenci a synchronizovat přijímač zařízení. A právě v tomto okamžiku se vysílací zařízení přepne na jinou šířku kanálu 4 MHz. Proč? Vše je velmi jednoduché. To je nezbytné, aby bylo možné snížit výkon a dosáhnout srovnatelného poměru signálu k šumu (SINR). Nebo ponechat výkon tak, jak je, a dosáhnout výrazného zvýšení dosahu přenosu. Řekl bych, že jde o velmi elegantní řešení, které navíc umožňuje výrazně snížit nároky na napájecí zdroje. Vzpomeňme například na oblíbené ESP8266. Ve vysílacím režimu s datovým tokem 54 Mbps a výkonem 16 dBm spotřebuje 196 mA, což je na něco jako CR2032 neúměrně vysoké. Pokud pětkrát zmenšíme šířku kanálu a pětkrát snížíme výkon vysílače, pak prakticky neztratíme přenosový dosah, ale spotřeba proudu se sníží faktorem řekněme asi na 50 mA. Ne, že by to bylo kritické ze strany AP, které přenáší rámec pro WUR, ale stále to není špatné. Ale pro STA to už dává smysl, protože nižší spotřeba umožňuje použít něco jako CR2032 nebo baterie určené pro dlouhodobé skladování energie s nízkými jmenovitými vybíjecími proudy. Nic samozřejmě není zadarmo a zmenšení šířky kanálu povede ke snížení rychlosti kanálu se zvýšením doby přenosu jednoho rámce, resp.
Mimochodem, o rychlosti kanálu. Standard ve své současné podobě poskytuje dvě možnosti: 62.5 Kbps a 250 Kbps. Cítíte vůni ZigBee? To není snadné, protože má šířku kanálu 2 MHz místo 4 MHz, ale jiný typ modulace s vyšší spektrální hustotou. V důsledku toho by měl být rozsah zařízení 802.11ba větší, což je velmi užitečné pro scénáře IoT v interiéru.
I když, počkej... Nutit všechny stanice v okolí, aby mlčely, a přitom využívat pouze 4 MHz z 20 MHz pásma... "JE TO ODPAD!" - řekneš a budeš mít pravdu. Ale ne, TOTO JE SKUTEČNÝ ODPAD!
Standard poskytuje možnost používat 40 MHz a 80 MHz subkanály. V tomto případě se bitové rychlosti každého subkanálu mohou lišit, a aby odpovídal vysílacímu času, je na konec rámce přidána výplň. To znamená, že zařízení může zabírat vysílací čas na všech 80 MHz, ale používat jej pouze na 16 MHz. Tohle je skutečný odpad.
Mimochodem okolní Wi-Fi zařízení nemají šanci pochopit, co se tam vysílá. Protože obvyklé OFDM se NEPOUŽÍVÁ ke kódování rámců 802.11ba. Ano, právě tak se aliance slavně vzdala toho, co po mnoho let bezchybně fungovalo. Místo klasické OFDM je použita modulace Multi-Carrier (MC)-OOK. 4MHz kanál je rozdělen do 16(?) subnosných, z nichž každá používá kódování Manchester. Samotné pole DATA je přitom také logicky rozděleno na segmenty po 4 μs nebo 2 μs v závislosti na bitrate a v každém takovém segmentu může jedné odpovídat nízká nebo vysoká úroveň kódování. Toto je řešení, jak se vyhnout dlouhé sekvenci nul nebo jedniček. Tahání za minimální mzdy.
Úroveň MAC je také extrémně zjednodušená. Obsahuje pouze následující pole:
- Ovládání rámu
Může mít hodnoty Beacon, WuP, Discovery nebo jakoukoli jinou hodnotu dle výběru dodavatele.
Beacon se používá pro synchronizaci času, WuP je určen k probuzení jednoho nebo skupiny zařízení a Discovery funguje v opačném směru od STA k AP a je určen k nalezení přístupových bodů, které podporují 802.11ba. Toto pole také obsahuje délku rámce, pokud přesahuje 48 bitů. - ID
V závislosti na typu rámce může identifikovat AP nebo STA nebo skupinu STA, kterým je tento rámec určen. (Ano, zařízení můžete probudit ve skupinách, říká se tomu skupinové probuzení a je to docela fajn).
- Závislý na typu (TD)
Docela flexibilní pole. Právě v něm lze přenášet přesný čas, signál o aktualizaci firmwaru/konfigurace s číslem verze nebo něco užitečného, o čem by měl STA vědět.
- Pole kontrolního součtu rámců (FCS)
Všechno je zde jednoduché. Toto je kontrolní součet
Ale aby technologie fungovala, nestačí jednoduše poslat snímek v požadovaném formátu. STA a AP musí souhlasit. STA hlásí své parametry, včetně času potřebného k inicializaci PCR. Veškeré vyjednávání probíhá pomocí běžných rámců 802.11, po kterých může STA deaktivovat PCR a vstoupit do režimu povolení WUR. Nebo se možná i vyspat, je-li to možné. Protože pokud existuje, pak je lepší ho použít.
Následuje trochu více mačkání drahocenných miliampérhodin s názvem WUR Duty Cycle. Není to nic složitého, jen STA a AP se analogicky s TWT dohodnou na spánkovém plánu. Poté STA většinou spí, občas zapne WUR, aby poslouchal „Přišlo pro mě něco užitečného?“ A pouze v případě potřeby probudí hlavní rádiový modul pro výměnu provozu.
Radikálně mění situaci oproti TWT a U-APSD, že?
A teď důležitá nuance, na kterou nebudete hned myslet. WUR nemusí pracovat na stejné frekvenci jako hlavní modul. Naopak je žádoucí a doporučené, aby fungoval na jiném kanálu. Funkcionalita 802.11ba v tomto případě nijak nenarušuje chod sítě a naopak může sloužit k zasílání užitečných informací. Umístění, Seznam sousedů a mnoho dalšího v rámci jiných standardů 802.11, například 802.11k/v. A jaké výhody se otevírají pro sítě Mesh... Ale to je téma na samostatný článek.
Pokud jde o osud samotné normy jako dokumentu, tedy . Čili letos můžeme očekávat skutečný standard nebo alespoň první implementace. Až čas ukáže, jak moc rozšířená bude.
Takové věci... (c) .
Doporučená četba:
Zdroj: www.habr.com