Vor nicht allzu langer Zeit habe ich auf verschiedenen anderen Quellen und in meinem Blog darüber gesprochen, dass ZigBee tot ist und es an der Zeit ist, die Flugbegleiterin zu beerdigen. Um einem schlechten Spiel ein gutes Gesicht zu geben, wenn Thread auf IPv6 und 6LowPan läuft, reicht das dafür besser geeignete Bluetooth (LE). Aber davon erzähle ich euch ein andermal. Heute werden wir darüber sprechen, wie die Arbeitsgruppe des Ausschusses beschlossen hat, nach 802.11ah noch einmal nachzudenken und beschlossen hat, dass es an der Zeit ist, eine vollwertige Version von etwas wie LRLP (Long-Range Low-Power) zum Pool der 802.11-Standards hinzuzufügen, ähnlich zu LoRA. Es stellte sich jedoch heraus, dass dies nicht umsetzbar war, ohne die heilige Kuh der Abwärtskompatibilität zu schlachten. Infolgedessen wurde Long-Range aufgegeben und nur noch Low-Power übrig, was ebenfalls sehr gut ist. Das Ergebnis war eine Mischung aus 802.11 + 802.15.4 oder einfach Wi-Fi + ZigBee. Das heißt, wir können sagen, dass die neue Technologie kein Konkurrent der LoraWAN-Lösungen ist, sondern im Gegenteil als Ergänzung zu diesen entwickelt wird.
Beginnen wir also mit dem Wichtigsten: Jetzt sollten Geräte, die 802.11ba unterstützen, über zwei Funkmodule verfügen. Nachdem sie sich 802.11ah/ax mit seiner Target Wake Time (TWT)-Technologie angesehen hatten, kamen die Ingenieure offenbar zu dem Schluss, dass dies nicht ausreichte und sie den Stromverbrauch radikal reduzieren mussten. Warum der Standard eine Unterteilung in zwei verschiedene Funkarten vorsieht – Primary Communication Radio (PCR) und Wake-Up Radio (WUR). Wenn beim ersten alles klar ist, das ist das Hauptradio, es sendet und empfängt Daten, dann ist es beim zweiten nicht so sehr. Tatsächlich handelt es sich beim WUR hauptsächlich um ein Abhörgerät (RX) und es ist so konzipiert, dass es im Betrieb nur sehr wenig Strom verbraucht. Seine Hauptaufgabe besteht darin, ein Wecksignal vom AP zu empfangen und die PCR zu ermöglichen. Das heißt, diese Methode verkürzt die Kaltstartzeit erheblich und ermöglicht es Ihnen, Geräte zu einem bestimmten Zeitpunkt mit maximaler Genauigkeit aufzuwecken. Dies ist sehr nützlich, wenn Sie beispielsweise nicht zehn, sondern einhundertzehn Geräte haben und mit jedem von ihnen in kurzer Zeit Daten austauschen müssen. Außerdem verlagert sich die Logik der Häufigkeit und Periodizität des Erwachens auf die AP-Seite. Wenn beispielsweise LoRAWAN die PUSH-Methode verwendet, wenn die Aktoren selbst aufwachen und etwas über die Luft übertragen und die restliche Zeit schlafen, dann entscheidet in diesem Fall im Gegenteil der AP, wann und welches Gerät aufwachen soll, und Die Aktuatoren selbst ... schlafen nicht immer.
Kommen wir nun zu den Rahmenformaten und der Kompatibilität. Wenn 802.11ah als erster Versuch für die 868/915-MHz-Bänder oder einfach SUB-1GHz erstellt wurde, dann ist 802.11ba bereits für die 2.4-GHz- und 5-GHz-Bänder vorgesehen. Bei bisherigen „neuen“ Standards wurde die Kompatibilität durch eine für ältere Geräte verständliche Präambel erreicht. Das heißt, die Rechnung war schon immer so, dass ältere Geräte nicht unbedingt den gesamten Frame erkennen müssen; es reicht ihnen zu verstehen, wann dieser Frame beginnt und wie lange die Übertragung dauert. Diese Informationen entnehmen sie der Präambel. 802.11ba war keine Ausnahme, da das Schema bewährt und bewährt ist (wir ignorieren die Kostenfrage vorerst).
Im Ergebnis sieht der 802.11ba-Rahmen etwa so aus:
Eine Nicht-HT-Präambel und ein kurzes OFDM-Fragment mit BPSK-Modulation ermöglichen es allen 802.11a/g/n/ac/ax-Geräten, den Beginn der Übertragung dieses Frames zu hören und nicht zu stören, indem sie in den Broadcast-Listening-Modus wechseln. Nach der Präambel folgt das Synchronisationsfeld (SYNC), das im Wesentlichen ein Analogon von L-STF/L-LTF ist. Es dient dazu, die Frequenz anzupassen und den Empfänger des Geräts zu synchronisieren. Und in diesem Moment schaltet das Sendegerät auf eine andere Kanalbreite von 4 MHz um. Wofür? Alles ist sehr einfach. Dies ist notwendig, damit die Leistung reduziert und ein vergleichbares Signal-Rausch-Verhältnis (SINR) erreicht werden kann. Oder lassen Sie die Leistung so wie sie ist und erzielen Sie eine deutliche Steigerung der Übertragungsreichweite. Ich würde sagen, dass dies eine sehr elegante Lösung ist, mit der man auch den Bedarf an Netzteilen deutlich reduzieren kann. Erinnern wir uns zum Beispiel an den beliebten ESP8266. Im Sendemodus mit einer Bitrate von 54 Mbit/s und einer Leistung von 16 dBm verbraucht er 196 mA, was für so etwas wie den CR2032 unerschwinglich hoch ist. Wenn wir die Kanalbreite um das Fünffache reduzieren und die Sendeleistung um das Fünffache reduzieren, verlieren wir praktisch keinen Übertragungsbereich, aber der Stromverbrauch verringert sich um den Faktor etwa auf etwa 50 mA. Für den AP, der den Frame für WUR überträgt, ist dies zwar nicht kritisch, aber dennoch nicht schlecht. Für STA macht dies jedoch bereits Sinn, da ein geringerer Verbrauch die Verwendung von CR2032-Batterien oder Batterien ermöglicht, die für die langfristige Energiespeicherung mit niedrigen Nennentladeströmen ausgelegt sind. Natürlich gibt es nichts umsonst und eine Reduzierung der Kanalbreite führt zu einer Verringerung der Kanalgeschwindigkeit bzw. einer Verlängerung der Übertragungszeit eines Frames.
Übrigens, zur Kanalgeschwindigkeit. Der Standard bietet in seiner aktuellen Form zwei Optionen: 62.5 Kbit/s und 250 Kbit/s. Spüren Sie den Geruch von ZigBee? Das ist nicht einfach, da es sich um eine Kanalbreite von 2 MHz statt 4 MHz, aber um eine andere Modulationsart mit höherer spektraler Dichte handelt. Dadurch dürfte die Reichweite von 802.11ba-Geräten größer sein, was für Indoor-IoT-Szenarien sehr nützlich ist.
Aber warten Sie eine Minute ... Alle Stationen in der Umgebung werden gezwungen, still zu sein, während nur 4 MHz des 20-MHz-Bands genutzt werden ... „DAS IST VERSCHWENDUNG!“ - Sie werden sagen und Sie werden Recht haben. Aber nein, das ist die wahre Verschwendung!
Der Standard bietet die Möglichkeit, 40-MHz- und 80-MHz-Unterkanäle zu verwenden. In diesem Fall können die Bitraten der einzelnen Unterkanäle unterschiedlich sein, und um sie an die Sendezeit anzupassen, wird am Ende des Frames ein Padding hinzugefügt. Das heißt, das Gerät kann Sendezeit auf allen 80 MHz beanspruchen, diese aber nur auf 16 MHz nutzen. Das ist echte Verschwendung.
Umliegende WLAN-Geräte haben übrigens keine Chance zu verstehen, was dort ausgestrahlt wird. Weil das übliche OFDM NICHT zum Kodieren von 802.11ba-Frames verwendet wird. Ja, einfach so hat die Allianz bekanntlich aufgegeben, was viele Jahre lang einwandfrei funktioniert hatte. Anstelle des klassischen OFDM kommt die Multi-Carrier (MC)-OOK-Modulation zum Einsatz. Der 4-MHz-Kanal ist in 16(?) Unterträger unterteilt, von denen jeder Manchester-Kodierung verwendet. Gleichzeitig ist das Datenfeld selbst je nach Bitrate auch logisch in Segmente von 4 μs oder 2 μs unterteilt, und in jedem dieser Segmente kann ein niedriger oder hoher Codierungspegel einem entsprechen. Dies ist die Lösung, um eine lange Folge von Nullen oder Einsen zu vermeiden. Kampf um Mindestlöhne.
Auch die MAC-Ebene ist extrem vereinfacht. Es enthält nur die folgenden Felder:
- Rahmensteuerung
Kann die Werte Beacon, WuP, Discovery oder jeden anderen Wert nach Wahl des Anbieters annehmen.
Beacon wird für die Zeitsynchronisierung verwendet, WuP soll ein oder mehrere Geräte aufwecken und Discovery funktioniert in der entgegengesetzten Richtung von STA zu AP und ist darauf ausgelegt, Zugangspunkte zu finden, die 802.11ba unterstützen. Dieses Feld enthält auch die Länge des Frames, wenn dieser 48 Bit überschreitet. - ID
Abhängig vom Frame-Typ kann er einen AP, eine STA oder eine Gruppe von STAs identifizieren, für die dieser Frame bestimmt ist. (Ja, Sie können Geräte in Gruppen aufwecken. Das nennt sich Groupcast-Aufwecken und ist ziemlich cool.)
- Typabhängig (TD)
Ein ziemlich flexibles Feld. Darin kann die genaue Uhrzeit, ein Hinweis auf ein Firmware-/Konfigurationsupdate mit Versionsnummer oder etwas Nützliches übermittelt werden, über das die STA Bescheid wissen sollte.
- Frame-Prüfsummenfeld (FCS)
Hier ist alles einfach. Dies ist eine Prüfsumme
Doch damit die Technologie funktioniert, reicht es nicht aus, einfach nur einen Frame im benötigten Format zu versenden. STA und AP müssen zustimmen. Die STA meldet ihre Parameter, einschließlich der für die Initialisierung der PCR erforderlichen Zeit. Die gesamte Aushandlung erfolgt über reguläre 802.11-Frames. Anschließend kann die STA PCR deaktivieren und in den WUR-Aktivierungsmodus wechseln. Oder vielleicht sogar etwas schlafen, wenn möglich. Denn wenn es existiert, ist es besser, es zu nutzen.
Als nächstes kommt noch ein bisschen mehr wertvolle Milliampere-Stunden namens WUR Duty Cycle. Es gibt nichts Kompliziertes, nur STA und AP einigen sich analog zu TWT auf einen Schlafplan. Danach schläft STA meistens und schaltet gelegentlich WUR ein, um „Ist etwas Nützliches für mich angekommen?“ zu hören. Und nur bei Bedarf weckt es das Hauptfunkmodul für den Verkehrsaustausch.
Ändert die Situation im Vergleich zu TWT und U-APSD radikal, nicht wahr?
Und jetzt eine wichtige Nuance, an die man nicht sofort denkt. Der WUR muss nicht mit der gleichen Frequenz wie das Hauptmodul arbeiten. Im Gegenteil ist es wünschenswert und empfehlenswert, dass es auf einem anderen Kanal funktioniert. In diesem Fall beeinträchtigt die 802.11ba-Funktionalität den Betrieb des Netzwerks in keiner Weise und kann im Gegenteil zum Senden nützlicher Informationen verwendet werden. Standort, Nachbarliste und vieles mehr innerhalb anderer 802.11-Standards, zum Beispiel 802.11k/v. Und welche Vorteile sich für Mesh-Netzwerke eröffnen... Aber das ist Thema eines eigenen Artikels.
Was also das Schicksal der Norm selbst als Dokument betrifft? . Das heißt, dieses Jahr können wir mit einem echten Standard oder zumindest den ersten Implementierungen rechnen. Nur die Zeit wird zeigen, wie weit verbreitet es sein wird.
Solche Dinge... (c) .
Literatur-Empfehlungen:
Source: habr.com