Vor kurzem schrieb ich auf verschiedenen anderen Quellen und in meinem Blog, dass ZigBee tot sei und es Zeit sei, die Stewardess zu begraben. Um ein schlechtes Spiel mit Thread zu vertuschen, reicht die Arbeit ĂŒber IPv6 und 6LowPan sowie das dafĂŒr besser geeignete Bluetooth (LE) aus. Aber davon erzĂ€hle ich Ihnen ein anderes Mal. Heute sprechen wir darĂŒber, wie die Arbeitsgruppe des Komitees nach 802.11ah zum zweiten Mal grĂŒndlich nachdachte und beschloss, dass es an der Zeit sei, dem Pool der 802.11-Standards eine vollwertige Version von etwas wie LRLP (Long-Range Low-Power) hinzuzufĂŒgen, Ă€hnlich wie LoRA. Dies erwies sich jedoch als unmöglich, ohne die heilige Kuh der AbwĂ€rtskompatibilitĂ€t zu schlachten. Infolgedessen wurde Long-Range aufgegeben und nur Low-Power blieb ĂŒbrig, was ebenfalls sehr gut ist. Das Ergebnis war eine Mischung aus 802.11 + 802.15.4 oder, vereinfacht ausgedrĂŒckt, Wi-Fi + ZigBee. Das heiĂt, wir können sagen, dass die neue Technologie kein Konkurrent von LoraWAN-Lösungen ist, sondern im Gegenteil als ErgĂ€nzung zu diesen geschaffen wurde.
Beginnen wir also mit dem Wichtigsten: GerĂ€te mit 802.11ba-UnterstĂŒtzung mĂŒssen ĂŒber zwei Funkmodule verfĂŒgen. Nachdem sie sich 802.11ah/ax mit ihrer Target Wake Time (TWT)-Technologie angesehen hatten, entschieden die Ingenieure offenbar, dass dies nicht ausreichte und der Stromverbrauch drastisch gesenkt werden musste. Zu diesem Zweck sieht der Standard die Unterteilung in zwei verschiedene Funktypen vor: Primary Communication Radio (PCR) und Wake-Up Radio (WUR). Wenn beim ersten alles klar ist, ist hier das HauptfunkgerĂ€t, das Daten sendet und empfĂ€ngt, ist das beim zweiten nicht so sehr der Fall. TatsĂ€chlich ist WUR hauptsĂ€chlich ein AbhörgerĂ€t (RX) und sollte der Idee zufolge sehr wenig Energie verbrauchen. Seine Hauptaufgabe besteht darin, ein Wecksignal vom AP zu empfangen und das PCR einzuschalten. Das heiĂt, diese Methode reduziert die Kaltstartzeit erheblich und ermöglicht es Ihnen, GerĂ€te zu einem festgelegten Zeitpunkt mit maximaler Genauigkeit zu wecken. Dies ist besonders nĂŒtzlich, wenn Sie beispielsweise nicht zehn, sondern hundertzehn GerĂ€te haben und mit jedem von ihnen in kurzer Zeit Daten austauschen mĂŒssen. AuĂerdem verlagert sich die Logik der HĂ€ufigkeit und PeriodizitĂ€t des Aufwachens auf die AP-Seite. Wenn beispielsweise LoRAWAN die Push-Methode verwendet, bei der die ausfĂŒhrenden GerĂ€te selbst aufwachen, etwas ĂŒber Funk senden und den Rest der Zeit schlafen, dann entscheidet in diesem Fall der AP, wann und welches GerĂ€t aufwachen soll, und die ausfĂŒhrenden GerĂ€te selbst schlafen nicht immer.
Kommen wir nun zu den Frame-Formaten und der KompatibilitĂ€t. WĂ€hrend 802.11ah als erster Ansatz fĂŒr die 868/915-MHz-Frequenzen oder einfach fĂŒr SUB-1GHz entwickelt wurde, ist 802.11ba bereits fĂŒr die 2.4-GHz- und 5-GHz-Frequenzen vorgesehen. In den vorherigen âneuenâ Standards wurde die KompatibilitĂ€t durch die fĂŒr Ă€ltere GerĂ€te verstĂ€ndliche PrĂ€ambel erreicht. Das heiĂt, Ă€ltere GerĂ€te mussten nicht unbedingt den gesamten Frame erkennen, sondern lediglich wissen, wann dieser Frame startet und wie lange die Ăbertragung dauert. Diese Informationen entnehmen sie der PrĂ€ambel. 802.11ba bildet da keine Ausnahme, da das Schema erprobt und bewĂ€hrt ist (die Kostenfrage lassen wir hier einmal auĂen vor).
Als Ergebnis sieht der 802.11ba-Frame ungefĂ€hr so ââaus:
Eine Nicht-HT-PrĂ€ambel und ein kurzes OFDM-Fragment mit BPSK-Modulation ermöglichen es allen 802.11a/g/n/ac/ax-GerĂ€ten, den Beginn der Ăbertragung dieses Frames zu hören, ohne sich zu stören und in den Abhörmodus zu wechseln. Nach der PrĂ€ambel folgt ein Synchronisationsfeld (SYNC), das im Wesentlichen ein Analogon zu L-STF/L-LTF ist. Es dient der Frequenzanpassung und der Synchronisierung des GerĂ€teempfĂ€ngers. In diesem Moment schaltet das sendende GerĂ€t auf eine andere Kanalbreite von 4 MHz um. Warum? Ganz einfach. Dies ist notwendig, um die Leistung zu reduzieren und ein vergleichbares Signal-Rausch-VerhĂ€ltnis (SINR) zu erreichen. Oder man lĂ€sst die Leistung unverĂ€ndert und erreicht eine deutliche Erhöhung der Reichweite. Ich wĂŒrde sagen, das ist eine sehr elegante Lösung, die zudem den Bedarf an Stromversorgungen deutlich reduziert. Erinnern wir uns zum Beispiel an den beliebten ESP8266. Im Ăbertragungsmodus mit einer Bitrate von 54 Mbit/s und einer Leistung von 16 dBm verbraucht er 196 mA, was fĂŒr beispielsweise eine CR2032 unerschwinglich viel ist. Wenn wir die Kanalbreite um das FĂŒnffache verringern und die Sendeleistung um das FĂŒnffache reduzieren, verlieren wir praktisch nicht an Ăbertragungsreichweite, der Stromverbrauch reduziert sich jedoch um ein Vielfaches, sagen wir auf ungefĂ€hr 50 mA. FĂŒr den AP, der den Frame fĂŒr WUR ĂŒbertrĂ€gt, ist das nicht kritisch, aber trotzdem nicht schlimm. FĂŒr STA ist es jedoch schon sinnvoll, da ein geringerer Verbrauch die Verwendung von beispielsweise einer CR2032 oder von Batterien ermöglicht, die fĂŒr die langfristige Energiespeicherung mit niedrigen Nennentladeströmen ausgelegt sind. NatĂŒrlich gibt es nichts umsonst, und eine Verringerung der Kanalbreite fĂŒhrt zu einer Verringerung der Kanalgeschwindigkeit bzw. einer Erhöhung der Ăbertragungszeit eines Frames.
Apropos Kanalgeschwindigkeit: Der Standard in seiner aktuellen Form bietet zwei Optionen: 62.5 Kbit/s und 250 Kbit/s. SpĂŒren Sie den Duft von ZigBee? Das ist nicht ohne Grund so, denn es hat eine Kanalbreite von 2 MHz statt 4 MHz, aber eine andere Modulationsart mit höherer spektraler Dichte. Dadurch soll die Reichweite von 802.11ba-GerĂ€ten gröĂer sein, was fĂŒr IoT-Szenarien im Innenbereich sehr nĂŒtzlich ist.
Aber Moment mal... Alle Stationen in der Umgebung zum Schweigen zu zwingen, wĂ€hrend nur 4 MHz des 20-MHz-Bandes genutzt werden... âDAS IST VERSCHWENDUNG!â, sagen Sie, und Sie haben Recht. Aber nein, DAS IST ECHTE VERSCHWENDUNG!
Der Standard ermöglicht die Nutzung von 40-MHz- und 80-MHz-SubkanĂ€len. Die Bitraten der einzelnen SubkanĂ€le können unterschiedlich sein, und um die Sendezeit anzupassen, wird am Ende des Frames ein Padding eingefĂŒgt. Das heiĂt, das GerĂ€t kann Sendezeit auf allen 80 MHz beanspruchen, diese aber nur auf 16 MHz nutzen. Das ist wirklich Verschwendung.
Ăbrigens haben die umliegenden WLAN-GerĂ€te keine Chance zu verstehen, was gesendet wird. Denn das von ihnen gewohnte OFDM wird NICHT zur Kodierung von 802.11ba-Frames verwendet. Ja, so hat die Allianz vorschnell aufgegeben, was viele Jahre lang einwandfrei funktioniert hat. Anstelle des klassischen OFDM wird die Multi-Carrier (MC)-OOK-Modulation verwendet. Der 4-MHz-Kanal ist in 16(?) UntertrĂ€ger unterteilt, von denen jeder die Manchester-Kodierung verwendet. Gleichzeitig ist das Datenfeld selbst je nach Bitrate logisch in Segmente von 4 ÎŒs oder 2 ÎŒs unterteilt, und in jedem dieser Segmente kann eine niedrige oder hohe Kodierungsstufe fĂŒr eine verantwortlich sein. Dies ist eine Lösung, um lange Folgen von Nullen oder Einsen zu vermeiden. VerschlĂŒsselung auf ein Minimum.
Auch die MAC-Ebene ist stark vereinfacht. Sie enthÀlt lediglich folgende Felder:
- Rahmensteuerung
Kann die Werte Beacon, WuP, Discovery oder einen anderen Wert nach Ermessen des Anbieters annehmen.
Beacon dient der Zeitsynchronisierung, WuP dient zum Aufwecken eines oder mehrerer GerĂ€te und Discovery arbeitet in die entgegengesetzte Richtung von STA zu AP und sucht nach Access Points, die 802.11ba unterstĂŒtzen. Auch in diesem Feld wird die FramelĂ€nge ĂŒbertragen, wenn sie 48 Bit ĂŒberschreitet. - ID
AbhĂ€ngig vom Frame-Typ kann es den AP, die STA oder die Gruppe von STAs identifizieren, fĂŒr die der Frame bestimmt ist. (Ja, Sie können GerĂ€te in Gruppen wecken, dies wird als Groupcast-Wake-Up bezeichnet und ist ziemlich cool.)
- TypabhÀngig (TD)
Ein recht flexibles Feld. Es kann verwendet werden, um die genaue Uhrzeit, ein Signal ĂŒber ein Firmware-/Konfigurationsupdate mit Versionsnummer oder etwas NĂŒtzliches zu ĂŒbertragen, das die STA wissen sollte.
- Frame-PrĂŒfsummenfeld (FCS)
Hier ist es ganz einfach. Dies ist eine PrĂŒfsumme.
Damit die Technologie funktioniert, reicht es jedoch nicht aus, einfach einen Frame im gewĂŒnschten Format zu senden. STA und AP mĂŒssen sich einig sein. STA meldet seine Parameter, einschlieĂlich der benötigten Zeit zur PCR-Initialisierung. Die gesamte Verhandlung erfolgt ĂŒber regulĂ€re 802.11-Frames. Danach kann STA PCR deaktivieren und in den WUR-Aktivierungsmodus wechseln. Oder vielleicht sogar ein wenig schlafen, falls sich die Möglichkeit bietet. Denn wenn ja, ist es besser, sie zu nutzen.
Dann beginnt ein weiteres kleines Auspressen wertvoller Milliamperestunden, genannt WUR Duty Cycle. Nichts Kompliziertes, einfach STA und AP einigen sich, Ă€hnlich wie bei TWT, auf einen Schlafplan. Danach schlĂ€ft STA meist und schaltet gelegentlich WUR ein, um zu lauschen, ob etwas NĂŒtzliches fĂŒr mich angekommen ist. Nur bei Bedarf weckt es das Hauptfunkmodul zum Datenaustausch.
Ăndert die Situation im Vergleich zu TWT und U-APSD radikal, nicht wahr?
Und nun eine wichtige Nuance, an die man nicht sofort denkt. WUR muss nicht unbedingt auf derselben Frequenz wie das Hauptmodul arbeiten. Im Gegenteil, es ist wĂŒnschenswert und empfehlenswert, dass es auf einem anderen Kanal arbeitet. In diesem Fall stört die 802.11ba-FunktionalitĂ€t das Netzwerk in keiner Weise und kann im Gegenteil zum Senden nĂŒtzlicher Informationen genutzt werden. Standort, Nachbarliste und vieles mehr innerhalb anderer 802.11-Standards, z. B. 802.11k/v. Und welche Vorteile sich fĂŒr Mesh-Netzwerke ergeben ⊠Aber das ist ein Thema fĂŒr einen separaten Artikel.
Was das Schicksal des Standards selbst als Dokument betrifft, Das heiĂt, wir können noch in diesem Jahr mit einem echten Standard oder zumindest den ersten Implementierungen rechnen. Und wie weit verbreitet er sein wird, wird die Zeit zeigen.
So ist das nun mal... (c) .
Empfohlene Literatur zur ĂberprĂŒfung:
Source: habr.com
