Vor nicht allzu langer Zeit habe ich auf verschiedenen anderen Plattformen und in meinem Blog darĂŒber gesprochen, dass ZigBee tot ist und das Stewardessen schon lange begraben werden sollten. Um bei Thread, das ĂŒber IPv6 und 6LowPan lĂ€uft, ein gutes Gesicht zu bewahren, braucht man nur eine besser geeignete Bluetooth(LE)-Variante. Aber darĂŒber werde ich ein anderes Mal sprechen. Heute geht es darum, dass sich die Arbeitsgruppe des Komitees nach gutem Nachdenken erneut nach 802.11ah entschieden hat, dass es an der Zeit ist, eine vollstĂ€ndige Version von etwas wie LRLP (Long-Range Low-Power) analog zu LoRA in den Standardpool von 802.11 aufzunehmen. Aber das erwies sich als nicht umsetzbar, ohne das heilige Kalb der AbwĂ€rtskompatibilitĂ€t zu opfern. Letztendlich verworfen wir Long-Range und blieben nur bei Low-Power, was ebenfalls sehr gut ist. Es entstand eine Mischung aus 802.11 + 802.15.4 oder einfach gesagt Wi-Fi + ZigBee. Man kann also sagen, dass die neue Technologie kein Konkurrent zu LoRaWAN-Lösungen ist, sondern vielmehr entwickelt wurde, um diese zu ergĂ€nzen.
Also, beginnen wir mit dem Wichtigsten â Jetzt sollten in GerĂ€ten, die 802.11ba unterstĂŒtzen, zwei Funkmodule vorhanden sein. Offensichtlich haben die Ingenieure, nachdem sie sich 802.11ah/ax und deren Target Wake Time (TWT) Technologie angesehen hatten, entschieden, dass dies nicht ausreicht und man den Energieverbrauch radikal senken muss. Zu diesem Zweck sieht der Standard eine Unterteilung in zwei verschiedene Funktype vor â Primary Communication Radio (PCR) und Wake-Up Radio (WUR). WĂ€hrend das erste klar ist, da es die Hauptfunktionen fĂŒr die DatenĂŒbertragung ĂŒbernimmt, ist das zweite etwas komplizierter. TatsĂ€chlich ist WUR hauptsĂ€chlich ein EmpfangsgerĂ€t (RX) und sollte in der Lage sein, mit sehr wenig Energie zu arbeiten. Seine Hauptaufgabe besteht darin, ein Wecksignal vom AP zu empfangen und das PCR zu aktivieren. Dieses Verfahren reduziert die AufwĂ€rmzeit erheblich und ermöglicht das prĂ€zise Wecken der GerĂ€te zu bestimmten Zeiten. Dies ist besonders nĂŒtzlich, wenn man beispielsweise nicht zehn, sondern hundert GerĂ€te hat und in kurzer Zeit Daten mit jedem von ihnen austauschen muss. DarĂŒber hinaus wird die Logik der Frequenz und der WeckperiodizitĂ€t auf die AP-Seite ĂŒbertragen. WĂ€hrend im LoRAWAN das PUSH-Konzept verwendet wird, bei dem die Aktoren selbst aufwachen und etwas senden, wĂ€hrend sie den Rest der Zeit schlafen, entscheidet in diesem Fall das AP, wann und welches GerĂ€t aufgeweckt werden soll, wĂ€hrend die Aktoren... nicht immer schlafen.
Kommen wir nun zu den Rahmenformaten und der GewĂ€hrleistung der KompatibilitĂ€t. WĂ€hrend 802.11ah als erster Versuch fĂŒr die FrequenzbĂ€nder 868/915 MHz oder einfacher gesagt SUB-1GHz entwickelt wurde, ist 802.11ba bereits fĂŒr die Frequenzen 2.4GHz und 5GHz vorgesehen. In den vorherigen "neuen" Standards wurde die KompatibilitĂ€t durch ein PrĂ€ambel erreicht, das fĂŒr Ă€ltere GerĂ€te verstĂ€ndlich war. Das heiĂt, es war immer darauf ausgelegt, dass Ă€ltere GerĂ€te nicht unbedingt den gesamten Rahmen erkennen mĂŒssen, sondern nur wissen, wann dieser Rahmen beginnt und wie lange die Ăbertragung dauert. Diese Informationen stammen aus der PrĂ€ambel. 802.11ba bildet da keine Ausnahme, da dies ein erprobtes und bewĂ€hrtes Verfahren ist (Frage der Kosten lassen wir hier unerwĂ€hnt).
Insgesamt sieht der Rahmen von 802.11ba folgendermaĂen aus:
Die Non-HT-PrĂ€ambel und der kurze Abschnitt des OFDM mit BPSK-Modulation ermöglichen es allen GerĂ€ten 802.11a/g/n/ac/ax, den Beginn der Ăbertragung dieses Frames zu hören und sich zurĂŒckzuziehen, indem sie in den Empfangsmodus wechseln. Auf die PrĂ€ambel folgt das Synchronisationsfeld (SYNC), das im Wesentlichen dem L-STF/L-LTF entspricht. Es dient dazu, die Frequenz anzupassen und den EmpfĂ€nger des GerĂ€ts zu synchronisieren. In diesem Moment wechselt das sendende GerĂ€t auf eine andere Kanalbreite von 4 MHz. Warum? Ganz einfach. Dies ist notwendig, um die Leistung zu senken und ein vergleichbares Signal-Rausch-VerhĂ€ltnis (SINR) zu erreichen. Alternativ könnte die Leistung beibehalten werden, um die Reichweite der Ăbertragung erheblich zu erhöhen. Ich wĂŒrde sagen, dass dies eine ziemlich elegante Lösung ist, die zudem die Anforderungen an die Stromversorgung erheblich senkt. Denken wir zum Beispiel an den beliebten ESP8266. Im Ăbertragungsmodus mit einer Datenrate von 54 Mbps und einer Leistung von 16 dBm verbraucht er 196 mA, was fĂŒr etwas wie eine CR2032 ĂŒbertrieben viel ist. Wenn wir die Kanalbreite um das FĂŒnffache reduzieren und die Leistung des Senders um das FĂŒnffache senken, verlieren wir praktisch nichts an Reichweite, senken jedoch den Stromverbrauch auf etwa 50 mA. Es ist nicht so, dass dies fĂŒr den AP, der das Frame fĂŒr WUR ĂŒbertrĂ€gt, kritisch wĂ€re, aber es ist trotzdem nicht schlecht. FĂŒr den STA macht es jedoch Sinn, da ein niedrigerer Verbrauch es ermöglicht, Batterien wie eine CR2032 oder Akkus zu verwenden, die fĂŒr eine lange Lagerung mit niedrigen EntladestromstĂ€rken optimiert sind. NatĂŒrlich kommt nichts ohne Preis und die Senkung der Kanalbreite fĂŒhrt zu einer Reduzierung der Kanaldatenrate bei entsprechend erhöhten Ăbertragungszeiten fĂŒr einen einzelnen Frame.
Ăbrigens, zur Kanaldatenrate. Der Standard sieht in seiner aktuellen Form zwei Optionen vor: 62,5 Kbps und 250 Kbps. FĂŒhlen Sie das ZigBee-Ambiente? Das ist nicht ohne Grund, denn es hat eine Kanalbreite von 2 MHz statt 4 MHz, aber einen anderen Modulationstyp mit höherer spektraler Dichte. Daher sollte die Reichweite von 802.11ba-GerĂ€ten gröĂer sein, was fĂŒr IoT-Szenarien in InnenrĂ€umen sehr passend ist.
Warte mal⊠Alle Stationen in der Umgebung zum Schweigen zu bringen, wĂ€hrend man nur 4 MHz aus einem 20 MHz-Band verwendet⊠"DAS IST VERSCHWENDUNG!" â wĂŒrdet ihr sagen, und ihr hĂ€ttet recht. Aber nein, DAS IST ECHTE VERSCHWENDUNG!
Der Standard sieht die Nutzung von UnterkanĂ€len mit 40 MHz und 80 MHz vor. Dabei können die Bitraten der einzelnen UnterkanĂ€le unterschiedlich sein, und um synchron zu sein, wird am Ende des Frames Padding hinzugefĂŒgt. Das bedeutet, das GerĂ€t kann die gesamte Zeit im 80 MHz-Spektrum nutzen, verwendet sie aber nur auf 16 MHz. Das ist wahrhaftige Verschwendung.
Ăbrigens haben benachbarte Wi-Fi-GerĂ€te keine Chance zu erkennen, was da gesendet wird. Denn fĂŒr die Kodierung von 802.11ba-Frames wird nicht das ĂŒbliche OFDM verwendet. Ja, so kĂŒhn hat das Konsortium auf das verzichtet, was viele Jahre zuverlĂ€ssig funktioniert hat. Anstelle des klassischen OFDM wird die Multi-Carrier (MC)-OOK-Modulation verwendet. Der 4 MHz-Kanal wird in 16(?) UntertrĂ€ger aufgeteilt, von denen jeder Manchester-Kodierung nutzt. Dabei ist das DATA-Feld zudem logisch in Abschnitte von 4 ÎŒs oder 2 ÎŒs unterteilt, abhĂ€ngig von der Bitrate, und in jedem solchen Abschnitt kann entweder ein niederer oder hoher Pegel kodiert werden. Das ist eine Lösung, um lange Folgen von Nullen oder Einsen zu vermeiden. Scrambling auf minimalem Niveau.
Die MAC-Ebene ist ebenfalls extrem vereinfacht. Sie enthÀlt nur die folgenden Felder:
- Frame Control
Kann die Werte Beacon, WuP, Discovery oder eine beliebige andere Wahl des Herstellers annehmen.
Beacon dient der Synchronisation der Zeit, WuP soll ein oder mehrere GerĂ€te wecken, und Discovery funktioniert umgekehrt von STA zu AP und wurde entwickelt, um Zugriffspunkte zu finden, die 802.11ba unterstĂŒtzen. AuĂerdem wird in diesem Feld die LĂ€nge des Frames ĂŒbermittelt, wenn sie 48 Bit ĂŒbersteigt. - ID
Je nach Rahmentyp kann er AP, STA oder eine Gruppe von STAs identifizieren, fĂŒr die dieser Frame bestimmt ist. (Ja, es ist möglich, GerĂ€te in Gruppen zu wecken, das nennt man Groupcast Wake-Ups und es ist ziemlich cool).
- Type Dependent (TD)
Ein ziemlich flexibles Feld. In diesem können genaue Zeiten, Signale fĂŒr Firmware-/Konfigurationsupdates mit Versionsnummer oder nĂŒtzliche Informationen ĂŒbermittelt werden, die ein STA wissen sollte.
- Frame Checksum Field (FCS)
Hier ist alles einfach. Es handelt sich um eine PrĂŒfziffer.
Damit die Technologie funktioniert, ist es nicht genug, einfach ein Frame im richtigen Format zu senden. STA und AP mĂŒssen sich abstimmen. STA gibt seine Parameter, einschlieĂlich der Zeit, die zur Initialisierung von PCR benötigt wird, bekannt. Die gesamte Abstimmung erfolgt unter Verwendung gewöhnlicher 802.11-Frames, wonach STA PCR deaktivieren und in den WUR-Aktivierungsmodus wechseln kann. Es kann sogar ein wenig schlafen, wenn die Möglichkeit besteht. Denn wenn es die Möglichkeit gibt, sollte man sie nutzen.
Dann beginnt eine weitere kleine Auspressung wertvoller Milliamperestunden, die als WUR Duty Cycle bezeichnet wird. Nichts kompliziertes; STA und AP einigen sich, Ă€hnlich wie es bei TWT der Fall war, auf einen Schlafrhythmus. Danach schlĂ€ft STA hauptsĂ€chlich und aktiviert gelegentlich WUR, um zu hören: "Ist etwas NĂŒtzliches fĂŒr mich angekommen?" Und nur bei Bedarf weckt es das Haupt-RadIOSmodul, um Datenverkehr auszutauschen.
Radikal verÀndert die Situation im Vergleich zu TWT und U-APSD, nicht wahr?
Ein wichtiger Punkt, ĂŒber den man nicht sofort nachdenkt: WUR muss nicht unbedingt auf der gleichen Frequenz wie das Hauptmodul arbeiten. Im Gegenteil, es wird empfohlen, dass es auf einem anderen Kanal arbeitet. In diesem Fall beeintrĂ€chtigt die FunktionalitĂ€t von 802.11ba in keiner Weise den Betrieb des Netzwerks und kann im Gegenteil zur Verbreitung nĂŒtzlicher Informationen verwendet werden. Standort, Nachbarliste und vieles mehr im Rahmen anderer 802.11-Standards, zum Beispiel 802.11k/v. Und welche Vorteile sich fĂŒr Mesh-Netzwerke ergeben... aber das ist das Thema eines anderen Artikels.
Was das Schicksal des Standards als Dokument betrifft, so Das heiĂt, in diesem Jahr kann man mit einem echten Standard oder zumindest mit den ersten Implementierungen rechnen. Wie weit er verbreitet wird - das wird nur die Zeit zeigen.
So ist das... .
Empfohlene Literatur zur EinfĂŒhrung:
Quelle: habr.com
