{"id":70827,"date":"2020-02-21T14:42:12","date_gmt":"2020-02-21T11:42:12","guid":{"rendered":"https:\/\/prohoster.info\/blog\/802-11ba-wur-ili-kak-skrestit-uzha-s-ezhom"},"modified":"2020-03-03T16:14:44","modified_gmt":"2020-03-03T13:14:44","slug":"802-11ba-wur-ili-kak-skrestit-uzha-s-ezhom","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/prohoster.info\/de\/blog\/administrirovanie\/802-11ba-wur-ili-kak-skrestit-uzha-s-ezhom","title":{"rendered":"802.11ba (WUR) oder wie man eine Schlange mit einem Igel kreuzt","gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"text"}]},"content":{"rendered":"

Vor nicht allzu langer Zeit habe ich in verschiedenen anderen Ressourcen und in meinem Blog dar\u00fcber gesprochen, dass ZigBee tot ist und es an der Zeit w\u00e4re, die Technologie aufzugeben. Um bei Thread, das \u00fcber IPv6 und 6LowPan l\u00e4uft, gut abzuschneiden, reicht eine besser geeignete Variante von Bluetooth (LE) aus. Aber dar\u00fcber werde ich ein anderes Mal sprechen. Heute geht es darum, dass die Arbeitsgruppe des Komitees gr\u00fcndlich \u00fcberlegt hat, wie sie nach 802.11ah vorgehen wollen, und beschlossen hat, der 802.11-Norm eine vollwertige Version von etwas \u00c4hnlichem wie LRLP (Long-Range Low-Power) analog zu LoRA hinzuzuf\u00fcgen. Allerdings stellte sich heraus, dass dies nicht umsetzbar ist, ohne die heilige Kuh der Abw\u00e4rtskompatibilit\u00e4t zu opfern. Letztendlich wurde von Long-Range Abstand genommen und nur Low-Power \u00fcbrig gelassen, was ebenfalls sehr gut ist. Es entstand eine Mischung aus 802.11 und 802.15.4 oder einfacher gesagt Wi-Fi und ZigBee. Das bedeutet, die neue Technologie ist kein Konkurrent zu LoRaWAN-L\u00f6sungen, sondern wurde vielmehr entwickelt, um sie zu erg\u00e4nzen.
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\nBeginnen wir mit dem Wichtigsten \u2013 Um die Ger\u00e4te mit 802.11ba zu unterst\u00fctzen, m\u00fcssen jetzt zwei Funkmodule vorhanden sein. Die Ingenieure, die sich 802.11ah\/ax und deren Technologie zur gezielten Weckzeit (TWT) angesehen haben, fanden offenbar, dass dies nicht ausreicht, und wollten den Energieverbrauch radikal senken. Deshalb sieht der Standard die Unterteilung in zwei verschiedene Funktypen vor \u2013 Primary Communication Radio (PCR) und Wake-Up Radio (WUR). W\u00e4hrend das erste, das Hauptfunkger\u00e4t, Daten sendet und empf\u00e4ngt, ist die Funktionsweise des zweiten weniger klar. Tats\u00e4chlich handelt es sich bei WUR gr\u00f6\u00dftenteils um ein Empfangsger\u00e4t (RX), das nach Planung sehr wenig Energie verbrauchen soll. Die Hauptaufgabe besteht darin, das Wecksignal vom AP zu empfangen und PCR zu aktivieren. Diese Methode reduziert die Zeit f\u00fcr den Kaltstart erheblich und erm\u00f6glicht es, Ger\u00e4te zu genau festgelegten Zeiten zu wecken. Dies ist besonders n\u00fctzlich, wenn Sie beispielsweise nicht zehn, sondern hundert zehn Ger\u00e4te haben und in kurzer Zeit Daten mit jedem von ihnen austauschen m\u00fcssen. Dar\u00fcber hinaus wird die Logik der Frequenz und der Weckperioden auf die Seite des AP \u00fcbertragen. W\u00e4hrend im LoRAWAN die PUSH-Methodologie angewendet wird, bei der die Endger\u00e4te selbst aufwachen und Informationen \u00fcbermitteln, w\u00e4hrend sie die meiste Zeit schlafen, entscheidet in diesem Fall der AP, wann und welches Ger\u00e4t geweckt werden soll, w\u00e4hrend die Endger\u00e4te\u2026 nicht immer schlafen.<\/p>\n

Lassen Sie uns nun zu den Rahmenformaten und der Kompatibilit\u00e4t \u00fcbergehen. W\u00e4hrend 802.11ah als erster Versuch f\u00fcr die Frequenzen von 868\/915 MHz oder einfach SUB-1GHz entwickelt wurde, ist 802.11ba bereits f\u00fcr die Bereiche von 2,4 GHz und 5 GHz vorgesehen. Bei den vorherigen \"neuen\" Standards wurde die Kompatibilit\u00e4t durch ein Pr\u00e4ambel erreicht, die f\u00fcr \u00e4ltere Ger\u00e4te verst\u00e4ndlich war. Das hei\u00dft, es wurde immer davon ausgegangen, dass alte Ger\u00e4te nicht in der Lage sein m\u00fcssen, das gesamte Frame zu erkennen, sondern lediglich zu verstehen, wann dieses Frame beginnt und wie lange die \u00dcbertragung dauert. Genau diese Informationen gewinnen sie aus der Pr\u00e4ambel. 802.11ba bildet da keine Ausnahme, da das Schema erprobt und bew\u00e4hrt ist (die Kostenfrage lassen wir vorerst au\u00dfen vor).<\/p>\n

Insgesamt sieht ein 802.11ba-Frame etwa so aus:<\/p>\n

\"802.11ba
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\nDie Non-HT-Pr\u00e4ambel und der kurze OFDM-Fragment mit BPSK-Modulation erm\u00f6glichen es allen 802.11a\/g\/n\/ac\/ax Ger\u00e4ten, den Beginn der \u00dcbertragung dieses Frames zu h\u00f6ren und sich zur\u00fcckzuziehen, w\u00e4hrend sie in den Empfangsmodus wechseln. Auf die Pr\u00e4ambel folgt das Synchronisationsfeld (SYNC), welches im Wesentlichen dem L-STF\/L-LTF \u00e4hnelt. Es dient dazu, die Frequenz anzupassen und den Empf\u00e4nger des Ger\u00e4ts zu synchronisieren. In diesem Moment wechselt das sendende Ger\u00e4t auf eine andere Kanalbreite von 4 MHz. Warum? Ganz einfach. Es ist notwendig, um die Leistung zu reduzieren und ein vergleichbares Signal-Rausch-Verh\u00e4ltnis (SINR) zu erreichen. Alternativ kann die Leistung beibehalten werden, um die Reichweite der \u00dcbertragung signifikant zu erh\u00f6hen. Ich w\u00fcrde sagen, das ist eine ziemlich elegante L\u00f6sung, die zudem die Anforderungen an die Stromversorgung erheblich senkt. Denken wir zum Beispiel an den popul\u00e4ren ESP8266. Im \u00dcbertragungsmodus mit einer Bitrate von 54 Mbps und einer Leistung von 16 dBm verbraucht er 196 mA, was f\u00fcr etwas wie eine CR2032 viel zu viel ist. Wenn wir die Kanalbreite um den Faktor f\u00fcnf und die Sendeleistung um den Faktor f\u00fcnf reduzieren, verlieren wir praktisch nichts an \u00dcbertragungsreichweite, der Stromverbrauch l\u00e4sst sich jedoch erheblich auf etwa 50 mA senken. Das ist nicht unbedingt kritisch f\u00fcr den AP, der den Frame f\u00fcr WUR \u00fcbertr\u00e4gt, aber trotzdem nicht schlecht. F\u00fcr STA macht es jedoch durchaus Sinn, da der geringere Stromverbrauch die Verwendung von CR2032 und Batterien erm\u00f6glicht, die auf eine lange Energielagerung mit niedrigen Entladestr\u00f6men ausgelegt sind. Nat\u00fcrlich gibt es nichts umsonst, und die Reduzierung der Kanalbreite wird zu einer Verringerung der Kanaldatenrate und einer Erh\u00f6hung der \u00dcbertragungszeit eines Frames f\u00fchren. <\/p>\n

\u00dcbrigens, zur Kanalkapazit\u00e4t. Der Standard sieht aktuell zwei Varianten vor: 62,5 Kbps und 250 Kbps. Sp\u00fcren Sie das ZigBee-Gef\u00fchl? Das ist kein Zufall, denn es hat eine Bandbreite von 2 MHz anstelle von 4 MHz, aber eine andere Modulationsart mit h\u00f6herer spektraler Dichte. Folglich sollte die Reichweite von 802.11ba-Ger\u00e4ten gr\u00f6\u00dfer sein, was f\u00fcr IoT-Szenarien in Innenr\u00e4umen sehr praktisch ist.<\/p>\n

Moment mal... Alle Stationen in der Umgebung zum Schweigen zu bringen, w\u00e4hrend man nur 4 MHz aus einem 20 MHz-Band verwendet... \u201eDAS IST VERSCHWENDUNG!\u201c werden Sie sagen, und Sie h\u00e4tten recht. Aber nein, DAS IST ECHTE VERSCHWENDUNG!<\/p>\n

\"802.11ba
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\nDer Standard erlaubt die Verwendung von Unterkan\u00e4len mit 40 MHz und 80 MHz. Dabei k\u00f6nnen die Bitraten jedes Unterkanals unterschiedlich sein, und um synchron zur \u00dcbertragung zu sein, wird am Ende des Frames ein Padding hinzugef\u00fcgt. Das bedeutet, dass das Ger\u00e4t die \u00dcbertragungszeit auf allen 80 MHz belegen kann, sie jedoch nur mit 16 MHz nutzen kann. Das ist echte Verschwendung.<\/p>\n

\u00dcbrigens haben umliegende Wi-Fi-Ger\u00e4te keine Chance, zu verstehen, was \u00fcber die Luft \u00fcbertragen wird. Denn zur Kodierung der 802.11ba-Frames wird nicht das ihnen vertraute OFDM verwendet. Ja, so hat das Konsortium gewagt, auf etwas zu verzichten, das viele Jahre zuverl\u00e4ssig funktioniert hat. Statt des klassischen OFDM wird die Multi-Carrier (MC)-OOK-Modulation eingesetzt. Der Kanal mit 4 MHz wird in 16 (?) Untertr\u00e4ger aufgeteilt, von denen jeder Manchester-Codierung verwendet. Das eigentliche DATA-Feld wird zudem logisch in Abschnitte von 4 \u03bcs oder 2 \u03bcs unterteilt, je nach Bitrate, wobei in jedem solchen Abschnitt eine Eins durch einen niedrigen oder hohen Pegel kodiert werden kann. So wird eine lange Folge von Nullen oder Einsen vermieden. Ein Minimal-Scrambling.<\/p>\n

\"802.11ba
\n
\nDie MAC-Ebene ist ebenfalls stark vereinfacht. Sie enth\u00e4lt nur die folgenden Felder:<\/p>\n