{"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 auf verschiedenen anderen Plattformen und in meinem Blog dar\u00fcber gesprochen, dass ZigBee tot ist und das Stewardessen schon lange begraben werden sollten. Um bei Thread, das \u00fcber IPv6 und 6LowPan l\u00e4uft, ein gutes Gesicht zu bewahren, braucht man nur eine besser geeignete Bluetooth(LE)-Variante. Aber dar\u00fcber 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 vollst\u00e4ndige 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 Abw\u00e4rtskompatibilit\u00e4t 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-L\u00f6sungen ist, sondern vielmehr entwickelt wurde, um diese zu erg\u00e4nzen.
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\nAlso, beginnen wir mit dem Wichtigsten \u2013 Jetzt sollten in Ger\u00e4ten, die 802.11ba unterst\u00fctzen, 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 \u2013 Primary Communication Radio (PCR) und Wake-Up Radio (WUR). W\u00e4hrend das erste klar ist, da es die Hauptfunktionen f\u00fcr die Daten\u00fcbertragung \u00fcbernimmt, ist das zweite etwas komplizierter. Tats\u00e4chlich ist WUR haupts\u00e4chlich ein Empfangsger\u00e4t (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 Aufw\u00e4rmzeit erheblich und erm\u00f6glicht das pr\u00e4zise Wecken der Ger\u00e4te zu bestimmten Zeiten. Dies ist besonders n\u00fctzlich, wenn man beispielsweise nicht zehn, sondern hundert Ger\u00e4te hat und in kurzer Zeit Daten mit jedem von ihnen austauschen muss. Dar\u00fcber hinaus wird die Logik der Frequenz und der Weckperiodizit\u00e4t auf die AP-Seite \u00fcbertragen. W\u00e4hrend im LoRAWAN das PUSH-Konzept verwendet wird, bei dem die Aktoren selbst aufwachen und etwas senden, w\u00e4hrend sie den Rest der Zeit schlafen, entscheidet in diesem Fall das AP, wann und welches Ger\u00e4t aufgeweckt werden soll, w\u00e4hrend die Aktoren... nicht immer schlafen.<\/p>\n

Kommen wir nun zu den Rahmenformaten und der Gew\u00e4hrleistung der Kompatibilit\u00e4t. W\u00e4hrend 802.11ah als erster Versuch f\u00fcr die Frequenzb\u00e4nder 868\/915 MHz oder einfacher gesagt SUB-1GHz entwickelt wurde, ist 802.11ba bereits f\u00fcr die Frequenzen 2.4GHz und 5GHz vorgesehen. In den vorherigen \"neuen\" Standards wurde die Kompatibilit\u00e4t durch ein Pr\u00e4ambel erreicht, das f\u00fcr \u00e4ltere Ger\u00e4te verst\u00e4ndlich war. Das hei\u00dft, es war immer darauf ausgelegt, dass \u00e4ltere Ger\u00e4te nicht unbedingt den gesamten Rahmen erkennen m\u00fcssen, sondern nur wissen, wann dieser Rahmen beginnt und wie lange die \u00dcbertragung dauert. Diese Informationen stammen aus der Pr\u00e4ambel. 802.11ba bildet da keine Ausnahme, da dies ein erprobtes und bew\u00e4hrtes Verfahren ist (Frage der Kosten lassen wir hier unerw\u00e4hnt).<\/p>\n

Insgesamt sieht der Rahmen von 802.11ba folgenderma\u00dfen aus:<\/p>\n

\"802.11ba
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\nDie Non-HT-Pr\u00e4ambel und der kurze Abschnitt des OFDM mit BPSK-Modulation erm\u00f6glichen es allen Ger\u00e4ten 802.11a\/g\/n\/ac\/ax, den Beginn der \u00dcbertragung dieses Frames zu h\u00f6ren und sich zur\u00fcckzuziehen, indem sie in den Empfangsmodus wechseln. Auf die Pr\u00e4ambel folgt das Synchronisationsfeld (SYNC), das im Wesentlichen dem L-STF\/L-LTF entspricht. 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. Dies ist notwendig, um die Leistung zu senken und ein vergleichbares Signal-Rausch-Verh\u00e4ltnis (SINR) zu erreichen. Alternativ k\u00f6nnte die Leistung beibehalten werden, um die Reichweite der \u00dcbertragung erheblich zu erh\u00f6hen. Ich w\u00fcrde sagen, dass dies eine ziemlich elegante L\u00f6sung ist, die zudem die Anforderungen an die Stromversorgung erheblich senkt. Denken wir zum Beispiel an den beliebten ESP8266. Im \u00dcbertragungsmodus mit einer Datenrate von 54 Mbps und einer Leistung von 16 dBm verbraucht er 196 mA, was f\u00fcr etwas wie eine CR2032 \u00fcbertrieben viel ist. Wenn wir die Kanalbreite um das F\u00fcnffache reduzieren und die Leistung des Senders um das F\u00fcnffache senken, verlieren wir praktisch nichts an Reichweite, senken jedoch den Stromverbrauch auf etwa 50 mA. Es ist nicht so, dass dies f\u00fcr den AP, der das Frame f\u00fcr WUR \u00fcbertr\u00e4gt, kritisch w\u00e4re, aber es ist trotzdem nicht schlecht. F\u00fcr den STA macht es jedoch Sinn, da ein niedrigerer Verbrauch es erm\u00f6glicht, Batterien wie eine CR2032 oder Akkus zu verwenden, die f\u00fcr eine lange Lagerung mit niedrigen Entladestromst\u00e4rken optimiert sind. Nat\u00fcrlich kommt nichts ohne Preis und die Senkung der Kanalbreite f\u00fchrt zu einer Reduzierung der Kanaldatenrate bei entsprechend erh\u00f6hten \u00dcbertragungszeiten f\u00fcr einen einzelnen Frame. <\/p>\n

\u00dcbrigens, zur Kanaldatenrate. Der Standard sieht in seiner aktuellen Form zwei Optionen vor: 62,5 Kbps und 250 Kbps. F\u00fchlen 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 h\u00f6herer spektraler Dichte. Daher sollte die Reichweite von 802.11ba-Ger\u00e4ten gr\u00f6\u00dfer sein, was f\u00fcr IoT-Szenarien in Innenr\u00e4umen sehr passend ist.<\/p>\n

Warte mal\u2026 Alle Stationen in der Umgebung zum Schweigen zu bringen, w\u00e4hrend man nur 4 MHz aus einem 20 MHz-Band verwendet\u2026 \"DAS IST VERSCHWENDUNG!\" \u2013 w\u00fcrdet ihr sagen, und ihr h\u00e4ttet recht. Aber nein, DAS IST ECHTE VERSCHWENDUNG!<\/p>\n

\"802.11ba
\n
\nDer Standard sieht die Nutzung von Unterkan\u00e4len mit 40 MHz und 80 MHz vor. Dabei k\u00f6nnen die Bitraten der einzelnen Unterkan\u00e4le unterschiedlich sein, und um synchron zu sein, wird am Ende des Frames Padding hinzugef\u00fcgt. Das bedeutet, das Ger\u00e4t kann die gesamte Zeit im 80 MHz-Spektrum nutzen, verwendet sie aber nur auf 16 MHz. Das ist wahrhaftige Verschwendung.<\/p>\n

\u00dcbrigens haben benachbarte Wi-Fi-Ger\u00e4te keine Chance zu erkennen, was da gesendet wird. Denn f\u00fcr die Kodierung von 802.11ba-Frames wird nicht das \u00fcbliche OFDM verwendet. Ja, so k\u00fchn hat das Konsortium auf das verzichtet, was viele Jahre zuverl\u00e4ssig funktioniert hat. Anstelle des klassischen OFDM wird die Multi-Carrier (MC)-OOK-Modulation verwendet. Der 4 MHz-Kanal wird in 16(?) Untertr\u00e4ger aufgeteilt, von denen jeder Manchester-Kodierung nutzt. Dabei ist das DATA-Feld zudem logisch in Abschnitte von 4 \u03bcs oder 2 \u03bcs unterteilt, abh\u00e4ngig von der Bitrate, und in jedem solchen Abschnitt kann entweder ein niederer oder hoher Pegel kodiert werden. Das ist eine L\u00f6sung, um lange Folgen von Nullen oder Einsen zu vermeiden. Scrambling auf minimalem Niveau.<\/p>\n

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