802.11ba (WUR) või kuidas ristata käärsoome ja siili

Hiljuti rääkisin ma erinevates teistes kanalites ja oma blogis, et ZigBee on surnud ja stjuardess tuleks juba maetud. Et halbadesse mängudesse hea nägu teha Thread'iga, mis töötab IPv6 ja 6LowPan'i peal, piisab rohkem vastupidavast Bluetooth'ist (LE). Kuid sellest räägin ma kunagi hiljem. Täna räägime sellest, kuidas töörühmas komitees mõeldi teist korda pärast 802.11ah, et on aeg lisada 802.11 standarditesse midagi nagu LRLP (Long-Range Low-Power) analoogina LoRA-le. Kuid see osutus teostatavaks ilma, et kärpiksime pühakutega tagasi ühilduvust. Lõppkokkuvõttes loobuti Long-Range'ist ja jäi alles Low-Power, mis on ka väga hea. Tulemus oli seguaine 802.11 + 802.15.4 või lihtsalt Wi-Fi + ZigBee. Seega, võib öelda, et uus tehnoloogia ei ole LoraWAN lahenduste konkurent, vaid vastupidi, see on loodud neid täiendama.

Nii et, alustame kõige olulisemast — nüüd 802.11ba toetavates seadmetes peaks olema kaks raadio moodulit. Tundub, et vaadates 802.11ah/ax nende Target Wake Time (TWT) tehnoloogiaga otsustasid insenerid, et seda on liiga vähe ning tuleb energiat drastiliselt vähendada. Seetõttu on standardis ette nähtud jaotamine kaheks erinevaks raadiotüübiks — Põhikommunikatsiooniraadio (PCR) ja Ülessärkamise Raadio (WUR). Kui esimese funktsioon on selge, mis on peamine raadio, mis edastab ja võtab vastu andmeid, siis teise puhul on asi vähem selge. Tegelikult esindab WUR enamikul juhtudel peamiselt kuulamisseadet (RX) ja selle eesmärk on tarbida töötamiseks väga vähe energiat. Selle peamine ülesanne on saada äratussignaal AP-lt ja aktiveerida PCR. See tähendab, et selline meetod vähendab külma käivitamise aega oluliselt ning lubab seadmeid äratada kindlaksmääratud aja jooksul maksimaalse täpsusega. See on äärmiselt kasulik, kui teil on näiteks mitte kümme seadet, vaid sada kümme ja peate lühikese aja jooksul igasuguste andmetega vahetama. Lisaks liigub äratamise sageduse ja perioodilisuse loogika AP poole. Kui näiteks LoRAWAN-is rakendatakse PUSH metodoloogiat, kus teostavad seadmed ärkavad üles ja edastavad midagi eetrisse, samas kui kõik muu aeg magavad, siis antud juhul on vastupidi — AP otsustab, millal ja milline seade peab ärkama, samas kui teosed seadmed... ei magagi alati.

Nüüd liigume kaadriformaatide ja ühilduvuse tagamise juurde. Kui 802.11ah, kui esimene katse, loodi 868/915 MHz sagedusvahemike jaoks või lihtsalt SUB-1GHz jaoks, siis 802.11ba on mõeldud juba 2.4GHz ja 5GHz sagedusvahemikele. Varasemates "uutes" standardites saavutati ühilduvus preambuliga, mis oli vanematele seadmetele arusaadav. See tähendab, et alati arvati, et vanematel seadmetel ei ole vajalik kogu kaadri ära tundmiseks, piisab, kui nad mõistavad, millal kaader algab ja kui kaua edastamine kestab. Just seda teavet nad preambulast võtavad. 802.11ba ei teinud erandit, kuna schéma on testitud ja proovitud (kulusid arvestamata, praegu seda teemat ei käsitle).

Seega, 802.11ba kaader näeb välja umbes nii:

Non-HT preambula ja lühike OFDM fragment BPSK modulaatsiooniga võimaldab kõigil 802.11a/g/n/ac/ax seadmetel kuulda edastamise algust ja mitte segada, minnes raadiosageduse jälgimise režiimi. Preambule järgneb sünkroonimisvälja (SYNC), mis on sisuliselt analoogne L-STF/L-LTF-iga. See on mõeldud seadme vastuvõtja sageduse seadmiseks ja sünkroniseerimiseks. Just sel hetkel muudab edastusseade kanalilaiuse 4MHz-ks. Miks? Kõik on väga lihtne. See on vajalik, et vähendada võimsust ja saavutada võrdne signaali ja müra suhe (SINR). Või jätta võimsus selliseks, nagu see on, ja saavutada märkimisväärne edastusulatus. Ütleksin, et see on üsna elegantne lahendus, lisaks võimaldab see tunduvalt vähendada energiaallikate nõudeid. Meenutame näiteks populaarset ESP8266. Edastusrežiimis 54 Mbps bitikiirusel ja 16dBm võimsusel tarbib see 196 mA, mis on liiga palju midagi sellist nagu CR2032. Kui vähendada kanalilaiust viis korda ja vähendada edastaja võimsust viis korda, siis me praktiliselt ei kaota edastusulatusest, kuid voolutarve väheneb näiteks umbes 50 mA peale. Seda ei ole kriitiline AP poolt, mis edastab raami WUR-ile, kuid pole ka paha. STA jaoks on see aga juba mõistlik, kuna madalam voolutarve võimaldab kasutada midagi sellist nagu CR2032 või akusid, mis on suunatud pikaajalisele energia säilitamisele madalate nimivoolude tühjenemisega. Loomulikult pole miski tasuta ja kanalilaiuse vähendamine toob kaasa kanalikiiruse languse ning ühe kaadri edastamise aja pikenemise.

Muide, kanalikiirusest. Standard praeguses vormis näeb ette kaks varianti 62.5 Kbps ja 250 Kbps. Kas tunnete ZigBee lõhna? See pole juhus, kuna selle kanalilaius on 2Mhz asemel 4Mhz, kuid erinev modulaat on suurema spektraalse tihedusega. Tulemuseks peaks 802.11ba seadmete tööulatus olema suurem, mis on IoT stsenaariumide jaoks siseruumides väga kasulik.

Kuigi, oodake… Sundida kogu piirkonna jaamu vaikima, kasutades samal ajal ainult 4 MHz 20 MHz ribast… "SEE ON RASKE JÄÄDVUS!" — ütlete teie ja teil on õigus. Aga ei, SEE ON TÕELINE RASKE JÄÄDVUS!

Standardis on ette nähtud võimalus kasutada alaribasid 40 MHz ja 80 MHz. Samal ajal võivad iga alariba andmeedastuskiirus olla erinevad, ja et ülekandeaeg oleks sünkroonitud, lisatakse raamile Padding. See tähendab, et seadmed saavad hõivata eetris kõiki 80 MHz, kuid kasutada neid ainult 16 MHz. See on tõeline raiskamine.

Muide, ümbritsevatel Wi-Fi seadmetel pole mingit võimalust mõista, mis seal õhus edastatakse. Sest 802.11ba raamide kodeerimiseks EI KASUTATA tavapärast OFDM-i. Jah, just nii, ühendus loobus sellest, mis oli aastaid töökindel. Klassikalise OFDM-i asemel kasutatakse Multi-Carrier (MC)-OOK modulaatorit. 4 MHz kanal jaguneb 16(?) alamsageduseks, millest igaüks kasutab Manchestert kodeerimist. Samuti on DATA väli loogiliselt jagatud lõikudeks, mis on 4 μs või 2 μs sõltuvalt andmeedastuskiirusest, ja igas sellises lõigus võib üksus vastata kas madala või kõrge kodeerimise tasemega. Selline lahendus, et vältida pikkade nullide või ühtede järjestust. Skrämblimine minimaalsetes mahutes.

MAC tase on samuti äärmiselt lihtsustatud. See sisaldab ainult järgmisi välju:

• Raami Kontrolli

  Võib võtta väärtusi Beacon, WuP, Discovery või mis tahes teine ​​valik tootja poolt.
  Beacon teenib ajasünkroonimist, WuP on mõeldud ühe või rühma seadmete äratamiseks, ja Discovery töötab STA-st AP suunas ning on loodud 802.11ba toetavate juurdepääsupunktide leidmiseks. Samuti edastatakse selles väljas raami pikkus, kui see ületab 48 bitti.

• ID

  Sõltuvalt raami tüübist võib see tuvastada AP, STA või STA rühma, kellele see raam on mõeldud. (Jah, seadmeid on võimalik äratada rühmades, seda nimetatakse groupcast äratusteks ja see on üsna lahe).

• Tüüp Sõltuv (TD)

  Seda on üsna paindlik väli. Just seal saab edastada täpset aega, signaali tarkvara/konfiguratsiooni värskendamisest versiooninumbri või midagi kasulikku, millest STA peaks teadma.

• Raami Kontrollsumma Väli (FCS)
  Siin on kõik lihtne. See on kontrollsumma

Aga et tehnoloogia töötaks, ei piisa ainult sobiva formaadiga kaadri saatmisest. STA ja AP peavad omavahel kokku leppima. STA edastab oma parameetrid, sealhulgas aja, mis on vajalik PCR-i initsialiseerimiseks. Kõik kokkulepped toimuvad tavaliste 802.11 raamidena, pärast mida võib STA PCR-i välja lülitada ja minna WUR-i aktiveerimisrežiimi. Ta võib isegi natuke uinuda, kui see on võimalik. Sest kui see on võimalik, siis tasub seda ära kasutada.
Seejärel algab veel üks väike väärtuslike milliampertundide pressimine, mida nimetatakse WUR Duty Cycle'iks. Midagi keerulist pole, lihtsalt STA ja AP leppivad kokku unegraafikus, nagu see oli TWT puhul. Pärast seda magab STA peamiselt, aeg-ajalt lülitades WUR-i sisse, et küsida: "Kas pole midagi kasulikku minu jaoks tulnud?" Ja ainult vajadusel äratab peamise raadio mooduli andmevahetuseks.

See muudab olukorra radikaalselt võrreldes TWT ja U-APSD-ga, eks?

Ja nüüd oluline nüanss, mille peale ei tule kohe mõtlema. WUR ei pea tingimata töötama samal sagedusel kui peamine moodul. Vastupidi, on soovitatav ja soovitav, et see töötaks teisel kanalil. Sellisel juhul ei sega 802.11ba funktsionaalsus võrgu tööd ja vastupidi, seda saab kasutada kasuliku teabe edastamiseks. Asukoht, naaberliste nimekiri ja palju muud teiste 802.11 standardite kontekstis, näiteks 802.11k/v. Ja millised võimalused avanevad Mesh-võrkudele... Aga see on eraldi artikli teema.

Mis puutub standardsesse dokumendi saatusesse, siis on hetkel juba valmis Draft 6.0 koos kinnituse määraga: 96%. Seega võib sel aastal oodata tõelist standardit või vähemalt esimesi rakendusi. Ja kui ulatuslikuks see saab, näitab ainult aeg.

Nii see on... (c) EvilWirelesMan.

Soovitatav kirjandus tutvumiseks:

IEEE 802.11ba — Äärmiselt madala energia tarbimisega Wi-Fi massiivse asjade interneti jaoks — Väljakutsed, avatud küsimused, jõudluse hindamine

IEEE 802.11ba: Madala energiatarbega äratusraadio rohelise IoT jaoks

IEEE 802.11-Enabled äratusraadio: Kasutusjuhud ja rakendused

Allikas: habr.com