802.11ba(WUR) 또는 고슴도치와 뱀을 건너는 방법

얼마 전 각종 자료와 제 블로그에서 지그비(ZigBee)가 죽었으니 이제 승무원을 묻어야 할 때가 됐다는 이야기를 한 적이 있습니다. IPv6와 6LowPan 위에서 Thread가 작동하는 나쁜 게임에 좋은 면모를 주기 위해서는 이에 더 적합한 Bluetooth(LE)이면 충분합니다. 하지만 이에 대해서는 나중에 말씀드리겠습니다. 오늘 우리는 위원회의 실무 그룹이 802.11ah 이후에 두 번 생각하기로 결정하고 802.11 표준 풀에 LRLP(Long-Range Low-Power)와 같은 정식 버전을 추가할 때라고 결정한 방법에 대해 이야기하겠습니다. LoRA에. 그러나 이는 하위 호환성의 성소를 도살하지 않고서는 구현이 불가능한 것으로 밝혀졌습니다. 결과적으로 Long-Range는 버리고 Low-Power만 남았다는 점 역시 매우 좋습니다. 그 결과는 802.11 + 802.15.4, 즉 단순히 Wi-Fi + ZigBee의 혼합이었습니다. 즉, 새로운 기술은 LoraWAN 솔루션의 경쟁자가 아니라 오히려 이를 보완하기 위해 만들어지고 있다고 말할 수 있습니다.

이제 가장 중요한 것부터 시작해 보겠습니다. 이제 802.11ba를 지원하는 장치에는 두 개의 무선 모듈이 있어야 합니다. 분명히 TWT(Target Wake Time) 기술이 포함된 802.11ah/ax를 살펴본 후 엔지니어들은 이것이 충분하지 않으며 전력 소비를 근본적으로 줄여야 한다고 결정했습니다. 표준이 두 가지 유형의 무선, 즉 PCR(Primary Communication Radio)과 WUR(Wake-Up Radio)로 구분하는 이유는 무엇입니까? 첫 번째로 모든 것이 명확하다면 이것이 메인 라디오이고 데이터를 전송 및 수신하고 두 번째로는 그다지 많지 않습니다. 실제로 WUR은 대부분 수신 장치(RX)이며 작동하는 데 매우 적은 전력을 소비하도록 설계되었습니다. 주요 임무는 AP로부터 wake-up 신호를 수신하고 PCR을 활성화하는 것입니다. 즉, 이 방법을 사용하면 콜드 스타트 ​​시간이 크게 줄어들고 특정 시간에 최대 정확도로 장치를 깨울 수 있습니다. 이는 예를 들어 XNUMX개가 아닌 XNUMX개의 장치가 있고 짧은 시간 내에 각 장치와 데이터를 교환해야 할 때 매우 유용합니다. 또한 각성의 빈도와 주기성에 대한 논리는 AP 측으로 이동합니다. 예를 들어 LoRAWAN이 액추에이터 자체가 깨어나 무선으로 무언가를 전송하고 나머지 시간 동안 휴면할 때 PUSH 방법을 사용한다면, 이 경우에는 반대로 AP가 언제, 어떤 장치가 깨어나야 하는지 결정하고, 액츄에이터 자체가... 항상 잠들지는 않습니다.

이제 프레임 형식과 호환성에 대해 살펴보겠습니다. 802.11ah가 첫 번째 시도로 868/915MHz 대역 또는 단순히 SUB-1GHz용으로 만들어진 경우 802.11ba는 이미 2.4GHz 및 5GHz 대역용으로 고안되었습니다. 이전의 "새" 표준에서는 이전 장치에서 이해할 수 있는 서문을 통해 호환성이 달성되었습니다. 즉, 구형 장치가 반드시 전체 프레임을 인식할 필요는 없으며 이 프레임이 언제 시작되고 전송이 얼마나 오래 지속되는지 이해하는 것으로 충분하다는 계산이 있었습니다. 그들이 서문에서 가져온 정보입니다. 802.11ba도 예외는 아니었습니다. 이 방식은 입증되고 입증되었기 때문입니다(지금은 비용 문제를 무시하겠습니다).

결과적으로 802.11ba 프레임은 다음과 같습니다.

비HT 프리앰블과 BPSK 변조가 포함된 짧은 OFDM 조각을 사용하면 모든 802.11a/g/n/ac/ax 장치가 이 프레임의 전송 시작 ​​부분을 듣고 간섭하지 않고 브로드캐스트 청취 모드로 들어갈 수 있습니다. 프리앰블 뒤에는 본질적으로 L-STF/L-LTF와 유사한 동기화 필드(SYNC)가 옵니다. 주파수를 조정하고 장치의 수신기를 동기화할 수 있도록 하는 역할을 합니다. 그리고 이 순간 전송 장치가 4MHz의 다른 채널 폭으로 전환됩니다. 무엇을 위해? 모든 것이 매우 간단합니다. 이는 전력을 줄이고 비슷한 SINR(신호 대 잡음비)을 달성하기 위해 필요합니다. 또는 전력을 그대로 두고 전송 범위를 크게 늘릴 수도 있습니다. 나는 이것이 전원 공급 장치에 대한 요구 사항을 크게 줄일 수 있는 매우 우아한 솔루션이라고 말하고 싶습니다. 예를 들어 인기있는 ESP8266을 기억해 봅시다. 54Mbps의 비트레이트와 16dBm의 전력을 사용하는 전송 모드에서는 196mA를 소비하는데, 이는 CR2032와 ​​같은 제품에 비해 엄청나게 높은 수치입니다. 채널 폭을 50배로 줄이고 송신기 전력을 2032배로 줄이면 전송 범위가 실질적으로 손실되지 않지만 전류 소비는 약 XNUMXmA 정도로 감소합니다. WUR용 프레임을 전송하는 AP 측에서는 이것이 중요하지는 않지만 여전히 나쁘지는 않습니다. 그러나 STA의 경우 이는 이미 의미가 있습니다. 소비량이 적으면 CRXNUMX와 ​​같은 제품이나 낮은 정격 방전 전류로 장기 에너지 저장용으로 설계된 배터리를 사용할 수 있기 때문입니다. 물론 무료로 제공되는 것은 없으며 채널 폭을 줄이면 한 프레임의 전송 시간이 증가함에 따라 채널 속도가 감소합니다.

그건 그렇고, 채널 속도에 대해. 현재 형식의 표준은 62.5Kbps와 250Kbps의 두 가지 옵션을 제공합니다. 지그비의 냄새가 느껴지나요? 이는 2Mhz가 아닌 4Mhz의 채널 폭을 가지지만 스펙트럼 밀도가 더 높은 다른 유형의 변조이기 때문에 쉽지 않습니다. 결과적으로 802.11ba 장치의 범위가 더 커져야 하며 이는 실내 IoT 시나리오에 매우 유용합니다.

그런데 잠깐만요... 4MHz 대역 중 20MHz만 사용하면서 해당 지역의 모든 무선국을 무음으로 만드는 것은... "이건 낭비입니다!" - 당신이 말할 것이고 당신이 옳을 것입니다. 하지만 아닙니다. 이것은 진짜 낭비입니다!

이 표준은 40MHz 및 80MHz 하위 채널을 사용할 수 있는 기능을 제공합니다. 이 경우 각 서브채널의 비트레이트가 다를 수 있으며, 방송 시간을 맞추기 위해 프레임 끝에 Padding을 추가합니다. 즉, 장치는 80MHz 전체에서 전파 시간을 차지할 수 있지만 16MHz에서만 사용할 수 있습니다. 이것은 진짜 낭비입니다.

그건 그렇고, 주변 Wi-Fi 장치는 그곳에서 방송되는 내용을 이해할 기회가 없습니다. 일반적인 OFDM은 802.11ba 프레임을 인코딩하는 데 사용되지 않기 때문입니다. 예, 그렇게 동맹은 수년 동안 완벽하게 작동했던 것을 포기한 것으로 유명합니다. 기존 OFDM 대신 MC(Multi-Carrier)-OOK 변조가 사용됩니다. 4MHz 채널은 16(?)개의 부반송파로 나누어지며, 각 부반송파는 맨체스터 인코딩을 사용합니다. 동시에 DATA 필드 자체도 비트 전송률에 따라 논리적으로 4μs 또는 2μs 세그먼트로 나뉘며, 이러한 각 세그먼트에서는 낮거나 높은 인코딩 수준이 하나에 해당할 수 있습니다. 이는 XNUMX이나 XNUMX의 긴 시퀀스를 방지하는 솔루션입니다. 최저임금으로 뒤죽박죽.

MAC 레벨도 매우 단순화되었습니다. 여기에는 다음 필드만 포함됩니다.

• 프레임 제어

  Beacon, WuP, Discovery 또는 공급업체가 선택한 다른 값을 사용할 수 있습니다.
  Beacon은 시간 동기화에 사용되고 WuP는 하나 또는 여러 장치 그룹을 깨우도록 설계되었으며 Discovery는 STA에서 AP까지 반대 방향으로 작동하며 802.11ba를 지원하는 액세스 포인트를 찾도록 설계되었습니다. 이 필드에는 프레임 길이가 48비트를 초과하는 경우에도 포함됩니다.

• ID

  프레임 유형에 따라 이 프레임이 의도된 AP, STA 또는 STA 그룹을 식별할 수 있습니다. (예, 그룹으로 장치를 깨울 수 있습니다. 이를 그룹캐스트 깨우기라고 하며 매우 좋습니다.)

• 유형에 따라 다름(TD)

  상당히 유연한 분야입니다. 정확한 시간, 버전 번호가 포함된 펌웨어/구성 업데이트에 대한 신호 또는 STA가 알아야 하는 유용한 정보가 전송될 수 있습니다.

• FCS(프레임 체크섬 필드)
  여기에서는 모든 것이 간단합니다. 체크섬입니다

그러나 기술이 작동하려면 단순히 필요한 형식으로 프레임을 보내는 것만으로는 충분하지 않습니다. STA와 AP가 동의해야 합니다. STA는 PCR을 초기화하는 데 필요한 시간을 포함하여 해당 매개변수를 보고합니다. 모든 협상은 일반 802.11 프레임을 사용하여 이루어지며, 그 후에 STA는 PCR을 비활성화하고 WUR 활성화 모드로 들어갈 수 있습니다. 아니면 가능하다면 잠을 좀 자도 좋습니다. 존재한다면 그것을 사용하는 것이 더 낫기 때문입니다.
다음은 WUR 듀티 사이클(Duty Cycle)이라는 소중한 밀리암페어 시간을 좀 더 압축하는 것입니다. 복잡한 것은 없습니다. TWT의 경우와 유사하게 STA와 AP만 수면 일정에 동의합니다. 그 후 STA는 대부분 잠을 자고 가끔씩 WUR을 켜서 "뭔가 유용한 것이 나에게 도착했나요?"라는 메시지를 듣습니다. 그리고 필요한 경우에만 트래픽 교환을 위해 기본 무선 모듈을 깨웁니다.

TWT 및 U-APSD에 비해 상황이 근본적으로 바뀌지 않습니까?

이제 즉시 생각하지 못하는 중요한 뉘앙스가 있습니다. WUR은 메인 모듈과 동일한 주파수에서 작동할 필요가 없습니다. 오히려 다른 채널에서 작업하는 것이 바람직하고 권장됩니다. 이 경우 802.11ba 기능은 어떤 방식으로도 네트워크 작동을 방해하지 않으며 반대로 유용한 정보를 전송하는 데 사용될 수 있습니다. 위치, 이웃 목록 등 다른 802.11 표준(예: 802.11k/v) 내에서 훨씬 더 많은 기능을 제공합니다. 그리고 메쉬 네트워크에 어떤 이점이 있는지... 그러나 이것은 별도의 기사의 주제입니다.

문서로서의 표준 자체의 운명은 다음과 같습니다. 현재 Draft 6.0이 승인율 96%로 준비되었습니다.. 즉, 올해 우리는 실제 표준이나 적어도 첫 번째 구현을 기대할 수 있습니다. 그것이 얼마나 널리 퍼질지는 시간만이 말해 줄 것입니다.

그런 것들... (c) EvilWireles남자.

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출처 : habr.com