Nie tak dawno temu w różnych zasobach i na swoim blogu wspominałem o tym, że ZigBee nie żyje i czas pochować stewardessę. Aby zrobić dobrą minę w złej grze, gdy Thread działa na IPv6 i 6LowPan, wystarczy bardziej odpowiedni do tego Bluetooth (LE). Ale o tym opowiem innym razem. Dzisiaj porozmawiamy o tym, jak grupa robocza komisji zdecydowała się dwa razy pomyśleć po 802.11ah i zdecydowała, że nadszedł czas, aby dodać do puli standardów 802.11 pełnoprawną wersję czegoś w rodzaju LRLP (Long-Range Low-Power), podobnie do LoRA. Okazało się to jednak niemożliwe do wdrożenia bez uboju świętej krowy wstecznej kompatybilności. W rezultacie porzucono Long-Range i pozostał tylko Low-Power, co również jest bardzo dobre. Rezultatem była mieszanka 802.11 + 802.15.4, czyli po prostu Wi-Fi + ZigBee. Oznacza to, że można powiedzieć, że nowa technologia nie jest konkurentem rozwiązań LoraWAN, a wręcz przeciwnie, jest tworzona, aby je uzupełniać.
Zacznijmy więc od najważniejszej rzeczy – teraz urządzenia obsługujące standard 802.11ba powinny posiadać dwa moduły radiowe. Najwyraźniej, po przyjrzeniu się standardowi 802.11ah/ax z technologią Target Wake Time (TWT), inżynierowie zdecydowali, że to nie wystarczy i muszą radykalnie zmniejszyć zużycie energii. Dlaczego norma przewiduje podział na dwa różne typy radiotelefonów – radiostację podstawową (PCR) i radio typu Wake-Up (WUR). Jeśli w pierwszym wszystko jest jasne, to jest główne radio, przesyła i odbiera dane, to w drugim nie jest już tak dużo. W rzeczywistości WUR jest głównie urządzeniem podsłuchowym (RX), którego działanie zużywa bardzo mało energii. Jego głównym zadaniem jest odebranie sygnału pobudzenia z AP i umożliwienie PCR. Oznacza to, że ta metoda znacznie skraca czas zimnego startu i pozwala obudzić urządzenia o określonej godzinie z maksymalną dokładnością. Jest to bardzo przydatne, gdy masz np. nie dziesięć urządzeń, ale sto dziesięć i musisz w krótkim czasie wymieniać dane z każdym z nich. Dodatkowo logika częstotliwości i okresowości przebudzenia przesuwa się na stronę AP. Jeśli, powiedzmy, LoRAWAN stosuje metodologię PUSH, gdy same aktuatory budzą się i transmitują coś na antenie, a resztę czasu śpią, to w tym przypadku odwrotnie, AP decyduje, kiedy i które urządzenie ma się obudzić, i same siłowniki... nie zawsze śpią.
Przejdźmy teraz do formatów ramek i kompatybilności. Jeśli przy pierwszej próbie 802.11ah został stworzony dla pasm 868/915 MHz lub po prostu SUB-1 GHz, to 802.11ba jest już przeznaczony dla pasm 2.4 GHz i 5 GHz. W poprzednich „nowych” standardach kompatybilność osiągano poprzez preambułę zrozumiałą dla starszych urządzeń. Oznacza to, że zawsze kalkulowano, że starsze urządzenia niekoniecznie muszą być w stanie rozpoznać całą ramkę; wystarczy, że zrozumieją, kiedy ta ramka się rozpocznie i jak długo będzie trwała transmisja. To właśnie te informacje czerpią z preambuły. Standard 802.11ba nie był wyjątkiem, ponieważ schemat jest sprawdzony i sprawdzony (na razie pominiemy kwestię kosztów).
W rezultacie ramka 802.11ba wygląda mniej więcej tak:
Preambuła inna niż HT i krótki fragment OFDM z modulacją BPSK pozwalają wszystkim urządzeniom 802.11a/g/n/ac/ax usłyszeć początek transmisji tej ramki i nie przeszkadzać, przechodząc w tryb nasłuchiwania rozgłoszeniowego. Po preambule następuje pole synchronizacji (SYNC), które jest zasadniczo analogiem L-STF/L-LTF. Służy do umożliwienia regulacji częstotliwości i synchronizacji odbiornika urządzenia. I właśnie w tym momencie urządzenie nadawcze przełącza się na inną szerokość kanału 4 MHz. Po co? Wszystko jest bardzo proste. Jest to konieczne, aby można było zmniejszyć moc i uzyskać porównywalny stosunek sygnału do szumu (SINR). Lub zostaw moc bez zmian i osiągnij znaczny wzrost zasięgu transmisji. Powiedziałbym, że to bardzo eleganckie rozwiązanie, które jednocześnie pozwala znacząco obniżyć wymagania stawiane zasilaczom. Przypomnijmy sobie na przykład popularny ESP8266. W trybie transmisji z szybkością transmisji 54 Mb/s i mocą 16 dBm zużywa 196 mA, co jest zaporowo wysokie jak na urządzenie takie jak CR2032. Jeśli zmniejszymy szerokość kanału pięciokrotnie i pięciokrotnie zmniejszymy moc nadajnika, to praktycznie nie stracimy zasięgu transmisji, ale pobór prądu zmniejszy się powiedzmy do około 50 mA. Nie żeby było to krytyczne ze strony punktu dostępowego przesyłającego ramkę dla WUR, ale nadal nie jest źle. Ale w przypadku STA ma to już sens, ponieważ mniejsze zużycie pozwala na użycie czegoś takiego jak CR2032 lub akumulatorów przeznaczonych do długotrwałego magazynowania energii przy niskich znamionowych prądach rozładowania. Oczywiście nie ma nic za darmo i zmniejszenie szerokości kanału spowoduje zmniejszenie prędkości kanału wraz ze wzrostem czasu transmisji odpowiednio o jedną klatkę.
Nawiasem mówiąc, o prędkości kanału. Standard w obecnej formie przewiduje dwie opcje: 62.5 Kbps i 250 Kbps. Czy czujesz zapach ZigBee? Nie jest to łatwe, ponieważ ma szerokość kanału 2 MHz zamiast 4 MHz, ale inny rodzaj modulacji o większej gęstości widmowej. W rezultacie zasięg urządzeń 802.11ba powinien być większy, co jest bardzo przydatne w scenariuszach IoT w pomieszczeniach.
Chociaż, chwileczkę… Zmuszanie wszystkich stacji w okolicy do wyciszenia, wykorzystując jedynie 4 MHz pasma 20 MHz… „TO JEST MARNOSTWO!” - powiesz i będziesz miał rację. Ale nie, to jest prawdziwe marnotrawstwo!
Standard zapewnia możliwość wykorzystania podkanałów 40 MHz i 80 MHz. W tym przypadku bitrate każdego podkanału może być inny i aby dopasować się do czasu transmisji, na końcu klatki dodawane jest Padding. Oznacza to, że urządzenie może zajmować czas antenowy na wszystkich 80 MHz, ale używać go tylko na 16 MHz. To jest prawdziwe marnotrawstwo.
Nawiasem mówiąc, otaczające urządzenia Wi-Fi nie mają szans na zrozumienie tego, co jest tam nadawane. Ponieważ zwykły OFDM NIE jest używany do kodowania ramek 802.11ba. Tak, właśnie w ten sposób sojusz porzucił to, co przez wiele lat działało bez zarzutu. Zamiast klasycznej OFDM stosowana jest modulacja Multi-Carrier (MC)-OOK. Kanał 4 MHz jest podzielony na 16 (?) podnośnych, z których każda wykorzystuje kodowanie Manchester. Jednocześnie samo pole DATA jest również logicznie podzielone na segmenty po 4 μs lub 2 μs w zależności od przepływności, a w każdym takim segmencie niski lub wysoki poziom kodowania może odpowiadać jednemu. Jest to rozwiązanie pozwalające uniknąć długich sekwencji zer lub jedynek. Walka o płacę minimalną.
Poziom MAC jest również niezwykle uproszczony. Zawiera tylko następujące pola:
- Kontrola ramek
Może przyjmować wartości Beacon, WuP, Discovery lub dowolną inną wartość wybraną przez dostawcę.
Beacon służy do synchronizacji czasu, WuP służy do wybudzania jednego lub grupy urządzeń, a Discovery działa w odwrotnym kierunku, od STA do AP i ma na celu znalezienie punktów dostępu obsługujących standard 802.11ba. Pole to zawiera również długość ramki, jeśli przekracza ona 48 bitów. - ID
W zależności od typu ramki może zidentyfikować punkt dostępowy AP, stację STA lub grupę stacji STA, do których przeznaczona jest ta ramka. (Tak, możesz wybudzać urządzenia w grupach, nazywa się to wybudzaniem grupowym i jest całkiem fajne).
- Zależny od typu (TD)
Dość elastyczne pole. To w nim można przesłać dokładny czas, sygnał o aktualizacji oprogramowania/konfiguracji z numerem wersji lub coś przydatnego, o czym STA powinna wiedzieć.
- Pole sumy kontrolnej ramki (FCS)
Tutaj wszystko jest proste. To jest suma kontrolna
Jednak aby technologia zadziałała, nie wystarczy po prostu wysłać ramkę w wymaganym formacie. STA i AP muszą się zgodzić. STA raportuje swoje parametry, w tym czas wymagany do zainicjowania PCR. Cała negocjacja odbywa się przy użyciu zwykłych ramek 802.11, po czym stacja STA może wyłączyć PCR i przejść do trybu włączania WUR. A może nawet się prześpij, jeśli to możliwe. Bo jeśli istnieje, to lepiej z niego skorzystać.
Następnie następuje nieco większe wyciśnięcie cennych miliamperogodzin, zwane cyklem pracy WUR. Nie ma nic skomplikowanego, po prostu STA i AP, analogicznie jak to było w przypadku TWT, uzgadniają harmonogram snu. Potem STA głównie śpi, od czasu do czasu włączając WUR, aby posłuchać „Czy przybyło dla mnie coś przydatnego?” I tylko w razie potrzeby budzi główny moduł radiowy do wymiany ruchu.
Radykalnie zmienia to sytuację w porównaniu z TWT i U-APSD, prawda?
A teraz ważny niuans, o którym nie myślisz od razu. WUR nie musi pracować na tej samej częstotliwości co moduł główny. Wręcz przeciwnie, pożądane i zalecane jest, aby działał on na innym kanale. W takim przypadku funkcjonalność 802.11ba w żaden sposób nie zakłóca działania sieci, a wręcz przeciwnie, może służyć do przesyłania przydatnych informacji. Lokalizacja, lista sąsiadów i wiele więcej w ramach innych standardów 802.11, na przykład 802.11k/v. A jakie korzyści otwierają się dla sieci Mesh... Ale to temat na osobny artykuł.
A zatem co do losów samego standardu jako dokumentu . Oznacza to, że w tym roku możemy spodziewać się prawdziwego standardu lub przynajmniej pierwszych wdrożeń. Czas pokaże, jak powszechne będzie to zjawisko.
Takie rzeczy... (c) .
Rekomendowane lektury:
Źródło: www.habr.com