{"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\/pl\/blog\/administrirovanie\/802-11ba-wur-ili-kak-skrestit-uzha-s-ezhom","title":{"rendered":"802.11ba (WUR) czyli jak skrzy\u017cowa\u0107 w\u0119\u017ca z je\u017cem","gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"text"}]},"content":{"rendered":"

Niedawno opowiada\u0142em na r\u00f3\u017cnych platformach i na swoim blogu, \u017ce ZigBee jest martwy i pora ju\u017c pochowa\u0107 stewardess\u0119. Aby zachowa\u0107 dobr\u0105 min\u0119 do z\u0142ej gry z Thread, dzia\u0142aj\u0105cym na IPv6 i 6LowPan, wystarczy bardziej przystosowane Bluetooth (LE). Ale o tym opowiem innym razem. Dzi\u015b mowa b\u0119dzie o tym, jak w grupie roboczej komitetu dobrze si\u0119 zastanowili po raz drugi po 802.11ah i postanowili, \u017ce nadszed\u0142 czas, aby doda\u0107 do zbioru standard\u00f3w 802.11 pe\u0142noprawn\u0105 wersj\u0119 czego\u015b w rodzaju LRLP (Long-Range Low-Power) na podobie\u0144stwo LoRA. Okaza\u0142o si\u0119 to jednak niemo\u017cliwe bez zniszczenia \u015bwi\u0119tej krowy kompatybilno\u015bci wstecznej. W efekcie zrezygnowano z Long-Range i pozosta\u0142o tylko Low-Power, co r\u00f3wnie\u017c jest bardzo dobre. Powsta\u0142a mieszanka 802.11 + 802.15.4, czyli po prostu Wi-Fi + ZigBee. Mo\u017cna wi\u0119c powiedzie\u0107, \u017ce nowa technologia nie jest konkurencj\u0105 dla rozwi\u0105za\u0144 LoraWAN, a wr\u0119cz przeciwnie, zosta\u0142a stworzona, aby je uzupe\u0142nia\u0107.
\n<\/a><\/noindex>
\nZacznijmy od najwa\u017cniejszego \u2014 urz\u0105dzenia wspieraj\u0105ce 802.11ba musz\u0105 mie\u0107 teraz dwa modu\u0142y radiowe. Wygl\u0105da na to, \u017ce po przyjrzeniu si\u0119 802.11ah\/ax z ich technologi\u0105 Target Wake Time (TWT), in\u017cynierowie stwierdzili, \u017ce to za ma\u0142o i konieczne jest radykalne obni\u017cenie zu\u017cycia energii. W tym celu standard przewiduje podzia\u0142 na dwa r\u00f3\u017cne typy radi\u00f3w \u2014 Primary Communication Radio (PCR) i Wake-Up Radio (WUR). W przypadku pierwszego wszystko jest jasne, to g\u0142\u00f3wne radio, kt\u00f3re przesy\u0142a i odbiera dane, ale z drugim nie jest to takie proste. W rzeczywisto\u015bci WUR to przede wszystkim urz\u0105dzenie nas\u0142uchuj\u0105ce (RX), kt\u00f3re ma zu\u017cywa\u0107 bardzo ma\u0142o energii w trakcie pracy. Jego g\u0142\u00f3wnym zadaniem jest odbieranie sygna\u0142u budzenia od AP i w\u0142\u0105czanie PCR. Innymi s\u0142owy, taka metoda znacznie zmniejsza czas zimnego startu i pozwala na precyzyjne budzenie urz\u0105dze\u0144 o okre\u015blonej porze. Jest to bardzo przydatne, gdy masz, powiedzmy, nie dziesi\u0119\u0107 urz\u0105dze\u0144, a sto dziesi\u0119\u0107 i musisz w kr\u00f3tkim czasie wymieni\u0107 dane z ka\u017cdym z nich. Dodatkowo, logika cz\u0119stotliwo\u015bci i okresowo\u015bci budzenia przechodzi na stron\u0119 AP. W przypadku, gdy w LoRAWAN stosuje si\u0119 metodologi\u0119 PUSH, w kt\u00f3rej urz\u0105dzenia wykonawcze same si\u0119 budz\u0105 i co\u015b przesy\u0142aj\u0105, podczas gdy przez reszt\u0119 czasu \u015bpi\u0105, to w tym przypadku jest wr\u0119cz przeciwnie \u2014 AP decyduje, kiedy i kt\u00f3re urz\u0105dzenie powinno si\u0119 obudzi\u0107, a same urz\u0105dzenia wykonawcze\u2026 nie zawsze \u015bpi\u0105.<\/p>\n

Przejd\u017amy teraz do format\u00f3w ramek i zapewnienia kompatybilno\u015bci. Je\u015bli 802.11ah jako pierwsza pr\u00f3ba by\u0142a tworzona dla zakres\u00f3w 868\/915 MHz, czyli po prostu SUB-1GHz, to 802.11ba ju\u017c jest przeznaczona dla zakres\u00f3w 2.4GHz i 5GHz. W poprzednich \u201enowych\u201d standardach kompatybilno\u015b\u0107 osi\u0105gano dzi\u0119ki preambule zrozumia\u0142ej dla starszych urz\u0105dze\u0144. Oznacza to, \u017ce za\u0142o\u017cenie zawsze by\u0142o takie, \u017ce starszym urz\u0105dzeniom nie jest potrzebna mo\u017cliwo\u015b\u0107 rozpoznawania ca\u0142ej ramki, wystarczy, \u017ce zrozumiej\u0105, kiedy ta ramka si\u0119 rozpocznie i jak d\u0142ugo b\u0119dzie trwa\u0142a transmisja. W\u0142a\u015bnie te informacje czerpi\u0105 z preambu\u0142y. 802.11ba nie sta\u0142a si\u0119 wyj\u0105tkiem, poniewa\u017c schemat jest sprawdzony i wypr\u00f3bowany (kwestia koszt\u00f3w na razie pozostaje pomini\u0119ta).<\/p>\n

W rezultacie ramka 802.11ba wygl\u0105da tak:<\/p>\n

\"802.11ba
\n
\nPreambu\u0142a Non-HT i kr\u00f3tki fragment OFDM z modulacj\u0105 BPSK pozwala wszystkim urz\u0105dzeniom 802.11a\/g\/n\/ac\/ax us\u0142ysze\u0107 pocz\u0105tek transmisji tego ramki i nie wtr\u0105ca\u0107 si\u0119, przechodz\u0105c w tryb nas\u0142uchiwania. Po preambule nast\u0119puje pole synchronizacji (SYNC), kt\u00f3re zasadniczo jest analogiczne do L-STF\/L-LTF. S\u0142u\u017cy ono do dostosowania cz\u0119stotliwo\u015bci i synchronizacji odbiornika urz\u0105dzenia. I to w\u0142a\u015bnie w tym momencie urz\u0105dzenie nadaj\u0105ce przechodzi na inn\u0105 szeroko\u015b\u0107 kana\u0142u wynosz\u0105c\u0105 4 MHz. Po co? Wszystko jest bardzo proste. To konieczne, aby zmniejszy\u0107 moc i osi\u0105gn\u0105\u0107 por\u00f3wnywalny stosunek sygna\u0142u do szum\u00f3w (SINR). Mo\u017cna te\u017c pozostawi\u0107 moc na tym samym poziomie i uzyska\u0107 znaczne zwi\u0119kszenie zasi\u0119gu transmisji. Powiedzia\u0142bym, \u017ce to do\u015b\u0107 eleganckie rozwi\u0105zanie, kt\u00f3re pozwala znacznie obni\u017cy\u0107 wymagania wzgl\u0119dem \u017ar\u00f3de\u0142 zasilania. Przypomnijmy na przyk\u0142ad popularny ESP8266. W trybie nadawania z wykorzystaniem przep\u0142ywno\u015bci 54 Mbps i moc\u0105 16dBm pobiera 196 mA, co jest bardzo du\u017co dla czego\u015b takiego jak CR2032. Je\u015bli pi\u0119ciokrotnie zmniejszymy szeroko\u015b\u0107 kana\u0142u i pi\u0119ciokrotnie zmniejszymy moc nadajnika, praktycznie nie stracimy na zasi\u0119gu, a pob\u00f3r pr\u0105du spadnie do oko\u0142o 50 mA. Nie \u017ceby to mia\u0142o kluczowe znaczenie dla AP, kt\u00f3re przesy\u0142a ramk\u0119 do WUR, ale i tak nie jest \u017ale. Natomiast dla STA ma to ju\u017c sens, poniewa\u017c mniejsze zu\u017cycie energii umo\u017cliwia korzystanie z baterii CR2032 lub akumulator\u00f3w zaprojektowanych do d\u0142ugoterminowego przechowywania energii przy niskich nominalnych pr\u0105dach roz\u0142adowania. Oczywi\u015bcie, nic nie jest za darmo, a zmniejszenie szeroko\u015bci kana\u0142u spowoduje spadek szybko\u015bci kana\u0142owej przy wyd\u0142u\u017ceniu czasu transmisji jednego ramki. <\/p>\n

A propos szybko\u015bci kana\u0142owej. Standard w obecnej formie przewiduje dwa warianty 62.5 Kbps i 250 Kbps. Czujecie, \u017ce przypomina to ZigBee? To nie przypadek, poniewa\u017c jego szeroko\u015b\u0107 kana\u0142u wynosi 2 MHz zamiast 4 MHz, ale z innym typem modulacji o wi\u0119kszej g\u0119sto\u015bci spektralnej. W rezultacie zasi\u0119g urz\u0105dze\u0144 802.11ba powinien by\u0107 wi\u0119kszy, co jest korzystne dla scenariuszy IoT wewn\u0105trz budynk\u00f3w.<\/p>\n

Chwileczk\u0119\u2026 Zmusza\u0107 wszystkie stacje w okolicy do milczenia, u\u017cywaj\u0105c tylko 4 MHz z pasma 20 MHz\u2026 \"TO JEST MARNOTRAWSTWO!\" \u2014 powiecie i macie racj\u0119. Ale nie, TO JEST PRAWDZIWE MARNOTRAWSTWO!<\/p>\n

\"802.11ba
\n
\nStandard przewiduje mo\u017cliwo\u015b\u0107 u\u017cywania podkana\u0142\u00f3w 40 MHz i 80 MHz. Przy tym bitrate ka\u017cdego podkana\u0142u mo\u017ce by\u0107 inny, a aby synchronizowa\u0107 transmisj\u0119 czasow\u0105, na ko\u0144cu ramki dodawany jest padding. Oznacza to, \u017ce urz\u0105dzenie mo\u017ce zajmowa\u0107 czas transmisji na wszystkich 80 MHz, a u\u017cywa\u0107 tylko 16 MHz. To ju\u017c prawdziwe marnotrawstwo.<\/p>\n

Zreszt\u0105, otaczaj\u0105ce urz\u0105dzenia Wi-Fi nie maj\u0105 \u017cadnych szans, aby zrozumie\u0107, co jest emitowane w eterze. Poniewa\u017c do kodowania ramki 802.11ba NIE u\u017cywa si\u0119 znanego im OFDM. Tak, w\u0142a\u015bnie tak sojusz zrezygnowa\u0142 z czego\u015b, co dzia\u0142a\u0142o niezawodnie przez wiele lat. Zamiast klasycznego OFDM stosuje si\u0119 modulacj\u0119 Multi-Carrier (MC)-OOK. Kana\u0142 4 MHz dzieli si\u0119 na 16(?) no\u015bnych, z kt\u00f3rych ka\u017cda wykorzystuje kodowanie Manchester. Przy tym samo pole DATA jest tak\u017ce logicznie podzielone na segmenty o d\u0142ugo\u015bci 4 \u03bcs lub 2 \u03bcs w zale\u017cno\u015bci od bitrate'u, a w ka\u017cdym z takich segment\u00f3w jednostka mo\u017ce by\u0107 reprezentowana przez niski lub wysoki poziom kodowania. Takie rozwi\u0105zanie ma na celu unikni\u0119cie d\u0142ugich ci\u0105g\u00f3w zer lub jedynek. Scrambling na minimalnych poziomach.<\/p>\n

\"802.11ba
\n
\nPoziom MAC r\u00f3wnie\u017c zosta\u0142 niezwykle uproszczony. Zawiera tylko nast\u0119puj\u0105ce pola:<\/p>\n