Não faz muito tempo, escrevi em vários outros recursos e no meu blog que o ZigBee está morto e que é hora de enterrá-lo de vez. Para dar uma boa impressão do Thread, que funciona com IPv6 e 6LoWPAN, o Bluetooth (LE), mais otimizado, é suficiente. Mas falarei sobre isso em outra ocasião. Hoje, falarei sobre como o grupo de trabalho do comitê reavaliou o 802.11ah e decidiu que era hora de adicionar uma versão completa de algo como LRLP (Long-Range Low-Power), semelhante ao LoRa, ao conjunto de padrões 802.11. Mas isso se mostrou inviável sem sacrificar a vaca sagrada da retrocompatibilidade. No fim, o Long-Range foi abandonado, restando apenas o Low-Power, o que também é uma boa notícia. O resultado foi uma mistura de 802.11 + 802.15.4, ou simplesmente Wi-Fi + ZigBee. Ou seja, pode-se dizer que a nova tecnologia não é concorrente das soluções LoRaWAN, mas, pelo contrário, está sendo criada para complementá-las.
Então, vamos começar pelo mais importante: dispositivos compatíveis com 802.11ba agora precisam de dois módulos de rádio. Aparentemente, após analisarem o padrão 802.11ah/ax com sua tecnologia Target Wake Time (TWT), os engenheiros concluíram que isso não era suficiente e que precisavam reduzir drasticamente o consumo de energia. Para isso, o padrão prevê uma divisão em dois tipos diferentes de rádio: Rádio de Comunicação Primário (PCR) e Rádio de Ativação (WUR). Enquanto o primeiro é claro — é o rádio principal que transmite e recebe dados —, o segundo não é tão óbvio. O WUR é essencialmente um dispositivo de recepção (RX) e foi projetado para consumir muito pouca energia. Sua principal função é receber um sinal de ativação do ponto de acesso (AP) e habilitar o PCR. Esse método reduz significativamente o tempo de inicialização a frio e permite ativar dispositivos em um horário específico com máxima precisão. Isso é muito útil quando você tem, digamos, não dez dispositivos, mas cento e dez, e precisa trocar dados com cada um deles em um curto período de tempo. Além disso, a lógica para a frequência e periodicidade de ativação é transferida para o ponto de acesso (AP). Enquanto, por exemplo, o LoRaWAN usa uma metodologia PUSH, onde os atuadores são ativados e transmitem o sinal, permanecendo em repouso no restante do tempo, neste caso, é o oposto: o AP decide quando e qual dispositivo deve ser ativado, e os próprios atuadores... nem sempre permanecem em repouso.
Agora, vamos abordar os formatos de quadro e a compatibilidade. Enquanto o 802.11ah, em sua primeira tentativa, foi criado para as bandas de 868/915 MHz, ou simplesmente SUB-1 GHz, o 802.11ba foi projetado para as bandas de 2.4 GHz e 5 GHz. Em padrões "novos" anteriores, a compatibilidade era alcançada por meio de um preâmbulo compreensível por dispositivos mais antigos. Em outras palavras, presumia-se que os dispositivos mais antigos não precisavam necessariamente reconhecer o quadro inteiro; eles simplesmente precisavam entender quando o quadro começaria e quanto tempo a transmissão duraria. Eles extraem essas informações do preâmbulo. O 802.11ba não é exceção, pois seu design é comprovado e bem estabelecido (deixaremos a questão do custo de lado por enquanto).
O frame 802.11ba resultante tem uma aparência semelhante a esta:
Um preâmbulo não-HT e um pequeno fragmento OFDM com modulação BPSK permitem que todos os dispositivos 802.11a/g/n/ac/ax ouçam o início da transmissão deste quadro e não interfiram, alternando para o modo de escuta. O preâmbulo é seguido por um campo de sincronização (SYNC), essencialmente um análogo de L-STF/L-LTF. Ele serve para ajustar a frequência e sincronizar o receptor do dispositivo. E é neste ponto que o dispositivo transmissor alterna para uma largura de canal diferente de 4 MHz. Por quê? É muito simples. Isso é necessário para reduzir a potência e alcançar uma relação sinal-ruído (SINR) comparável. Ou, manter a potência inalterada e obter um aumento significativo no alcance de transmissão. Eu diria que esta é uma solução muito elegante, que também permite requisitos de alimentação significativamente menores. Considere, por exemplo, o popular ESP8266. Em modo de transmissão, utilizando uma taxa de bits de 54 Mbps e potência de 16 dBm, o consumo é de 196 mA, um valor proibitivo para uma bateria como a CR2032. Se reduzirmos a largura do canal e a potência do transmissor em cinco vezes, praticamente não perderemos alcance de transmissão, mas o consumo de corrente será significativamente reduzido, digamos, para cerca de 50 mA. Isso não é crítico para o ponto de acesso (AP) que transmite o quadro para WUR, mas ainda assim é aceitável. Para a estação (STA), no entanto, isso faz sentido, já que o menor consumo permite o uso de baterias como a CR2032 ou baterias projetadas para armazenamento de energia a longo prazo com baixas correntes de descarga nominais. Claro, nada é de graça, e a redução da largura do canal levará a uma diminuição na velocidade do canal, com um aumento correspondente no tempo de transmissão de um quadro.
Falando em velocidade de canal, o padrão atual oferece duas opções: 62.5 Kbps e 250 Kbps. Consegue sentir a influência do ZigBee aqui? Não é por acaso, já que ele possui uma largura de canal de 2 MHz em vez de 4 MHz, mas um tipo de modulação diferente com maior densidade espectral. Como resultado, os dispositivos 802.11ba devem ter um alcance maior, o que é muito útil para cenários de IoT em ambientes internos.
Mas espere um minuto... Forçar todas as estações da área a desligarem, usando apenas 4 MHz da banda de 20 MHz... "QUE DESPERDÍCIO!" você pode dizer, e você estaria certo. Mas não, ISSO É UM DESPERDÍCIO DE VERDADE!
O padrão permite o uso de subcanais de 40 MHz e 80 MHz. No entanto, as taxas de bits de cada subcanal podem ser diferentes e, para garantir a consistência dos tempos de transmissão, adiciona-se um preenchimento ao final do quadro. Isso significa que um dispositivo pode ocupar todo o tempo de transmissão em 80 MHz, mas utilizá-lo apenas em 16 MHz. Isso é um verdadeiro desperdício.
Aliás, dispositivos Wi-Fi próximos não têm a menor chance de entender o que está sendo transmitido. Isso porque os quadros 802.11ba NÃO são codificados usando o conhecido OFDM. Sim, foi assim que a aliança abandonou precipitadamente algo que funcionava perfeitamente há anos. Em vez do OFDM clássico, eles usam a modulação Multi-Carrier (MC)-OOK. O canal de 4 MHz é dividido em 16 (?) subportadoras, cada uma usando codificação Manchester. O próprio campo DATA também é dividido logicamente em segmentos de 4 μs ou 2 μs, dependendo da taxa de bits, e em cada segmento, um nível de codificação baixo ou alto pode representar um 1. Essa é uma solução para evitar longas sequências de zeros ou uns. Embaralhamento no seu mínimo.
A camada MAC também é extremamente simplificada. Ela contém apenas os seguintes campos:
- Controle de quadro
Pode assumir os valores Beacon, WuP, Discovery ou qualquer outro, a critério do fornecedor.
O Beacon é usado para sincronização de tempo, o WuP foi projetado para ativar um ou um grupo de dispositivos, e o Discovery funciona na direção oposta, da STA para o AP, e foi projetado para buscar pontos de acesso que suportem 802.11ba. Este campo também transmite o comprimento do quadro se ele exceder 48 bits. - ID
Dependendo do tipo de quadro, ele pode identificar o AP, STA ou grupo de STAs para o qual o quadro se destina. (Sim, você pode ativar dispositivos em grupos; isso se chama ativação por groupcast e é bem interessante.)
- Dependente do tipo (TD)
Este é um campo bastante flexível. Pode ser usado para transmitir a hora exata, um sinal de atualização de firmware/configuração com o número da versão ou qualquer outra informação útil que a estação (STA) deva ter em mente.
- Campo de soma de verificação do quadro (FCS)
É simples. É um dígito de verificação.
Mas, para a tecnologia funcionar, simplesmente enviar um quadro no formato necessário não é suficiente. A STA e o AP precisam negociar. A STA comunica seus parâmetros, incluindo o tempo necessário para inicializar o PCR. Todas as negociações ocorrem usando quadros padrão 802.11, após o que a STA pode desativar o PCR e entrar no modo de ativação WUR. Ou talvez até mesmo dormir um pouco, se possível. Porque, se você tem a oportunidade, é melhor aproveitá-la.
Em seguida, outra etapa de otimização do consumo de energia (miliampere-hora) começa, chamada de Ciclo de Trabalho do WUR. Não é nada complicado; a STA e o AP simplesmente combinam um cronograma de repouso, semelhante ao que foi feito para o TWT. Depois disso, a STA permanece em repouso na maior parte do tempo, ligando ocasionalmente o WUR para verificar se algo útil chegou e, somente quando necessário, ativa o módulo de rádio principal para trocar informações.
Isso muda a situação radicalmente em comparação com TWT e U-APSD, não é?
Aqui está um detalhe importante que você talvez não considere de imediato. O WUR não precisa necessariamente operar na mesma frequência que o módulo principal. Na verdade, é desejável e recomendável que opere em um canal diferente. Nesse caso, a funcionalidade 802.11ba não interfere de forma alguma na operação da rede e pode ser usada para distribuir informações úteis, como localização, lista de vizinhos e muito mais, dentro da estrutura de outros padrões 802.11, como o 802.11k/v. E as vantagens que as redes mesh oferecem... bem, isso é assunto para outro artigo.
Quanto ao destino da própria norma enquanto documento, Isso significa que podemos esperar um padrão verdadeiro, ou pelo menos as primeiras implementações, ainda este ano. Só o tempo dirá o quão difundido ele será.
É assim que é... (c) .
Literatura recomendada para revisão:
Fonte: habr.com
