Nu cu mult timp, pe diverse resurse și în blogul meu, am discutat despre moartea ZigBee și despre cât de mult ar trebui să-l lăsăm în urmă. Pentru a face o impresie bună în fața unei tehnologii mai avantajoase, precum Thread, care funcționează pe IPv6 și 6LowPan, este suficient un Bluetooth (LE) mai bine adaptat. Dar despre asta voi vorbi altădată. Astăzi, ne concentrăm asupra faptului că grupul de lucru al comitetului a reflectat serios asupra celor discutate după 802.11ah și a decis că a venit vremea să adauge în standardele 802.11 o variantă completă de LRLP (Long-Range Low-Power), similară cu LoRA. Dar acest lucru s-a dovedit a fi imposibil fără a compromite compatibilitatea înapoi. Așadar, s-a renunțat la Long-Range și a mai rămas doar Low-Power, ceea ce este, de asemenea, foarte bine. A rezultat o combinație între 802.11 și 802.15.4 sau, simplu spus, Wi-Fi și ZigBee. Așa că, putem spune că noua tehnologie nu reprezintă un concurent pentru soluțiile LoRaWAN, ci, dimpotrivă, este creată pentru a le completa.
Așadar, să începem cu cel mai important — Acum, dispozitivele care suportă 802.11ba trebuie să aibă două module radio. Se pare că, după ce s-au uitat la 802.11ah/ax cu tehnologia lor Target Wake Time (TWT), inginerii au decis că aceasta nu este suficient și trebuie să reducă radical consumul de energie. Prin urmare, standardul preconizează împărțirea în două tipuri diferite de radio — Radio de Comunicație Principal (PCR) și Radio de Activare (WUR). Dacă pentru primul totul este clar, acesta este radio-ul principal care transmite și primește date, pentru al doilea nu este foarte clar. De fapt, WUR reprezintă în mare parte un dispozitiv de monitorizare (RX) și ar trebui să consume foarte puțină energie pentru a funcționa. Principala lui sarcină este să primească semnalul de activare de la AP și să activeze PCR. Asta înseamnă că, această metodă reduce semnificativ timpul de start la rece și permite activarea dispozitivelor la un moment specific cu precizie maximă. Acest lucru este foarte util când aveți, să spunem, nu zece dispozitive, ci o sută și zece și trebuie să schimbați date cu fiecare dintre ele într-un interval scurt de timp. În plus, logica frecvenței și a periodicității activării se mută în sarcina AP. Dacă, de exemplu, în LoRAWAN se aplică metodologia PUSH, când dispozitivele de executare se trezesc singure și transmit ceva în eter, iar tot restul timpului dorm, în acest caz, din contră, AP decide când și care dispozitiv trebuie să se trezească, iar dispozitivele de executare… nu dorm întotdeauna.
Acum să trecem la formatele cadrelor și la asigurarea compatibilității. Dacă 802.11ah, ca prima încercare, a fost creat pentru benzile de 868/915 MHz sau pur și simplu SUB-1GHz, atunci 802.11ba este deja destinat benzilor de 2.4GHz și 5GHz. În standardele anterioare „noi”, compatibilitatea se obținea printr-o preambulă, înțeleasă de dispozitivele mai vechi. Cu alte cuvinte, se calcula întotdeauna că dispozitivele mai vechi nu trebuie să aibă capacitatea de a recunoaște întreaga cadru, este suficient să înțeleagă când începe această cadru și cât timp va dura transmisia. Exact aceste informații le obțin din preambul. 802.11ba nu a fost o excepție, deoarece schema este testată și eficientă (vom lăsa deoparte problema costurilor pentru moment).
În final, cadrul 802.11ba arată cam așa:
Preludiul Non-HT și scurtul fragment OFDM cu modulația BPSK permite tuturor dispozitivelor 802.11a/g/n/ac/ax să audă începutul transmisiei acestui cadru și să nu intervină, trecând în modul de ascultare a frecvenței. După preludiu urmează câmpul de sincronizare (SYNC) care este, în esență, echivalentul L-STF/L-LTF. Acesta servește pentru a permite ajustarea frecvenței și sincronizarea receptorului dispozitivului. În acest moment, dispozitivul transmitător trece la o lățime de bandă diferită de 4MHz. De ce? Totul este foarte simplu. Este necesar pentru a reduce puterea și a obține o raport comparabil între semnal și zgomot (SINR). Sau putem lăsa puterea așa cum este și obține o creștere semnificativă a distanței de transmisie. Aș spune că aceasta este o soluție destul de elegantă, deoarece permite reducerea semnificativă a cerințelor privind sursele de alimentare. Să ne amintim, de exemplu, de popularul ESP8266. În modul de transmisie folosind o rată de biți de 54 Mbps și o putere de 16dBm, consumă 196 mA, ceea ce este extrem de mult pentru ceva de genul CR2032. Dacă reducem de cinci ori lățimea canalului și de cinci ori puterea emițătorului, practic nu vom pierde din distanța de transmisie, dar curentul consumat va scădea de mai multe ori, să zicem, aproximativ la 50 mA. Nu că ar fi critic din partea AP-ului care transmite cadrul pentru WUR, dar totuși, este bine. Însă, pentru STA, acest lucru are sens, deoarece un consum mai mic permite utilizarea justamente a ceva de genul CR2032 sau acumulatori concepuți pentru a păstra energia pe termen lung, cu curenți nominali scăzuți. Desigur, nimic nu este gratuit, iar reducerea lățimii canalului va conduce la o scădere a vitezei canalului, cu o creștere a timpului de transmisie a unui cadru, respectiv.
Apropo, despre viteza canalului. Standardul în forma sa actuală prevede două variante: 62.5 Kbps și 250 Kbps. Simțiți, ZigBee se simte? Nu este întâmplător, deoarece acesta are o lățime de bandă de 2Mhz în loc de 4Mhz, dar un alt tip de modulație cu o densitate spectrală mai mare. Ca urmare, raza de acțiune a dispozitivelor 802.11ba ar trebui să fie mai mare, ceea ce este foarte bine pentru scenariile IoT în interior.
Așteptați puțin... Să forțezi toate stațiile din jur să tacă, folosind doar 4 MHz din banda de 20 MHz... „ACEASTA ESTE O RĂSFAȚARE!” – veți spune și aveți dreptate. Dar nu, ACESTA ESTE RĂSFAȚAREA REALĂ!
Standardul prevede posibilitatea de a folosi subcanale de 40 MHz și 80 MHz. În acest caz, vitezele de transfer ale fiecărui subcanal pot fi diferite, iar pentru a se potrivi în timp cu transmisia, la sfârșitul cadrelor se adaugă Padding. Adică, un dispozitiv poate ocupa timpul de eter pe toate cele 80 MHz, dar îl folosește doar pe 16 MHz. Asta este cu adevărat o risipe.
Apropo, dispozitivele Wi-Fi din jur nu au nicio șansă să înțeleagă ce anume este transmis în eter. Deoarece pentru codificarea cadrelor 802.11ba nu se folosește OFDM-ul obișnuit. Da, așa s-a decis alianța să renunțe la ceea ce a funcționat fără probleme timp de mulți ani. În locul OFDM-ului clasic, se utilizează modularea Multi-Carrier (MC)-OOK. Canalul de 4 MHz este împărțit în 16(?) subportante, fiecare dintre ele folosind codificarea manchester. De asemenea, câmpul DATA este împărțit logic în segmente de 4 μs sau 2 μs, în funcție de viteza de transfer, iar în fiecare dintre aceste segmente, un nivel scăzut sau ridicat de codificare poate răspunde la unitate. Așa este concepută soluția pentru a evita secvențele lungi de zerouri sau unuuri. Scrambling minimal.
Nivelul MAC este, de asemenea, extrem de simplificat. Acesta conține doar următoarele câmpuri:
- Frame Control
Poate avea valori de Beacon, WuP, Discovery sau orice altceva ales de furnizor.
Beacon-ul servește pentru sincronizarea timpului, WuP este destinat trezirii unui sau a unui grup de dispozitive, iar Discovery functionează în sens invers de la STA la AP și este folosit pentru a căuta puncte de acces care suportă 802.11ba. De asemenea, în acest câmp se transmite lungimea cadrului, dacă depășește 48 de biți. - ID
În funcție de tipul cadrului, acesta poate identifica AP, STA sau un grup de STA cărora le este destinat cadrul respectiv. (Da, este posibil să trezești dispozitivele în grupuri, se numește wake-up-uri de grup și este destul de interesant).
- Type Dependent (TD)
Un câmp destul de flexibil. Aici poate fi transmis timpul exact, semnalul de actualizare a firmware-ului/configurației cu numărul versiunii sau ceva util ce ar trebui să știe STA.
- Frame Checksum Field (FCS)
Aici totul este simplu. Aceasta este o sumă de control
Dar pentru ca tehnologia să funcționeze, nu este suficient să trimitem un cadru într-un format adecvat. STA și AP trebuie să ajungă la un acord. STA își comunică parametrii, inclusiv timpul necesar pentru inițializarea PCR. Întreaga coordonare se desfășoară folosind frame-uri standard 802.11, după care STA poate dezactiva PCR și trece în modul de activare WUR. Poate chiar să doarmă puțin, dacă există această posibilitate. Pentru că, dacă există, este mai bine să fie folosită.
Apoi începe o mică extragere a miliamperelor-oră prețioase, numită WUR Duty Cycle. Nimic complicat, doar că STA și AP, similar cu ceea ce s-a făcut pentru TWT, se înțeleg asupra unui program de somn. După aceasta, STA stă în principal în repaus, activând din când în când WUR pentru a asculta „A primit cumva ceva util pentru mine?”. Și doar în caz de necesitate, activează modulul radio principal pentru schimbul de trafic.
Schimbă radical situația comparativ cu TWT și U-APSD, nu-i așa?
Și acum un detaliu important la care nu te gândești imediat. WUR nu trebuie neapărat să funcționeze pe aceeași frecvență ca și modulul principal. Dimpotrivă, este recomandat să funcționeze pe un canal diferit. În acest caz, funcționalitatea 802.11ba nu interferează cu rețeaua și, dimpotrivă, poate fi utilizată pentru trimiterea de informații utile. Location, Neighbour List și multe altele în cadrul altor standarde 802.11, de exemplu 802.11k/v. Iar avantajele deschise pentru rețelele Mesh... Dar acesta este un subiect pentru un alt articol.
În ceea ce privește soarta standardului ca document, . Asta înseamnă că, în acest an, se poate aștepta un standard adevărat sau măcar primele implementări. Cât de repede va fi adoptat — doar timpul va arăta.
Asta e... .
Literatură recomandată pentru documentare:
Sursa: habr.com
