Nedávno som na rôznych iných stránkach a vo svojom blogu hovoril o tom, že ZigBee je mŕtvy a stewardku by už bolo treba pochovať. Na to, aby ste robili dobrú tvár pri zlej hre s Thread, ktorý funguje nad IPv6 a 6LowPan, stačí lepšie prispôsobený Bluetooth (LE). Ale o tom sa budem môcť zmieniť niekedy nabudúce. Dnes sa budeme zaoberať tým, ako sa pracovná skupina výboru dobre zamyslela druhýkrát po 802.11ah a rozhodla, že nastal čas pridať do súboru štandardov 802.11 plnohodnotnú verziu niečoho ako LRLP (Long-Range Low-Power), v súlade s LoRA. Avšak to sa ukázalo ako neuskutočniteľné bez toho, aby sa obetovala svätá krava spätnej kompatibility. Nakoniec sa od Long-Range upustilo a zostalo len Low-Power, čo je tiež veľmi dobré. Vznikla zmes 802.11 + 802.15.4, alebo jednoducho Wi-Fi + ZigBee. To znamená, že nová technológia nie je konkurentom pre riešenia LoraWAN, ale naopak, je vytvorená na to, aby ich dopĺňala.
Tak, začnime s tým najdôležitejším — Teraz by zariadenia so podporou 802.11ba mali mať dva rádiové moduly. Zjavne, inžinieri po pohľade na 802.11ah/ax s ich technológiou Target Wake Time (TWT) usúdili, že to nestačí a je potrebné radikálne znížiť spotrebu energie. Na tento účel štandard predpokladá rozdelenie na dva rôzne typy rádií — Primárne komunikačné rádio (PCR) a Rádiový modul na prebudenie (WUR). Kým v prípade prvého je to jasné, je to hlavné rádio, ktoré prenáša a prijíma údaje, s druhým to nie je až také jasné. Fakticky, WUR predstavuje predovšetkým prijímacie zariadenie (RX) a v ideálnom prípade by malo spotrebovať veľmi málo energie na fungovanie. Jeho hlavná úloha je prijímať signál prebudenia od AP a zapnúť PCR. Týmto spôsobom sa významne znižuje čas studeného štartu a umožňuje presné prebudenie zariadení v stanovenom čase. To je veľmi užitočné, keď máte, povedzme, nie desať zariadení, ale sto desať a potrebujete si s každým za krátky čas vymeniť údaje. Navyše, logika frekvencie a periodicity prebudenia prechádza na stranu AP. Ak, povedzme, v LoRAWAN sa aplikuje PUSH metodológia, kedy vykonávacie zariadenia sa samy prebúdza a niečo prenášajú do éteru, a po zvyšok času spia, tak v tomto prípade je to naopak, AP rozhoduje, kedy a ktoré zariadenie by sa malo prebudiť, a samotné vykonávacie zariadenia... nie vždy spia.
Teraz prejdeme k formátom rámcov a zabezpečeniu kompatibility. Ak bol 802.11ah ako prvý pokus vytvorený pre pásma 868/915 MHz alebo jednoducho SUB-1GHz, 802.11ba je už určený pre pásma 2.4GHz a 5GHz. V predchádzajúcich „nových“ štandardoch bola kompatibilita dosiahnutá prostredníctvom preambuly, ktorá bola zrozumiteľná starším zariadeniam. To znamená, že sa vždy počítalo s tým, že staré zariadenia nemusia úplne rozpoznať celý rámec, stačí, aby pochopili, kedy sa tento rámec začne a ako dlho bude trvať prenos. Presne tieto informácie čerpajú z preambuly. 802.11ba nebol výnimkou, keďže schéma bola overená a osvedčená (otázku nákladov zatiaľ vynechajme).
Výsledkom je, že rámec 802.11ba vyzerá takto:
Non-HT preámbulum a krátky fragment OFDM s moduláciou BPSK umožňuje všetkým zariadeniam 802.11a/g/n/ac/ax počuť začiatok prenosu tohto rámca a nezasahovať, prechádzajúc do režimu počúvania éteru. Po preamble nasleduje pole synchronizácie (SYNC), ktoré je vlastne analogické L-STF/L-LTF. Slúži na to, aby umožnilo dolaďovanie frekvencie a synchronizáciu prijímača zariadenia. A práve v tomto okamihu prechádza vysielacie zariadenie na inú šírku kanála 4MHz. Prečo? Všetko je veľmi jednoduché. Je to potrebné na to, aby sa mohla znížiť výkon a dosiahnuť porovnateľný pomer signálu k šumu (SINR). Alebo nechať výkon tak, ako je a dosiahnuť výrazné zvýšenie dosahu prenosu. Povedal by som, že je to veľmi elegantné riešenie, navyše umožňujúce výrazne znížiť požiadavky na zdroje napájania. Spomeňme napríklad veľmi populárny ESP8266. V režime prenosu s použitím bitovej rýchlosti 54 Mbps a výkonom 16dBm spotrebováva 196 mA, čo je neznesiteľne veľa na niečo ako CR2032. Ak znížime šírku kanála päťkrát a znížime výkon vysielača päťkrát, prakticky nestratíme v dosahu prenosu, ale spotreba prúdu sa dá značne znížiť, povedzme, na približne 50 mA. Nie je to tak, že by to bolo kritické zo strany AP, ktorá prenáša rámec pre WUR, ale aj tak je to niečo dobré. Pre STA to už má zmysel, pretože nižšia spotreba umožňuje použiť niečo ako CR2032 alebo akumulátory prispôsobené na dlhodobé uchovávanie energie s nízkymi nominálnymi vybíjacím prúdmi. Samozrejme, nič nie je zadarmo a zníženie šírky kanála povedie k zníženiu kanálovej rýchlosti s predĺžením času prenosu jedného rámca.
Mimochodom, o kanálovej rýchlosti. Štandard v súčasnej podobe predpokladá dve varianty 62,5 Kbps a 250 Kbps. Cítite, že to vyzerá ako ZigBee? Nie je to len tak, pretože má šírku kanála 2MHz namiesto 4MHz, ale iný typ modulácie s vyššou spektrálnou hustotou. Výsledkom toho by mal byť väčší rádius pôsobenia pre zariadenia 802.11ba, čo je pre IoT scenáre v interiéroch veľmi výhodné.
Ako, počkajte chvíľku… Nútiť všetky stanice v okolí mlčať, pričom využívajú iba 4 MHz z pásma 20 MHz… "TO JE VEĽKÁ MARNOTRATNOSŤ!" — poviete a budete mať pravdu. Ale nie, TU JE OPRAVDOVÁ MARNOTRATNOSŤ!
Štandard zahŕňa možnosť používať podkanály 40 MHz a 80 MHz. Pri tom môžu byť bitraty každého podkanála rôzne, a aby sa zladili na čas vysielania, na koniec rámca sa pridáva Padding. Teda, zariadenie môže zaberať vysielací čas na všetkých 80 MHz, ale používať ho len na 16 MHz. To je už naozaj marnotratnosť.
Mimochodom, ostatné Wi-Fi zariadenia nemajú šancu pochopiť, čo sa vysiela do vzduchu. Pretože na kódovanie 802.11ba rámcov sa NEPOUŽÍVA obvyklé OFDM. Áno, takto laicky sa aliancia vzdala toho, čo spoľahlivo fungovalo dlhé roky. Namiesto klasického OFDM sa používa modulácia Multi-Carrier (MC)-OOK. Kanál 4 MHz je rozdelený na 16(?) podnosných, z ktorých každá používa manchesterské kódovanie. Pri tom je samotné pole DATA ešte aj logicky rozdelené na úseky po 4 μs alebo 2 μs v závislosti od bitratu, a v každom takom úseku môže zodpovedať za jednotku nízky alebo vysoký úroveň kódovania. Takéto riešenie pre zabránenie dlhým sekvenciám núl alebo jednotiek. Skreble na minimálnych úrovniach.
Úroveň MAC je tiež extrémne zjednodušená. Obsahuje iba nasledujúce polia:
- Frame Control
Môže mať hodnoty Beacon, WuP, Discovery alebo akékoľvek iné podľa výberu dodávateľa.
Beacon slúži na synchronizáciu času, WuP je určený na prebudenie jedného alebo skupiny zariadení, a Discovery funguje naopak od STA k AP a je určený na vyhľadávanie prístupových bodov podporujúcich 802.11ba. Taktiež v tomto poli sa prenáša dĺžka rámca, ak presahuje 48 bitov. - ID
V závislosti od typu rámca môže identifikovať AP alebo STA alebo skupinu STA, pre ktorú je tento rámec určený. (Áno, je možné prebudenie zariadení skupinovo, nazýva sa to groupcast wake-ups a je to dosť zaujímavé).
- Type Dependent (TD)
Celkom flexibilné pole. Práve v ňom sa môže prenášať presný čas, signál o aktualizácii firmvéru/konfigurácie s číslom verzie alebo niečo užitočné, o čom by STA malo vedieť.
- Frame Checksum Field (FCS)
Tu je to jednoduché. Toto je kontrolná suma
Aby technológia fungovala, nestačí len poslať snímku v požadovanom formáte. STA a AP sa musia dohodnúť. STA oznamuje svoje parametre, vrátane času potrebného na inicializáciu PCR. Všetko vyjednávanie prebieha s použitím bežných rámcov 802.11, po čom môže STA odpojiť PCR a prejsť do režimu aktivácie WUR. Môže sa dokonca trochu pospať, ak je to možné. Pretože ak je to možné, je lepšie toho využiť.
Ďalej sa začína ešte malé výťahovanie cenných miliampérhodín s názvom WUR Duty Cycle. Nie je na tom nič zložité, STA a AP sa dohodnú o spánkovom harmonograme podobne ako to bolo pre TWT. Po tom STA prevažne spí, občas zapína WUR, aby si vypočulo: „Neprišlo mi niečo užitočné?“ A len v prípade potreby prebudí hlavný rádiomodul na výmenu dát.
Rozhodne to mení situáciu v porovnaní s TWT a U-APSD, však?
A teraz dôležitý aspekt, na ktorý sa hneď nemyslí. WUR nemusí nevyhnutne fungovať na tej istej frekvencii ako hlavný modul. Naopak, odporúča sa, aby fungoval na inom kanáli. V takom prípade funkčnosť 802.11ba nijakým spôsobom nebráni práci siete a naopak môže byť použitá na distribúciu užitočných informácií. Location, Neighbour List a mnohé iné v rámci iných štandardov 802.11, napríklad 802.11k/v. A už aké výhody to otvára pre Mesh siete… Ale to je téma na samostatný článok.
Pokiaľ ide o osud samotného štandardu ako dokumentu, . To znamená, že v tomto roku môžeme očakávať skutočný štandard, alebo aspoň prvé realizácie. A to, aké rozšírenie dostane — ukáže len čas.
Takéto veci… (c) .
Odporúčaná literatúra na preštudovanie:
Zdroj: habr.com
