Nie je to tak dávno, čo som na rôznych iných zdrojoch a na svojom blogu hovoril o tom, že ZigBee je mŕtvy a je čas pochovať letušku. Aby ste zlej hre dali dobrú tvár, keď Thread funguje nad IPv6 a 6LowPan, stačí na to vhodnejšie Bluetooth (LE). Ale o tom vám poviem inokedy. Dnes si povieme o tom, ako sa pracovná skupina výboru rozhodla po 802.11ah dvakrát zamyslieť a rozhodla, že je načase pridať do fondu štandardov 802.11 plnohodnotnú verziu niečoho ako LRLP (Long-Range Low-Power), podobne do LoRA. Ukázalo sa však, že to nie je možné realizovať bez zabitia posvätnej kravy spätnej kompatibility. V dôsledku toho sa od Long-Range upustilo a zostal len Low-Power, čo je tiež veľmi dobré. Výsledkom bola zmes 802.11 + 802.15.4, alebo jednoducho Wi-Fi + ZigBee. To znamená, že môžeme povedať, že nová technológia nie je konkurenciou k riešeniam LoraWAN, ale naopak, vytvára sa na ich doplnenie.
Začnime teda najdôležitejšou vecou – zariadenia, ktoré podporujú 802.11ba, by teraz mali mať dva rádiové moduly. Keď sa inžinieri pozreli na 802.11ah/ax s technológiou Target Wake Time (TWT), rozhodli sa, že to nestačí a potrebujú radikálne znížiť spotrebu energie. Prečo norma počíta s rozdelením na dva rôzne typy rádií – Primárne komunikačné rádio (PCR) a Wake-Up Radio (WUR). Ak je pri prvom všetko jasné, toto je hlavné rádio, ktoré prenáša a prijíma dáta, potom pri druhom to nie je tak veľa. V skutočnosti je WUR väčšinou odpočúvacie zariadenie (RX) a je navrhnuté tak, aby spotrebovalo veľmi málo energie. Jeho hlavnou úlohou je prijať signál prebudenia z AP a umožniť PCR. To znamená, že táto metóda výrazne znižuje čas studeného štartu a umožňuje prebudiť zariadenia v danom čase s maximálnou presnosťou. To je veľmi užitočné, keď máte povedzme nie desať zariadení, ale sto desať a potrebujete si s každým z nich v krátkom čase vymeniť dáta. Plus, logika frekvencie a periodicity prebúdzania sa presúva na stranu AP. Ak povedzme LoRAWAN používa metodiku PUSH, keď sa samotné aktuátory zobudia a prenesú niečo do éteru a zvyšok času prespia, potom v tomto prípade naopak AP rozhodne, kedy a ktoré zariadenie sa má zobudiť a samotné ovládače... nie vždy spia.
Teraz prejdime k formátom rámov a kompatibilite. Ak 802.11ah ako prvý pokus vznikol pre pásma 868/915 MHz alebo jednoducho SUB-1GHz, tak 802.11ba je už určený pre pásma 2.4GHz a 5GHz. V predchádzajúcich „nových“ štandardoch bola kompatibilita dosiahnutá prostredníctvom preambuly, ktorá bola zrozumiteľná pre staršie zariadenia. To znamená, že sa vždy počítalo, že staršie zariadenia nemusia nevyhnutne vedieť rozpoznať celý rámec, stačí, aby pochopili, kedy tento rámec začne a ako dlho bude prenos trvať. Práve tieto informácie preberajú z preambuly. 802.11ba nebola výnimkou, pretože schéma je overená a overená (problematiku nákladov budeme zatiaľ ignorovať).
Výsledkom je, že rámec 802.11ba vyzerá asi takto:
Non-HT preambula a krátky OFDM fragment s BPSK moduláciou umožňuje všetkým 802.11a/g/n/ac/ax zariadeniam počuť začiatok prenosu tohto rámca a nezasahovať do režimu počúvania vysielania. Po preambule nasleduje synchronizačné pole (SYNC), ktoré je v podstate analógom L-STF/L-LTF. Slúži na to, aby bolo možné nastaviť frekvenciu a synchronizovať prijímač zariadenia. A práve v tomto momente sa vysielacie zariadenie prepne na inú šírku kanálu 4 MHz. Prečo? Všetko je veľmi jednoduché. Je to potrebné, aby sa mohol znížiť výkon a dosiahnuť porovnateľný pomer signálu k šumu (SINR). Alebo ponechajte výkon tak, ako je, a dosiahnite výrazné zvýšenie dosahu prenosu. Povedal by som, že ide o veľmi elegantné riešenie, ktoré navyše umožňuje výrazne znížiť nároky na napájacie zdroje. Spomeňme si napríklad na obľúbené ESP8266. Vo vysielacom režime s bitovou rýchlosťou 54 Mbps a výkonom 16 dBm spotrebuje 196 mA, čo je na niečo ako CR2032 neúmerne vysoké. Ak päťnásobne zmenšíme šírku kanála a päťnásobne znížime výkon vysielača, potom prakticky nestratíme dosah prenosu, ale spotreba prúdu sa zníži o faktor, povedzme, asi na 50 mA. Nie, že by to bolo kritické zo strany AP, ktoré prenáša rámec pre WUR, ale stále to nie je zlé. Ale pre STA to už dáva zmysel, keďže nižšia spotreba umožňuje použiť niečo ako CR2032 alebo batérie určené na dlhodobé skladovanie energie s nízkymi menovitými vybíjacími prúdmi. Samozrejme, nič nie je zadarmo a zmenšenie šírky kanála povedie k zníženiu rýchlosti kanála so zvýšením prenosového času jedného rámca, resp.
Mimochodom, o rýchlosti kanála. Štandard v súčasnej podobe poskytuje dve možnosti: 62.5 Kbps a 250 Kbps. Cítite vôňu ZigBee? Nie je to jednoduché, pretože má šírku kanála 2 MHz namiesto 4 MHz, ale iný typ modulácie s vyššou spektrálnou hustotou. V dôsledku toho by mal byť rozsah zariadení 802.11ba väčší, čo je veľmi užitočné pre scenáre IoT v interiéri.
Aj keď, počkajte... Nútiť všetky stanice v okolí, aby mlčali, pričom sa využívajú len 4 MHz z 20 MHz pásma... „TOTO JE ODPADY!“ - povieš a budeš mať pravdu. Ale nie, TOTO JE SKUTOČNÝ ODPAD!
Štandard poskytuje možnosť používať 40 MHz a 80 MHz subkanály. V tomto prípade sa bitové rýchlosti každého subkanálu môžu líšiť a aby sa zhodoval s vysielacím časom, na koniec rámca sa pridá Padding. To znamená, že zariadenie môže zaberať vysielací čas na všetkých 80 MHz, ale používať ho iba na 16 MHz. Toto je skutočný odpad.
Mimochodom, okolité Wi-Fi zariadenia nemajú šancu pochopiť, čo sa tam vysiela. Pretože obvyklé OFDM sa NEPOUŽÍVA na kódovanie rámcov 802.11ba. Áno, práve takto sa aliancia slávne vzdala toho, čo fungovalo bezchybne mnoho rokov. Namiesto klasickej OFDM je použitá modulácia Multi-Carrier (MC)-OOK. 4MHz kanál je rozdelený na 16(?) subnosných, z ktorých každá používa kódovanie Manchester. Zároveň je aj samotné DATA pole logicky rozdelené na segmenty po 4 μs alebo 2 μs v závislosti od bitovej rýchlosti a v každom takomto segmente môže jednej zodpovedať nízka alebo vysoká úroveň kódovania. Toto je riešenie, ako sa vyhnúť dlhému sledu núl alebo jednotiek. Ťahanie za minimálne mzdy.
Úroveň MAC je tiež mimoriadne zjednodušená. Obsahuje iba nasledujúce polia:
- Ovládanie rámu
Môže mať hodnoty Beacon, WuP, Discovery alebo akúkoľvek inú hodnotu podľa výberu predajcu.
Beacon sa používa na synchronizáciu času, WuP je určený na prebudenie jedného alebo skupiny zariadení a Discovery funguje v opačnom smere od STA k AP a je určený na nájdenie prístupových bodov, ktoré podporujú 802.11ba. Toto pole obsahuje aj dĺžku rámca, ak presahuje 48 bitov. - ID
V závislosti od typu rámca môže identifikovať AP, alebo STA, alebo skupinu STA, ktorým je tento rámec určený. (Áno, zariadenia môžete zobudiť v skupinách, nazýva sa to skupinové prebudenie a je to celkom fajn).
- Závislý od typu (TD)
Celkom flexibilné pole. Práve v ňom sa dá prenášať presný čas, signál o aktualizácii firmvéru/konfigurácie s číslom verzie alebo niečo užitočné, o čom by mal STA vedieť.
- Pole kontrolného súčtu rámca (FCS)
Všetko je tu jednoduché. Toto je kontrolný súčet
Aby však technológia fungovala, nestačí len poslať snímku v požadovanom formáte. STA a AP musia súhlasiť. STA hlási svoje parametre vrátane času potrebného na inicializáciu PCR. Všetky vyjednávania prebiehajú pomocou bežných rámcov 802.11, po ktorých môže STA deaktivovať PCR a vstúpiť do režimu aktivácie WUR. Alebo si možno aj pospať, ak je to možné. Pretože ak existuje, je lepšie ho použiť.
Ďalej prichádza trochu viac stlačenia vzácnych miliampérhodin s názvom WUR Duty Cycle. Nie je nič zložité, len STA a AP, analogicky ako to bolo pre TWT, sa dohodnú na pláne spánku. Potom STA väčšinou spí, občas zapne WUR, aby si vypočul: „Prišlo pre mňa niečo užitočné? A iba v prípade potreby prebudí hlavný rádiový modul na výmenu informácií.
Radikálne mení situáciu v porovnaní s TWT a U-APSD, nie?
A teraz dôležitá nuansa, o ktorej okamžite nepremýšľate. WUR nemusí pracovať na rovnakej frekvencii ako hlavný modul. Naopak, je žiaduce a odporúčané, aby fungoval na inom kanáli. Funkcionalita 802.11ba v tomto prípade nijako nezasahuje do chodu siete a naopak sa dá využiť na odosielanie užitočných informácií. Umiestnenie, Zoznam susedov a oveľa viac v rámci iných štandardov 802.11, napríklad 802.11k/v. A aké výhody sa otvárajú pre siete Mesh... Ale to je téma na samostatný článok.
Čo sa týka osudu samotnej normy ako dokumentu, teda . To znamená, že tento rok môžeme očakávať skutočný štandard alebo aspoň prvé implementácie. Do akej miery bude rozšírená, ukáže až čas.
Takéto veci... (c) .
Odporúčané čítanie:
Zdroj: hab.com