802.11ba (WUR) oder wie man eine Schlange mit einem Igel kreuzt

Vor nicht allzu langer Zeit habe ich auf allen möglichen anderen Ressourcen und in meinem Blog darüber gesprochen, dass ZigBee tot ist und es Zeit ist, die Stewardess zu begraben. Um in einem schlechten Spiel ein gutes Gesicht zu machen, arbeitet Thread auf IPv6 und 6LowPan, das besser für dieses Bluetooth (LE) geeignet ist. Aber ich werde ein anderes Mal darüber sprechen. Heute werden wir darüber sprechen, wie das Komitee gearbeitet hatSie dachten zum zweiten Mal nach 802.11ah gut und beschlossen, dass es Zeit war, eine vollwertige Version von etwas wie LRLP (Long-Range Low-Power) in den 802.11-Standardpool aufzunehmen, der LoRA ähnelt. Dies war jedoch nicht möglich, ohne die heilige Kuh mit Rückwärtskompatibilität zu töten. Infolgedessen wurde Long-Range aufgegeben und nur Low-Power blieb übrig, was ebenfalls sehr gut ist. Das Ergebnis war eine Mischung aus 802.11 + 802.15.4 oder einfach Wi-Fi + ZigBee. Das heißt, wir können sagen, dass die neue Technologie kein Konkurrent zu LoraWAN-Lösungen ist, sondern geschaffen wurde, um sie zu ergänzen.

Beginnen wir also mit dem Wichtigsten: In Geräten mit Unterstützung für 802.11ba sollten jetzt zwei Funkmodule vorhanden sein. Anscheinend haben die Ingenieure bei der Betrachtung von 802.11ah / Axe mit ihrer TWT-Technologie (Target Wake Time) entschieden, dass dies nicht ausreicht und dass der Energieverbrauch drastisch gesenkt werden sollte. Warum der Standard die Trennung in zwei verschiedene Arten von Funk vorsieht - Primärkommunikationsfunk (PCR) und Weckfunk (WUR). Wenn mit dem ersten alles klar ist, ist es hier das Hauptradio, es sendet und empfängt Daten, aber mit dem zweiten ist es nicht sehr. Tatsächlich ist WUR größtenteils ein Abhörgerät (RX) und sollte konstruktionsbedingt nur sehr wenig Strom verbrauchen. Seine Hauptaufgabe besteht darin, ein Wecksignal vom AP zu empfangen und die PCR einzuschalten. Also,Diese Methode reduziert die Kaltstartzeit erheblich und ermöglicht es Ihnen, das Gerät zu einem bestimmten Zeitpunkt mit maximaler Genauigkeit aufzuwecken. Dies ist sehr nützlich, wenn Sie beispielsweise nicht zehn Geräte, sondern einhundertzehn haben und in kurzer Zeit Daten mit jedem von ihnen austauschen müssen. Außerdem bewegt sich die Logik der Frequenz und Periodizität des Erwachens zur AP-Seite. Wenn beispielsweise die PUSH-Methode in LoRAWAN angewendet wird, wenn die Aktuatoren selbst aufwachen und etwas senden und den Rest der Zeit schlafen, dann entscheidet in diesem Fall der AP im Gegenteil, wann und welches Gerät aufwachen soll, und die Aktuatoren selbst ... nicht immer schlafen.Die Logik der Frequenz und Frequenz des Aufwachens bewegt sich zur AP-Seite. Wenn beispielsweise die PUSH-Methode in LoRAWAN angewendet wird, wenn die Aktuatoren selbst aufwachen und etwas senden und den Rest der Zeit schlafen, dann entscheidet in diesem Fall der AP im Gegenteil, wann und welches Gerät aufwachen soll, und die Aktuatoren selbst ... nicht immer schlafen.Die Logik der Frequenz und Frequenz des Aufwachens bewegt sich zur AP-Seite. Wenn beispielsweise die PUSH-Methode in LoRAWAN angewendet wird, wenn die Aktuatoren selbst aufwachen und etwas senden und den Rest der Zeit schlafen, dann entscheidet in diesem Fall der AP im Gegenteil, wann und welches Gerät aufwachen soll, und die Aktuatoren selbst ... nicht immer schlafen.

Kommen wir nun zu den Rahmenformaten und stellen die Kompatibilität sicher. Wenn 802.11ah als erster Versuch für die 868/915-MHz-Bänder oder einfach für SUB-1 GHz erstellt wurde, ist 802.11ba bereits für die 2,4-GHz- und 5-GHz-Bänder vorgesehen. In früheren „neuen“ Standards wurde die Kompatibilität durch eine Präambel erreicht, die für ältere Geräte verständlich war. Das heißt, die Berechnung war immer, dass alte Geräte nicht den gesamten Frame erkennen müssen, sondern nur verstehen müssen, wann dieser Frame beginnt und wie lange die Übertragung dauern wird. Es sind diese Informationen, die sie aus der Präambel entnehmen. 802.11ba war keine Ausnahme, da die Schaltung bewährt und getestet ist (wir werden das Kostenproblem vorerst weglassen).

Infolgedessen sieht der 802.11ba-Frame ungefähr so ​​aus:



Die Nicht-HT-Präambel und ein kurzes Fragment von OFDM mit BPSK-Modulation ermöglichen es allen 802.11a / g / n / ac / ax-Geräten, den Beginn der Übertragung dieses Rahmens zu hören und nicht zu stören und in den Hörmodus zu wechseln. Auf die Präambel folgt ein Synchronisationsfeld (SYNC), das im Wesentlichen ein Analogon von L-STF / L-LTF ist. Es bietet die Möglichkeit, die Frequenz anzupassen und den Empfänger des Geräts zu synchronisieren. Und genau in diesem Moment schaltet das Sendegerät auf eine andere Kanalbreite von 4 MHz um. Wozu? Alles ist sehr einfach. Dies ist notwendig, um die Leistung zu reduzieren und ein vergleichbares Signal-Leistungs-Rausch-Verhältnis (SINR) zu erreichen. Oder lassen Sie die Leistung unverändert und erhöhen Sie die Übertragungsentfernung erheblich. Ich würde sagen, dass dies außerdem eine sehr elegante Lösung ist, die den Bedarf an Netzteilen erheblich reduzieren kann. Erinnernz.B. populäres ESP8266. Im Übertragungsmodus mit einer Bitrate von 54 Mbit / s und einer Leistung von 16 dBm verbraucht er 196 mA, was für etwas wie CR2032 eine überwältigende Menge ist. Wenn wir die Kanalbreite um den Faktor fünf und die Sendeleistung um den Faktor fünf reduzieren, verlieren wir praktisch nicht an Übertragungsentfernung, aber es ist möglich, den Stromverbrauch um ein Mehrfaches zu reduzieren, beispielsweise auf etwa 50 mA. Es ist nicht so, dass es von der Seite des AP aus kritisch war, den Frame an WUR zu senden, aber immer noch nicht schlecht. Für STA ist dies jedoch bereits sinnvoll, da Sie bei geringerem Verbrauch nur CR2032 oder Batterien verwenden können, die für die langfristige Energiespeicherung mit niedrigen Nennentladeströmen verwendet werden. Natürlich passiert nichts umsonst und eine Verringerung der Kanalbreite führt zu einer Verringerung der Kanalgeschwindigkeit mit einer Erhöhung der Übertragungszeit von jeweils einem Frame.beliebtes ESP8266. Im Übertragungsmodus mit einer Bitrate von 54 Mbit / s und einer Leistung von 16 dBm verbraucht er 196 mA, was für etwas wie CR2032 eine überwältigende Menge ist. Wenn wir die Kanalbreite um den Faktor fünf und die Sendeleistung um den Faktor fünf reduzieren, verlieren wir praktisch nicht an Übertragungsentfernung, aber es ist möglich, den Stromverbrauch um ein Mehrfaches zu reduzieren, beispielsweise auf etwa 50 mA. Es ist nicht so, dass es von der Seite des AP aus kritisch war, den Frame an WUR zu senden, aber immer noch nicht schlecht. Für STA ist dies jedoch bereits sinnvoll, da Sie bei geringerem Verbrauch nur CR2032 oder Batterien verwenden können, die für die langfristige Energiespeicherung mit niedrigen Nennentladeströmen verwendet werden. Natürlich passiert nichts umsonst und eine Verringerung der Kanalbreite führt zu einer Verringerung der Kanalgeschwindigkeit mit einer Erhöhung der Übertragungszeit von jeweils einem Frame.beliebtes ESP8266. Im Übertragungsmodus mit einer Bitrate von 54 Mbit / s und einer Leistung von 16 dBm verbraucht er 196 mA, was für etwas wie CR2032 eine überwältigende Menge ist. Wenn wir die Kanalbreite um den Faktor fünf und die Sendeleistung um den Faktor fünf reduzieren, verlieren wir praktisch nicht an Übertragungsentfernung, aber es ist möglich, den Stromverbrauch um ein Mehrfaches zu reduzieren, beispielsweise auf etwa 50 mA. Es ist nicht so, dass es von der Seite des AP aus kritisch war, den Frame an WUR zu senden, aber immer noch nicht schlecht. Für STA ist dies jedoch bereits sinnvoll, da Sie bei geringerem Verbrauch nur CR2032 oder Batterien verwenden können, die für die langfristige Energiespeicherung mit niedrigen Nennentladeströmen verwendet werden. Natürlich passiert nichts umsonst und eine Verringerung der Kanalbreite führt zu einer Verringerung der Kanalgeschwindigkeit mit einer Erhöhung der Übertragungszeit von jeweils einem Frame.Im Übertragungsmodus mit einer Bitrate von 54 Mbit / s und einer Leistung von 16 dBm verbraucht er 196 mA, was für etwas wie CR2032 eine überwältigende Menge ist. Wenn wir die Kanalbreite um den Faktor fünf und die Sendeleistung um den Faktor fünf reduzieren, verlieren wir praktisch nicht an Übertragungsentfernung, aber es ist möglich, den Stromverbrauch um ein Mehrfaches zu reduzieren, beispielsweise auf etwa 50 mA. Es ist nicht so, dass es von der Seite des AP aus kritisch war, den Frame an WUR zu senden, aber immer noch nicht schlecht. Für STA ist dies jedoch bereits sinnvoll, da Sie bei geringerem Verbrauch nur CR2032 oder Batterien verwenden können, die für die langfristige Energiespeicherung mit niedrigen Nennentladeströmen verwendet werden. Natürlich passiert nichts umsonst und eine Verringerung der Kanalbreite führt zu einer Verringerung der Kanalgeschwindigkeit mit einer Erhöhung der Übertragungszeit von jeweils einem Frame.Im Übertragungsmodus mit einer Bitrate von 54 Mbit / s und einer Leistung von 16 dBm verbraucht er 196 mA, was für etwas wie CR2032 eine überwältigende Menge ist. Wenn wir die Kanalbreite um den Faktor fünf und die Sendeleistung um den Faktor fünf reduzieren, verlieren wir praktisch nicht an Übertragungsentfernung, aber es ist möglich, den Stromverbrauch um ein Mehrfaches zu reduzieren, beispielsweise auf etwa 50 mA. Es ist nicht so, dass es von der Seite des AP aus kritisch war, den Frame an WUR zu senden, aber immer noch nicht schlecht. Für STA ist dies jedoch bereits sinnvoll, da Sie bei geringerem Verbrauch nur CR2032 oder Batterien verwenden können, die für die langfristige Energiespeicherung mit niedrigen Nennentladeströmen verwendet werden. Natürlich passiert nichts umsonst und eine Verringerung der Kanalbreite führt zu einer Verringerung der Kanalgeschwindigkeit mit einer Erhöhung der Übertragungszeit von jeweils einem Frame.Das ist unerschwinglich groß für so etwas wie CR2032. Wenn wir die Kanalbreite um den Faktor fünf und die Sendeleistung um den Faktor fünf reduzieren, verlieren wir praktisch nicht an Übertragungsentfernung, aber es ist möglich, den Stromverbrauch um ein Mehrfaches zu reduzieren, beispielsweise auf etwa 50 mA. Es ist nicht so, dass es von der Seite des AP aus kritisch war, den Frame an WUR zu senden, aber immer noch nicht schlecht. Für STA ist dies jedoch bereits sinnvoll, da Sie bei geringerem Verbrauch nur CR2032 oder Batterien verwenden können, die für die langfristige Energiespeicherung mit niedrigen Nennentladeströmen verwendet werden. Natürlich passiert nichts umsonst und eine Verringerung der Kanalbreite führt zu einer Verringerung der Kanalgeschwindigkeit mit einer Erhöhung der Übertragungszeit von jeweils einem Frame.Das ist unerschwinglich groß für so etwas wie CR2032. Wenn wir die Kanalbreite um den Faktor fünf und die Sendeleistung um den Faktor fünf reduzieren, verlieren wir praktisch nicht an Übertragungsentfernung, aber es ist möglich, den Stromverbrauch um ein Mehrfaches zu reduzieren, beispielsweise auf etwa 50 mA. Es ist nicht so, dass es von der Seite des AP aus kritisch war, den Frame an WUR zu senden, aber immer noch nicht schlecht. Für STA ist dies jedoch bereits sinnvoll, da Sie bei geringerem Verbrauch nur CR2032 oder Batterien verwenden können, die für die langfristige Energiespeicherung mit niedrigen Nennentladeströmen verwendet werden. Natürlich passiert nichts umsonst und eine Verringerung der Kanalbreite führt zu einer Verringerung der Kanalgeschwindigkeit mit einer Erhöhung der Übertragungszeit von jeweils einem Frame.Wenn wir die Kanalbreite um den Faktor fünf und die Sendeleistung um den Faktor fünf reduzieren, verlieren wir praktisch nicht an Übertragungsentfernung, aber es ist möglich, den Stromverbrauch um ein Mehrfaches zu reduzieren, beispielsweise auf etwa 50 mA. Es ist nicht so, dass es von der Seite des AP aus kritisch war, den Frame an WUR zu senden, aber immer noch nicht schlecht. Für STA ist dies jedoch bereits sinnvoll, da Sie bei geringerem Verbrauch nur CR2032 oder Batterien verwenden können, die für die langfristige Energiespeicherung mit niedrigen Nennentladeströmen verwendet werden. Natürlich passiert nichts umsonst und eine Verringerung der Kanalbreite führt zu einer Verringerung der Kanalgeschwindigkeit mit einer Erhöhung der Übertragungszeit von jeweils einem Frame.Wenn wir die Kanalbreite um den Faktor fünf und die Sendeleistung um den Faktor fünf reduzieren, verlieren wir praktisch nicht an Übertragungsentfernung, aber es ist möglich, den Stromverbrauch um ein Mehrfaches zu reduzieren, beispielsweise auf etwa 50 mA. Es ist nicht so, dass es von der Seite des AP aus kritisch war, den Frame an WUR zu senden, aber immer noch nicht schlecht. Für STA ist dies jedoch bereits sinnvoll, da Sie bei geringerem Verbrauch nur CR2032 oder Batterien verwenden können, die für die langfristige Energiespeicherung mit niedrigen Nennentladeströmen verwendet werden. Natürlich passiert nichts umsonst und eine Verringerung der Kanalbreite führt zu einer Verringerung der Kanalgeschwindigkeit mit einer Erhöhung der Übertragungszeit von jeweils einem Frame.Es ist nicht so, dass es von der Seite des AP aus kritisch war, den Frame an WUR zu senden, aber immer noch nicht schlecht. Für STA ist dies jedoch bereits sinnvoll, da Sie bei geringerem Verbrauch nur CR2032 oder Batterien verwenden können, die für die langfristige Energiespeicherung mit niedrigen Nennentladeströmen verwendet werden. Natürlich passiert nichts umsonst und eine Verringerung der Kanalbreite führt zu einer Verringerung der Kanalgeschwindigkeit mit einer Erhöhung der Übertragungszeit von jeweils einem Frame.Es ist nicht so, dass es von der Seite des AP aus kritisch war, den Frame an WUR zu senden, aber immer noch nicht schlecht. Für STA ist dies jedoch bereits sinnvoll, da Sie bei geringerem Verbrauch nur CR2032 oder Batterien verwenden können, die für die langfristige Energiespeicherung mit niedrigen Nennentladeströmen verwendet werden. Natürlich passiert nichts umsonst und eine Verringerung der Kanalbreite führt zu einer Verringerung der Kanalgeschwindigkeit mit einer Erhöhung der Übertragungszeit von jeweils einem Frame.Es passiert nichts umsonst und eine Verringerung der Kanalbreite führt zu einer Verringerung der Kanalgeschwindigkeit mit einer Erhöhung der Übertragungszeit eines Frames.Es passiert nichts umsonst und eine Verringerung der Kanalbreite führt zu einer Verringerung der Kanalgeschwindigkeit mit einer Erhöhung der Übertragungszeit eines Frames.

Apropos Kanalgeschwindigkeit. Der Standard in seiner aktuellen Form bietet zwei Optionen: 62,5 Kbit / s und 250 Kbit / s. Fühlen Sie sich ZigBee gerochen? Dies ist nicht zufällig, da es eine Kanalbreite von 2 MHz anstelle von 4 MHz hat, sondern eine andere Art der Modulation mit einer höheren spektralen Dichte. Daher sollte der Aktionsradius von 802.11ba-Geräten länger sein, was für IoT-Szenarien in Innenräumen sehr nützlich ist.

Warten Sie eine Minute ... Halten Sie alle Stationen im Distrikt still und verwenden Sie nur 4 MHz aus dem 20-MHz-Band ... "DAS IST DER GLEICHE ABFALL!" - Du wirst sagen und du wirst Recht haben. Aber nein, das ist echte Verschwendung!



Der Standard beinhaltet die Möglichkeit, 40-MHz- und 80-MHz-Unterkanäle zu verwenden. Gleichzeitig können die Bitraten jedes Unterkanals unterschiedlich sein, und um der Sendezeit zu entsprechen, wird am Ende des Rahmens eine Auffüllung hinzugefügt. Das heißt, das Gerät kann Sendezeit bei allen 80 MHz und nur bei 16 MHz verwenden. Das ist eine echte Verschwendung.

Übrigens haben die Geräte rund um Wi-Fi keine Chance zu verstehen, was dort ausgestrahlt wird. Da für die Codierung von 802.11ba-Frames das ihnen vertraute OFDM NICHT verwendet wird. Ja, so hat das berühmte Bündnis die Tatsache aufgegeben, dass es viele Jahre lang ohne Fehler funktioniert hat. Anstelle des klassischen OFDM wird die Multi-Carrier (MC) -OOK-Modulation verwendet. Der 4-MHz-Kanal ist in 16 (?) Unterträger unterteilt, von denen jeder Manchester-Codierung verwendet. Gleichzeitig wird das DATA-Feld selbst je nach Bitrate logisch in Segmente von 4 μs oder 2 μs unterteilt, und in jedem dieser Segmente kann ein niedriger oder hoher Codierungsgrad einer Einheit entsprechen. Eine solche Lösung, um eine lange Folge von Nullen oder Einsen zu vermeiden. Minimales Scrambling.



Der MAC-Level ist ebenfalls extrem vereinfacht. Es enthält nur die folgenden Felder:

• Frame Control
  
  Beacon, WuP, Discovery .
  Beacon , WuP , Discovery STA AP , 802.11ba. 48 .
• ID
  
  AP, STA STA . (, , groupcast wake-ups ).
  
• Typabhängig (TD)
  
  Ein ziemlich flexibles Feld. Darin kann die genaue Zeit übertragen werden, ein Signal zum Aktualisieren der Firmware / Konfiguration mit der Versionsnummer oder etwas Nützliches, über das die STA Bescheid wissen sollte.
• Frame Checksum Field (FCS)
  Es ist einfach. Dies ist eine Prüfsumme.

Damit die Technologie funktioniert, reicht es jedoch nicht aus, nur einen Frame des gewünschten Formats zu senden. STA und AP müssen zustimmen. STA meldet seine Parameter, einschließlich der Zeit, die zum Initialisieren der PCR benötigt wird. Alle Verhandlungen finden mit regulären 802.11-Frames statt. Danach kann die STA die PCR ausschalten und in den WUR-Aktivierungsmodus wechseln. Und vielleicht sogar ein bisschen Schlaf, wenn es eine solche Gelegenheit gibt. Denn wenn ja, ist es besser, es zu benutzen.
Dann beginnt ein kleiner Druck auf die kostbaren Milliampere Uhren unter dem Namen WUR Duty Cycle. Es gibt nichts Kompliziertes, nur STA und AP, analog dazu, wie es für TWT war, vereinbaren einen Schlafplan. Danach schläft die STA meistens, gelegentlich auch WUR, um zu hören: "Ist etwas Nützliches zu mir gekommen?" Und nur bei Bedarf weckt das Hauptfunkmodul für den Verkehrsaustausch.

Verändert die Situation im Vergleich zu TWT und U-APSD radikal, nicht wahr?

Und jetzt eine wichtige Nuance, an die Sie nicht sofort denken. WUR muss nicht mit der gleichen Frequenz wie das Hauptmodul laufen. Im Gegenteil, es ist wünschenswert und empfehlenswert, dass er auf einem anderen Kanal arbeitet. In diesem Fall beeinträchtigt die Funktionalität von 802.11ba den Betrieb des Netzwerks in keiner Weise und kann umgekehrt zum Senden nützlicher Informationen verwendet werden. Standort, Nachbarliste und vieles mehr unter anderen 802.11-Standards wie 802.11k / v. Und welche Vorteile eröffnen sich für Mesh-Netzwerke ... Aber das ist das Thema eines separaten Artikels.

Was das Schicksal des Standards selbst als Dokument betrifft, so ist Draft 6.0 derzeit bereits mit einer Genehmigungsquote von 96% fertig . Das heißt, in diesem Jahr können wir den realsten Standard oder zumindest die ersten Implementierungen erwarten. Und wie viel es verbreiten wird - nur die Zeit wird es zeigen.

Solche Dinge ... (c) EvilWirelesMan .

Empfohlene Lektüre:

IEEE 802.11ba - Wi-Fi mit extrem geringem Stromverbrauch für ein massives Internet der Dinge - Herausforderungen, offene Probleme, Leistungsbewertung

IEEE 802.11ba: Weckradio mit geringem Stromverbrauch für grünes IoT IoT 802.11- fähiges Weckradio

: Anwendungsfälle und Anwendungen