802.11ba (WUR) o cómo cruzar una serpiente con un erizo

No hace mucho tiempo, en todo tipo de otros recursos y en mi blog, hablé sobre el hecho de que ZigBee está muerto y es hora de enterrar a la azafata. Para hacer una buena cara en un mal juego con Thread trabajando sobre IPv6 y 6LowPan, que es más adecuado para este Bluetooth (LE). Pero hablaré de esto en otro momento. Hoy hablaremos sobre cómo funcionó el comitépensaron bien por segunda vez después de 802.11ah y decidieron que era hora de agregar una versión completa de algo como LRLP (Long-Range Low-Power) al conjunto de estándares 802.11 similar a LoRA. Pero esto no era factible sin matar a la vaca sagrada de compatibilidad con versiones anteriores. Como resultado, Long-Range fue abandonado y solo quedó Low-Power, lo que también es muy bueno. El resultado fue una mezcla de 802.11 + 802.15.4 o simplemente Wi-Fi + ZigBee. Es decir, podemos decir que la nueva tecnología no compite con las soluciones LoraWAN, sino que se crea para complementarlas.

Entonces, comencemos con lo más importante: ahora en dispositivos con soporte para 802.11ba debería haber dos módulos de radio. Aparentemente, al observar 802.11ah / ax con su tecnología Target Wake Time (TWT), los ingenieros decidieron que esto no era suficiente y que el consumo de energía debería reducirse drásticamente. Por qué el estándar proporciona la separación en dos tipos diferentes de radio: Radio de comunicación primaria (PCR) y Radio de despertador (WUR). Si todo está claro con el primero, aquí está la radio principal, transmite y recibe datos, pero con el segundo no es muy. De hecho, WUR es en su mayor parte un dispositivo de escucha (RX) y, por diseño, debe consumir muy poca energía para funcionar. Su tarea principal es recibir una señal de despertar del AP y encender el PCR. Es decir,Este método reduce significativamente el tiempo de arranque en frío y le permite activar el dispositivo en un momento dado con la máxima precisión. Esto es muy útil cuando tiene, por ejemplo, no diez dispositivos, sino ciento diez y necesita intercambiar datos con cada uno de ellos en un período corto. Además, la lógica de la frecuencia y la periodicidad del despertar se mueve hacia el lado AP. Si, por ejemplo, la metodología PUSH se aplica en LoRAWAN cuando los actuadores mismos se despiertan y emiten algo y duermen el resto del tiempo, entonces en este caso, por el contrario, el AP decide cuándo y qué dispositivo debe despertarse, y los actuadores mismos ... no siempre están durmiendo.La lógica de la frecuencia y la frecuencia de la vigilia se mueve hacia el lado AP. Si, por ejemplo, la metodología PUSH se aplica en LoRAWAN cuando los actuadores mismos se despiertan y emiten algo y duermen el resto del tiempo, entonces en este caso, por el contrario, el AP decide cuándo y qué dispositivo debe despertarse, y los actuadores mismos ... no siempre están durmiendo.La lógica de la frecuencia y la frecuencia de la vigilia se mueve hacia el lado AP. Si, por ejemplo, la metodología PUSH se aplica en LoRAWAN cuando los actuadores mismos se despiertan y emiten algo y duermen el resto del tiempo, entonces en este caso, por el contrario, el AP decide cuándo y qué dispositivo debe despertarse, y los actuadores mismos ... no siempre están durmiendo.

Ahora pasemos a los formatos de cuadros y garanticemos la compatibilidad. Si se creó 802.11ah como primer intento para las bandas de 868/915 MHz o simplemente SUB-1GHz, entonces 802.11ba ya está destinado a las bandas de 2.4GHz y 5GHz. En estándares "nuevos" anteriores, la compatibilidad se lograba mediante un preámbulo que era comprensible para dispositivos más antiguos. Es decir, el cálculo siempre ha sido que los dispositivos antiguos no tienen que ser capaces de reconocer la trama completa, solo necesitan entender cuándo comenzará esta trama y cuánto tiempo llevará la transmisión. Es esta información la que toman del preámbulo. 802.11ba no fue la excepción, ya que el circuito está probado y probado (por ahora omitiremos el problema del costo).

Como resultado, el marco 802.11ba se ve más o menos así:



El preámbulo no HT y un fragmento corto de OFDM con modulación BPSK permite que todos los dispositivos 802.11a / g / n / ac / ax escuchen el comienzo de la transmisión de este cuadro y no interfieran, entrando en modo de audición. El preámbulo es seguido por un campo de sincronización (SYNC), que es esencialmente un análogo de L-STF / L-LTF. Sirve para dar la oportunidad de ajustar la frecuencia y sincronizar el receptor del dispositivo. Y justo en ese momento, el dispositivo de transmisión cambia a un ancho de canal diferente de 4MHz. ¿Para qué? Todo es muy simple. Esto es necesario para reducir la potencia y lograr una relación señal / potencia-ruido comparable (SINR). O deje la potencia como está y logre un aumento significativo en la distancia de transmisión. Yo diría que esta es una solución muy elegante, además, que puede reducir significativamente los requisitos para las fuentes de alimentación. Recordarpor ejemplo, ESP8266 popular. En el modo de transmisión que utiliza una velocidad de bits de 54 Mbps y una potencia de 16dBm, consume 196 mA, que es una cantidad abrumadora para algo como CR2032. Si reducimos el ancho del canal en un factor de cinco y reducimos la potencia del transmisor en un factor de cinco, entonces prácticamente no perderemos la distancia de transmisión, pero será posible reducir el consumo de corriente varias veces, por ejemplo, a aproximadamente 50 mA. No es que fuera crítico desde el lado de AP que envía el marco a WUR, pero aún así no está mal. Pero para STA esto ya tiene sentido, ya que un menor consumo le permite usar algo como CR2032 o baterías afiladas para el almacenamiento de energía a largo plazo con bajas corrientes de descarga. Por supuesto, nada sucede de forma gratuita y una disminución en el ancho del canal conducirá a una disminución en la velocidad del canal con un aumento en el tiempo de transmisión de una trama, respectivamente.popular ESP8266. En el modo de transmisión que utiliza una velocidad de bits de 54 Mbps y una potencia de 16dBm, consume 196 mA, que es una cantidad abrumadora para algo como CR2032. Si reducimos el ancho del canal en un factor de cinco y reducimos la potencia del transmisor en un factor de cinco, entonces prácticamente no perderemos la distancia de transmisión, pero será posible reducir el consumo de corriente varias veces, por ejemplo, a aproximadamente 50 mA. No es que fuera crítico desde el lado de AP que envía el marco a WUR, pero aún así no está mal. Pero para STA esto ya tiene sentido, ya que un menor consumo le permite usar algo como CR2032 o baterías que se utilizan para el almacenamiento de energía a largo plazo con bajas corrientes de descarga. Por supuesto, nada sucede de forma gratuita y una disminución en el ancho del canal conducirá a una disminución en la velocidad del canal con un aumento en el tiempo de transmisión de una trama, respectivamente.popular ESP8266. 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Por supuesto, nada sucede de forma gratuita y una disminución en el ancho del canal conducirá a una disminución en la velocidad del canal con un aumento en el tiempo de transmisión de una trama, respectivamente.que es prohibitivamente grande para algo como CR2032. Si reducimos el ancho del canal en un factor de cinco y reducimos la potencia del transmisor en un factor de cinco, entonces prácticamente no perderemos la distancia de transmisión, pero será posible reducir el consumo de corriente varias veces, por ejemplo, a aproximadamente 50 mA. No es que fuera crítico desde el lado de AP que envía el marco a WUR, pero aún así no está mal. Pero para STA esto ya tiene sentido, ya que un menor consumo le permite usar algo como CR2032 o baterías que se utilizan para el almacenamiento de energía a largo plazo con bajas corrientes de descarga. 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Pero para STA esto ya tiene sentido, ya que un menor consumo le permite usar algo como CR2032 o baterías que se utilizan para el almacenamiento de energía a largo plazo con bajas corrientes de descarga. Por supuesto, no pasa nada gratis y una disminución en el ancho del canal conducirá a una disminución en la velocidad del canal con un aumento en el tiempo de transmisión de una trama, respectivamente.no ocurre nada gratis y una disminución en el ancho del canal conducirá a una disminución en la velocidad del canal con un aumento en el tiempo de transmisión de un cuadro, respectivamente.no pasa nada gratis y una disminución en el ancho del canal conducirá a una disminución en la velocidad del canal con un aumento en el tiempo de transmisión de un cuadro, respectivamente.

Hablando de la velocidad del canal. El estándar en su forma actual ofrece dos opciones: 62.5 Kbps y 250 Kbps. ¿Sientes que olía ZigBee? Esto no es casual, ya que tiene un ancho de canal de 2Mhz en lugar de 4Mhz, pero un tipo diferente de modulación con una mayor densidad espectral. Como resultado, el radio de acción de los dispositivos 802.11ba debería ser más largo, lo cual es muy útil para escenarios de IoT en interiores.

Aunque, espere un minuto ... Mantenga todas las estaciones en el distrito en silencio, utilizando solo 4 MHz de la banda de 20 MHz ... "¡ESTE ES EL MISMO RESIDUO!" - dirás y tendrás razón. Pero no, ¡ESTO ES RESIDUO REAL!



El estándar incluye la capacidad de utilizar subcanales de 40 MHz y 80 MHz. Al mismo tiempo, las tasas de bits de cada subcanal pueden ser diferentes, y para que coincida con el tiempo de transmisión, se agrega relleno al final del cuadro. Es decir, el dispositivo puede tomar tiempo de aire a 80 MHz y usarlo solo a 16 MHz. Este es un verdadero desperdicio.

Por cierto, los dispositivos que rodean el Wi-Fi no tienen ninguna posibilidad de comprender lo que se transmite allí. Porque para codificar tramas 802.11ba, NO se usa la OFDM que les es familiar. Sí, así es como la famosa alianza abandonó el hecho de que funcionó sin falta durante muchos años. En lugar del clásico OFDM, se usa la modulación de libro múltiple (MC) -OOK. El canal de 4MHz se divide en 16 (?) Subportadoras, cada una de las cuales utiliza la codificación Manchester. Al mismo tiempo, el campo DATOS también se divide lógicamente en segmentos de 4 μs o 2 μs dependiendo de la velocidad de bits, y en cada segmento, un nivel de codificación bajo o alto puede corresponder a una unidad. Tal solución para evitar una larga secuencia de ceros o unos. Mínimo revuelo.



El nivel MAC también está extremadamente simplificado. Contiene solo los siguientes campos:

• Frame Control
  
  Beacon, WuP, Discovery .
  Beacon , WuP , Discovery STA AP , 802.11ba. 48 .
• ID
  
  AP, STA STA . (, , groupcast wake-ups ).
  
• Tipo dependiente (TD)
  
  Un campo bastante flexible. Es en él que se puede transmitir el tiempo exacto, una señal sobre la actualización del firmware / configuración con el número de versión o algo útil que la STA debe saber.
• Frame Checksum Field (FCS)
  Es simple. Esta es una suma de verificación.

Pero para que la tecnología funcione, no basta con enviar un marco con el formato deseado. STA y AP deben estar de acuerdo. STA informa sus parámetros, incluido el tiempo que lleva inicializar la PCR. Toda negociación se lleva a cabo utilizando tramas 802.11 regulares, después de lo cual la STA puede apagar el PCR y pasar al modo de activación WUR. Y tal vez incluso un poco de sueño, si hay tal oportunidad. Porque si es así, es mejor usarlo.
Luego comienza un pequeño apretón de los preciosos miliamperios de los relojes con el nombre de WUR Duty Cycle. No hay nada complicado, solo STA y AP, por analogía con allí, como lo fue para TWT, acuerdan un horario de sueño. Después de eso, el STA generalmente duerme, incluso ocasionalmente WUR, para escuchar "¿Se me ha ocurrido algo útil?" Y solo si es necesario, despierta el módulo de radio principal para el intercambio de tráfico.

Cambia radicalmente la situación en comparación con TWT y U-APSD, ¿no es así?

Y ahora un matiz importante en el que no piensas de inmediato. WUR no tiene que ejecutarse a la misma frecuencia que el módulo principal. Por el contrario, es deseable y recomendado que trabaje en otro canal. En este caso, la funcionalidad de 802.11ba no interfiere con el funcionamiento de la red de ninguna manera y viceversa, puede usarse para enviar información útil. Ubicación, lista de vecinos y mucho más bajo otros estándares 802.11, como 802.11k / v. Y qué ventajas se abren para las redes Mesh ... Pero este es el tema de un artículo separado.

En cuanto al destino del estándar en sí mismo como documento, en este momento el Borrador 6.0 ya está listo con una tasa de aprobación del 96% . Es decir, este año podemos esperar el estándar más real, o al menos las primeras implementaciones. Y cuánto ganará distribución, solo el tiempo lo dirá.

Tales cosas ... (c) EvilWirelesMan .

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