802.11ba (WUR) ou como cruzar uma cobra com um ouriço

Não faz muito tempo, em todos os outros recursos e no meu blog, falei sobre o fato de o ZigBee estar morto e é hora de enterrar a aeromoça. Para fazer uma boa cara em um jogo ruim, com o Thread trabalhando em cima do IPv6 e 6LowPan, que é mais adequado para esse Bluetooth (LE). Mas vou falar sobre isso em outro momento. Hoje falaremos sobre como o comitê trabalhoueles pensaram bem pela segunda vez após o 802.11ah e decidiram que era hora de adicionar uma versão completa de algo como LRLP (Long-Range Low-Power) ao pool de padrões 802.11 semelhante ao LoRA. Mas isso não era possível sem matar a vaca sagrada de compatibilidade com versões anteriores. Como resultado, o Long-Range foi abandonado e apenas o Low-Power permaneceu, o que também é muito bom. O resultado foi uma mistura de 802.11 + 802.15.4 ou simplesmente Wi-Fi + ZigBee. Ou seja, podemos dizer que a nova tecnologia não é concorrente das soluções LoraWAN, mas é criada para complementá-las.

Então, vamos começar com a coisa mais importante: agora em dispositivos com suporte para 802.11ba, deve haver dois módulos de rádio. Aparentemente, olhando para o padrão 802.11ah / ax com a tecnologia Target Wake Time (TWT), os engenheiros decidiram que isso não era suficiente e que o consumo de energia deveria ser drasticamente reduzido. Por que o padrão prevê a separação em dois tipos diferentes de rádio - o Primary Communication Radio (PCR) e o Wake-Up Radio (WUR). Se tudo está claro com o primeiro, aqui está o rádio principal, transmite e recebe dados, mas com o segundo não é muito. De fato, o WUR é, na maioria das vezes, um dispositivo de escuta (RX) e, por padrão, deve consumir muito pouca energia para operar. Sua principal tarefa é receber um sinal de despertar do AP e ligar o PCR. Ou seja,esse método reduz significativamente o tempo de inicialização a frio e permite que você ative o dispositivo em um determinado momento com a máxima precisão. Isso é muito útil quando você tem, digamos, não dez dispositivos, mas cento e dez e precisa trocar dados com cada um deles em um curto período. Além disso, a lógica da frequência e periodicidade do despertar se move para o lado do ponto de acesso. Se, por exemplo, a metodologia PUSH for aplicada no LoRAWAN quando os próprios atuadores acordarem e transmitirem algo e dormirem o resto do tempo, nesse caso, pelo contrário, o AP decidirá quando e qual dispositivo deve acordar, e os próprios atuadores ... nem sempre estão dormindo.a lógica da frequência e frequência da vigília se move para o lado do ponto de acesso. Se, por exemplo, a metodologia PUSH for aplicada no LoRAWAN quando os próprios atuadores acordarem e transmitirem algo e dormirem o resto do tempo, nesse caso, pelo contrário, o AP decidirá quando e qual dispositivo deve acordar, e os próprios atuadores ... nem sempre estão dormindo.a lógica da frequência e frequência da vigília se move para o lado do ponto de acesso. Se, por exemplo, a metodologia PUSH for aplicada no LoRAWAN quando os próprios atuadores acordarem e transmitirem algo e dormirem o resto do tempo, nesse caso, pelo contrário, o AP decidirá quando e qual dispositivo deve acordar, e os próprios atuadores ... nem sempre estão dormindo.

Agora vamos para formatos de quadro e garantir compatibilidade. Se o 802.11ah como a primeira tentativa foi criada para as bandas de 868/915 MHz ou simplesmente SUB-1GHz, o 802.11ba já está destinado às bandas de 2.4GHz e 5GHz. Nos "novos" padrões anteriores, a compatibilidade era alcançada através de um preâmbulo compreensível para dispositivos mais antigos. Ou seja, sempre foi calculado que os dispositivos antigos não precisam reconhecer o quadro inteiro, eles só precisam entender quando esse quadro começará e quanto tempo a transmissão levará. É essa informação que eles tiram do preâmbulo. O 802.11ba não foi uma exceção, pois o circuito é comprovado e testado (omitiremos a questão dos custos por enquanto).

Como resultado, o quadro 802.11ba é mais ou menos assim:



O preâmbulo não HT e um pequeno fragmento de OFDM com modulação BPSK permite que todos os dispositivos 802.11a / g / n / ac / ax ouçam o início da transmissão desse quadro e não interfiram, deixando para ouvir o ar. O preâmbulo é seguido por um campo de sincronização (SYNC), que é essencialmente um análogo de L-STF / L-LTF. Serve para dar a oportunidade de ajustar a frequência e sincronizar o receptor do dispositivo. E nesse momento, o dispositivo transmissor muda para uma largura de canal diferente de 4MHz. Pelo que? Tudo é muito simples. Isso é necessário para reduzir a potência e obter uma relação sinal-potência-ruído-comparável (SINR). Ou deixe a energia como está e alcance um aumento significativo na distância de transmissão. Eu diria que esta é uma solução muito elegante, além disso, que pode reduzir significativamente os requisitos para fontes de alimentação. Recordarpor exemplo, o popular ESP8266. No modo de transmissão usando uma taxa de bits de 54 Mbps e uma potência de 16dBm, consome 196 mA, o que é uma quantidade impressionante para algo como o CR2032. Se reduzirmos a largura do canal em um fator de cinco e reduzir a potência do transmissor em um fator de cinco, praticamente não perderemos a distância de transmissão, mas será possível reduzir o consumo de corrente em várias vezes, por exemplo, para cerca de 50 mA. Não é que tenha sido crítico do lado do AP que envia o quadro para o WUR, mas ainda não é ruim. Mas, para STA, isso já faz sentido, uma vez que o menor consumo permite usar apenas algo como CR2032 ou baterias usadas para armazenamento de energia a longo prazo com correntes de descarga de baixa classificação. Obviamente, nada acontece de graça e uma diminuição na largura do canal levará a uma diminuição na velocidade do canal com um aumento no tempo de transmissão de um quadro, respectivamente.popular ESP8266. No modo de transmissão usando uma taxa de bits de 54 Mbps e uma potência de 16dBm, consome 196 mA, o que é uma quantidade impressionante para algo como o CR2032. Se reduzirmos a largura do canal em um fator de cinco e reduzir a potência do transmissor em um fator de cinco, praticamente não perderemos a distância de transmissão, mas será possível reduzir o consumo de corrente em várias vezes, por exemplo, para cerca de 50 mA. Não é que tenha sido crítico do lado do AP que envia o quadro para o WUR, mas ainda não é ruim. Mas, para STA, isso já faz sentido, uma vez que o menor consumo permite usar apenas algo como CR2032 ou baterias usadas para armazenamento de energia a longo prazo com correntes de descarga de baixa classificação. Obviamente, nada acontece de graça e uma diminuição na largura do canal levará a uma diminuição na velocidade do canal com um aumento no tempo de transmissão de um quadro, respectivamente.popular ESP8266. No modo de transmissão usando uma taxa de bits de 54 Mbps e uma potência de 16dBm, consome 196 mA, o que é uma quantidade impressionante para algo como o CR2032. Se reduzirmos a largura do canal em um fator de cinco e reduzir a potência do transmissor em um fator de cinco, praticamente não perderemos a distância de transmissão, mas será possível reduzir o consumo de corrente em várias vezes, por exemplo, para cerca de 50 mA. Não é que tenha sido crítico do lado do AP que envia o quadro para o WUR, mas ainda não é ruim. Mas, para STA, isso já faz sentido, uma vez que o menor consumo permite usar apenas algo como CR2032 ou baterias usadas para armazenamento de energia a longo prazo com correntes de descarga de baixa classificação. 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Obviamente, nada acontece de graça e uma diminuição na largura do canal levará a uma diminuição na velocidade do canal com um aumento no tempo de transmissão de um quadro, respectivamente.que é proibitivamente grande para algo como o CR2032. Se reduzirmos a largura do canal em um fator de cinco e reduzir a potência do transmissor em um fator de cinco, praticamente não perderemos a distância de transmissão, mas será possível reduzir o consumo de corrente em várias vezes, por exemplo, para cerca de 50 mA. Não é que tenha sido crítico do lado do AP que envia o quadro para o WUR, mas ainda não é ruim. Mas, para STA, isso já faz sentido, uma vez que o menor consumo permite usar apenas algo como CR2032 ou baterias usadas para armazenamento de energia a longo prazo com correntes de descarga de baixa classificação. 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Obviamente, nada acontece de graça e uma diminuição na largura do canal levará a uma diminuição na velocidade do canal com um aumento no tempo de transmissão de um quadro, respectivamente.Se reduzirmos a largura do canal em um fator de cinco e reduzir a potência do transmissor em um fator de cinco, praticamente não perderemos a distância de transmissão, mas será possível reduzir o consumo de corrente em várias vezes, por exemplo, para cerca de 50 mA. Não é que tenha sido crítico do lado do AP que envia o quadro para o WUR, mas ainda não é ruim. Mas, para STA, isso já faz sentido, uma vez que o menor consumo permite usar apenas algo como CR2032 ou baterias usadas para armazenamento de energia a longo prazo com correntes de descarga de baixa classificação. Obviamente, nada acontece de graça e uma diminuição na largura do canal levará a uma diminuição na velocidade do canal com um aumento no tempo de transmissão de um quadro, respectivamente.Não é que tenha sido crítico do lado do AP que envia o quadro para o WUR, mas ainda não é ruim. Mas, para STA, isso já faz sentido, uma vez que o consumo mais baixo permite usar apenas algo como CR2032 ou baterias usadas para armazenamento de energia a longo prazo com correntes de descarga de baixa classificação. Obviamente, nada acontece de graça e uma diminuição na largura do canal levará a uma diminuição na velocidade do canal com um aumento no tempo de transmissão de um quadro, respectivamente.Não é que tenha sido crítico do lado do AP que envia o quadro para o WUR, mas ainda não é ruim. Mas, para STA, isso já faz sentido, uma vez que o consumo mais baixo permite usar apenas algo como CR2032 ou baterias usadas para armazenamento de energia a longo prazo com correntes de descarga de baixa classificação. Obviamente, nada acontece de graça e uma diminuição na largura do canal levará a uma diminuição na velocidade do canal com um aumento no tempo de transmissão de um quadro, respectivamente.nada acontece de graça e uma diminuição na largura do canal levará a uma diminuição na velocidade do canal com um aumento no tempo de transmissão de um quadro, respectivamente.nada acontece de graça e uma diminuição na largura do canal levará a uma diminuição na velocidade do canal com um aumento no tempo de transmissão de um quadro, respectivamente.

Falando em velocidade do canal. O padrão em sua forma atual fornece duas opções: 62,5 Kbps e 250 Kbps. Sinta ZigBee cheirava? Isso não é casual, pois possui uma largura de canal de 2Mhz em vez de 4Mhz, mas um tipo diferente de modulação com uma densidade espectral mais alta. Como resultado, o raio de ação dos dispositivos 802.11ba deve ser maior, o que é muito útil para cenários de IoT internos.

Embora, espere um minuto ... Mantenha todas as estações no distrito silenciosas, usando apenas 4 MHz da banda de 20 MHz ... "É O MESMO DESPERDÍCIO!" - você dirá e estará certo. Mas não, isso é realmente desperdício!



O padrão inclui a capacidade de usar subcanais de 40 MHz e 80 MHz. Ao mesmo tempo, as taxas de bits de cada subcanal podem ser diferentes e, para corresponder ao tempo de transmissão, o preenchimento é adicionado ao final do quadro. Ou seja, o dispositivo pode demorar até 80 MHz e usá-lo apenas em 16 MHz. Este é um verdadeiro desperdício.

A propósito, os dispositivos que cercam o Wi-Fi não têm chance de entender o que está sendo transmitido por lá. Porque para codificar quadros 802.11ba, o OFDM familiar a eles NÃO é usado. Sim, foi assim que a famosa aliança abandonou o fato de que funcionou sem falhas por muitos anos. Em vez do OFDM clássico, a modulação Multi-Carrier (MC) -OOK é usada. O canal de 4 MHz é dividido em 16 (?) Subportadoras, cada uma das quais utiliza codificação Manchester. Ao mesmo tempo, o próprio campo DATA também é logicamente dividido em segmentos de 4 μs ou 2 μs, dependendo da taxa de bits, e em cada um desses segmentos, um nível baixo ou alto de codificação pode corresponder a uma unidade. Tal solução para evitar uma longa sequência de zeros ou uns. Precipitação mínima.



O nível MAC também é extremamente simplificado. Ele contém apenas os seguintes campos:

• Frame Control
  
  Beacon, WuP, Discovery .
  Beacon , WuP , Discovery STA AP , 802.11ba. 48 .
• ID
  
  AP, STA STA . (, , groupcast wake-ups ).
  
• Tipo dependente (TD)
  
  Um campo bastante flexível. É nele que a hora exata pode ser transmitida, um sinal sobre a atualização do firmware / configuração com o número da versão ou algo útil que o STA deva conhecer.
• FCS (Frame Checksum Field)
  É simples. Esta é uma soma de verificação.

Mas, para que a tecnologia funcione, não basta enviar um quadro com o formato desejado. STA e AP devem concordar. O STA relata seus parâmetros, incluindo o tempo necessário para inicializar a PCR. Toda negociação ocorre usando quadros 802.11 regulares, após os quais o STA pode desligar o PCR e entrar no modo de ativação WUR. E talvez até um pouco de sono, se houver essa oportunidade. Porque se for, é melhor usá-lo.
Então começa um pequeno aperto dos preciosos miliamperes de relógios com o nome Ciclo de Serviço WUR. Não há nada complicado, apenas STA e AP, por analogia com lá, como foi para o TWT, concordam com um horário de sono. Depois disso, o STA dorme principalmente, ocasionalmente incluindo o WUR, para ouvir "Alguma coisa útil veio a mim?" E somente se necessário, desperta o módulo de rádio principal para troca de tráfego.

Muda radicalmente a situação em comparação com TWT e U-APSD, não é?

E agora uma nuance importante em que você não pensa imediatamente. O WUR não precisa ser executado na mesma frequência que o módulo principal. Pelo contrário, é desejável e recomendado que ele trabalhe em outro canal. Nesse caso, a funcionalidade do 802.11ba não interfere no funcionamento da rede e vice-versa, podendo ser usada para enviar informações úteis. Localização, lista de vizinhos e muito mais sob outros padrões 802.11, como 802.11k / v. E quais são as vantagens das redes Mesh ... Mas este é o tópico de um artigo separado.

Quanto ao destino da própria norma como documento, no momento, o Rascunho 6.0 já está pronto com uma taxa de aprovação de 96% . Ou seja, este ano podemos esperar o padrão mais real, ou pelo menos as primeiras implementações. E quanto ganhará distribuição - apenas o tempo dirá.

Tais coisas ... (c) EvilWirelesMan .

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