IEEE 802.11ah

IEEE 802.11ah  je bezdrátový síťový protokol zveřejněný v roce 2017 [1] a nazvaný Wi-Fi HaLow [2] [3] (vyslovuje se „Hey-low“), vyvinutý jako doplněk k bezdrátovému síťovému standardu IEEE 802.11 . Tento protokol pracuje na bezlicenční frekvenci 900 MHz a poskytuje rozšířený rozsah sítí Wi-Fi ve srovnání s běžnými sítěmi Wi-Fi pracujícími v pásmech 2,4 GHz a 5 GHz. Výhodou je jeho nízká spotřeba energie, umožňující vytváření velkých skupin stanic nebo senzorů, které spolupracují na šíření signálů, podporujících koncept internetu věcí (Internet of Things, IoT). [4] Protokol s nízkou spotřebou energie konkuruje Bluetooth a má další výhodu ve vyšších přenosových rychlostech a širším dosahu pokrytí. [2]

Popis

Výhodou 802.11ah je jeho rozšířený dosah, díky čemuž je užitečný pro venkovskou komunikaci a odlehčení mobilního provozu. [5] Dalším cílem protokolu je umožnit použití bezdrátových stanic 802.11 s nízkou rychlostí v sub-GHz spektru. [4] Protokol je jednou z technologií standardu IEEE 802.11, která se nejvíce liší od modelu LAN, zejména s ohledem na kolize. Důležitým aspektem protokolu 802.11ah je chování stanic seskupených tak, aby se minimalizovaly konflikty ve vzduchu, pomocí opakovače pro zvýšení dosahu, s použitím malého množství energie kvůli předem definovaným periodám bdění/spánku, stále je možné odesílat data na vysokou rychlost za určitých sjednaných podmínek a používat sektorové antény. Využívá downsampled specifikaci 802.11a/g k poskytnutí 26 kanálů, z nichž každý je schopen propustnosti 100 Kb/s. Dokáže pokrýt okruh jednoho kilometru. [6] Jeho cílem je poskytnout konektivitu tisícům zařízení v hotspotu. Protokol podporuje trhy mezi stroji (M2M), jako je chytré účetnictví. Většina zařízení IEEE 802.11ah MTC (senzory, akční členy) má předvídatelné provozní charakteristiky: jedna malá zpráva (<10 kb) je přenášena za poměrně dlouhou dobu (1-10 s). [7] Počet takových autonomních zařízení se však může pohybovat v tisících, což s sebou nese problém kontroly přístupu do prostředí v podmínkách velkého počtu zařízení a nízké frekvence zpráv na každém zařízení. Použití mobilního radiotelefonního komunikačního kanálu (celulární komunikace) má v tomto scénáři svá omezení, zejména kvůli vysokým energetickým nákladům na přenos zprávy.

Přenosová rychlost

Datové rychlosti až 347 Mbps lze dosáhnout pouze s maximálně čtyřmi prostorovými toky pomocí jediného 16 MHz kanálu. Různá modulační schémata a kódovací rychlosti jsou definovány standardem a jsou reprezentovány hodnotou indexu Modulation and Coding Scheme (MCS). Níže uvedená tabulka ukazuje vztahy mezi proměnnými, které berou v úvahu maximální přenosovou rychlost. GI (Guard Interval): čas mezi postavami.

Kanál 2 MHz využívá FFT 64, z toho: 56 OFDM subnosných , 52 pro data a 4 pro pomocný znak s 31,25 kHz (2 MHz/64) separací nosných (32 µs). Každá z těchto dílčích nosných může být BPSK , QPSK , 16 - QAM , 64 - QAM nebo 256 - QAM . Celková šířka pásma je 2 MHz s obsazenou šířkou pásma 1,78 MHz. Celková doba trvání symbolu je 36 nebo 40 mikrosekund , což zahrnuje ochranný interval 4 nebo 8 mikrosekund. [6]

Modulační a kódovací schémata

index MCS [a] 		Prostorové toky
_
 Typ
modulace 		Rychlost
kódování 		Přenosová rychlost (v Mbps) [b] [6]
1 MHz kanály 2 MHz kanály 4 MHz kanály 8 MHz kanály 16 MHz kanály
8 µs GI [s] GI 4 us GI 8 us GI 4 us GI 8 us GI 4 us GI 8 us GI 4 us GI 8 us GI 4 us
0 jeden BPSK 1/2 0,3 0,33 0,65 0,72 1,35 1.5 2,93 3.25 5,85 6.5
jeden jeden QPSK 1/2 0,6 0,67 1.3 1.44 2.7 3.0 5,85 6.5 11.7 13,0
2 jeden QPSK 3/4 0,9 1,0 1,95 2.17 4.05 4.5 8,78 9,75 17.6 19.5
3 jeden 16 QAM 1/2 1.2 1.33 2.6 2,89 5.4 6.0 11.7 13,0 23.4 26.0
čtyři jeden 16 QAM 3/4 1.8 2,0 3.9 4.33 8.1 9,0 17.6 19.5 35.1 39,0
5 jeden 64-QAM 2/3 2.4 2.67 5.2 5,78 10.8 12.0 23.4 26.0 46,8 52,0
6 jeden 64-QAM 3/4 2.7 3.0 5,85 6.5 12.2 13.5 26.3 29.3 52,7 58,5
7 jeden 64-QAM 5/6 3.0 3.34 6.5 7.22 13.5 15,0 29.3 32.5 58,5 65,0
osm jeden 256-QAM 3/4 3.6 4,0 7.8 8,67 16.2 18.0 35.1 39,0 70,2 78,0
9 jeden 256-QAM 5/6 4,0 4.44 n/a n/a 18.0 20,0 39,0 43.3 78,0 86,7
deset jeden BPSK 1/2x2 0,15 0,17 n/a n/a n/a n/a n/a n/a n/a n/a
0 2 BPSK 1/2 0,6 6.67 1.3 1.44 2.7 3.0 5,85 6.5 11.7 13,0
jeden 2 QPSK 1/2 1.2 1.34 2.6 2,89 5.4 6.0 11.7 13,0 23.4 26.0
2 2 QPSK 3/4 1.8 2,0 3.9 4.33 8.1 9,0 17.6 19.5 35.1 39,0
3 2 16 QAM 1/2 2.4 2.67 5.2 5,78 10.8 12.0 23.4 26.0 46,8 52,0
čtyři 2 16 QAM 3/4 3.6 4,0 7.8 8,67 16.2 18.0 35.1 39,0 70,2 78,0
5 2 64-QAM 2/3 4.8 5.34 10.4 11.6 21.6 24.0 46,8 52,0 93,6 104
6 2 64-QAM 3/4 5.4 6.0 11.7 13,0 24.3 27,0 52,7 58,5 105 117
7 2 64-QAM 5/6 6.0 6.67 13,0 14.4 27,0 30,0 58,5 65,0 117 130
osm 2 256-QAM 3/4 7.2 8,0 15.6 17.3 32.4 36,0 70,2 78,0 140 156
9 2 256-QAM 5/6 8,0 8,89 n/a n/a 36,0 40,0 78,0 86,7 156 173
0 3 BPSK 1/2 0,9 1,0 1,95 2.17 4.05 4.5 8,78 9,75 17.6 19.5
jeden 3 QPSK 1/2 1.8 2,0 3.9 4.33 8.1 9,0 17.6 19.5 35.1 39,0
2 3 QPSK 3/4 2.7 3.0 5,85 6.5 12.2 13.5 26.3 29.3 52,7 58,5
3 3 16 QAM 1/2 3.6 4,0 7.8 8,67 16.2 18.0 35.1 39,0 70,2 78,0
čtyři 3 16 QAM 3/4 5.4 6.0 11.7 13,0 24.3 27,0 52,7 58,5 105 117
5 3 64-QAM 2/3 7.2 8,0 15.6 17.3 32.4 36,0 70,2 78,0 140 156
6 3 64-QAM 3/4 8.1 9,0 17.6 19.5 36.5 40,5 n/a n/a 158 176
7 3 64-QAM 5/6 9,0 10,0 19.5 21.7 40,5 45,0 87,8 97,5 176 195
osm 3 256-QAM 3/4 10.8 12.0 23.4 26.0 48,6 54,0 105 117 211 234
9 3 256-QAM 5/6 12.0 13,34 26.0 28.9 54,0 60,0 117 130 n/a n/a

Vlastnosti MAC

Reléový přístupový bod

Přístupový bod (AP) je entita, která se logicky skládá z relé a síťové stanice ( STA ), neboli klienta. Funkce přenosu umožňuje přístupovému bodu a stanicím vyměňovat si rámce prostřednictvím přenosu. Zavedení opakovače umožňuje stanicím používat vyšší modulační a kódovací schémata a zkrátit dobu, po kterou stanice zůstanou aktivní. To zlepšuje životnost baterie stanic. Reléové stanice mohou také zajistit komunikaci pro stanice umístěné mimo dosah přístupového bodu. Při použití přenosových stanic existuje režie pro celkovou efektivitu sítě a zvýšenou složitost. Pro omezení těchto režijních nákladů by měla být funkce relé obousměrná a omezená pouze na dva skoky.

Úspora energie

Úsporné stanice jsou rozděleny do dvou tříd: stanice TIM a stanice bez TIM. Stanice TIM pravidelně přijímají informace o provozu ve vyrovnávací paměti pro ně z přístupového bodu v tom, co se nazývá informační prvek TIM, odtud název. Stanice, které nejsou TIM, používají nový mechanismus Target Wake Time ke snížení komunikační režie. [osm]

Cílový čas probuzení

Target Wake Time (TWT) je funkce, která umožňuje přístupovému bodu určit konkrétní čas nebo sadu časů pro jednotlivé stanice pro přístup k médiu. STA (klient) a AP si vyměňují informace, které zahrnují očekávanou dobu trvání aktivity, aby umožnily AP kontrolovat množství sporů a shodu mezi konkurenčními STA. AP může chránit očekávanou dobu trvání aktivity pomocí různých ochranných mechanismů. Použití TWT je sjednáno mezi AP a STA. Cílovou dobu probuzení lze použít ke snížení spotřeby energie sítě, protože stanice, které ji používají, mohou přejít do režimu spánku, dokud nedorazí jejich TWT.

Omezené okno

Okno s omezeným přístupem vám umožňuje rozdělit stanice v rámci základní sady služeb (BSS) do skupin a omezit přístup ke kanálu pouze stanicím patřícím do této skupiny v daném časovém období. To pomáhá omezit kolize a vyhnout se současnému vysílání z velkého počtu vzájemně skrytých stanic. [9]

Obousměrný TXOP

Obousměrný TXOP umožňuje AP a non-AP (STA nebo klient) vyměňovat si sekvenci uplink a downlink rámců během vyhrazeného času (příležitost k přenosu nebo TXOP). Tento režim provozu je určen ke snížení přístupu ke kanálu založenému na soupeření, zlepšení efektivity kanálu minimalizací počtu výměn rámců požadovaných pro uplinkové a sestupné datové rámce a umožňuje stanicím prodloužit životnost baterie při zachování krátkých časů probuzení. K této nepřetržité výměně rámců dochází jak na uplinku, tak na downlinku mezi dvojicí stanic. V dřívějších verzích se obousměrný standard TXOP nazýval Speed ​​​​Frame Exchange. [deset]

Sektorizace

Rozdělení oblasti pokrytí základní sadou služeb (BSS) na sektory, z nichž každý obsahuje podmnožinu stanic, se nazývá sektorizace. Tohoto oddělení je dosaženo sadou antén nebo sadou syntetizovaných anténních paprsků pro pokrytí různých sektorů BSS. Účelem sektorizace je snížit konflikty nebo interference v médiu v důsledku sníženého počtu stanic v sektoru a/nebo poskytnout prostorové sdílení mezi překrývajícími se AP nebo BSS (overlapping BSS, OBSS).

Srovnání s 802.11af

Dalším standardem WLAN pro pásma pod 1 GHz je IEEE 802.11af , který na rozdíl od 802.11ah funguje v licencovaných pásmech. Přesněji řečeno, 802.11af funguje v televizním bílém prostoru spektra v pásmech VHF a UHF mezi 54 a 790 MHz pomocí kognitivní rádiové technologie . [jedenáct]

Produkty

IP

Následující organizace prodávají součásti IP vyhovující standardu 802.11ah:

Mikroobvody

V současnosti na trhu nejsou žádné komerční čipové sady Wi-Fi HaLow. Níže je uveden seznam společností Wi-Fi Alliance , které veřejně vyvíjejí čipové sady Wi-Fi HaLow:

Komerční routery a přístupové body

Dnes na trhu nejsou žádné komerční přístupové body nebo routery Wi-Fi HaLow, protože jsou závislé na čipových sadách Wi-Fi HaLow.

Viz také

Poznámky

  1. ↑ MCS 9 nelze použít pro všechny kombinace šířky kanálu/prostorového toku.
  2. ↑ Druhý proud zdvojnásobí teoretickou rychlost přenosu dat, druhý ji ztrojnásobí atd.
  3. ↑ GI znamená ochranný interval.

Odkazy

  1. ↑ 802.11ah-2016 - Standard IEEE pro informační technologie - Telekomunikace a výměna informací mezi systémy - Místní a metropolitní sítě - Specifické požadavky - Část 11: Bezdrátové LAN řízení středního přístupu (MAC) a specifikace fyzické vrstvy (PHY) Dodatek 2 : Provoz v pásmu 1 GHz bez licence . Získáno 9. června 2018. Archivováno z originálu 12. června 2018.
  2. ↑ 1 2 K dispozici je nový typ Wi-Fi a je navržen pro připojení vaší chytré domácnosti . theverge.com (4. ledna 2016). Datum přístupu: 4. ledna 2015. Archivováno z originálu 4. ledna 2016.
  3. ↑ Wi-Fi Alliance představuje Wi-Fi HaLow s nízkou spotřebou a dlouhým dosahem; wifi.org; 4. ledna 2016. . Staženo 11. prosince 2018. Archivováno z originálu 28. ledna 2019.
  4. ↑ 1 2 Wi-Fi Advanced 802.11ah . Qualcomm.com. Získáno 25. června 2014. Archivováno z originálu 24. září 2014.
  5. ↑ Tammy Parker. Wi-Fi se připravuje na 900 MHz s 802.11ah . FierceWirelessTech.com (2. září 2013). Získáno 25. června 2014. Archivováno z originálu 9. července 2014.
  6. ↑ 123 Sun a kol ., 2013 .
  7. ↑ Aleksandr Ometov, Nader Daneshfar, Ali Hazmi, Sergey Andreev, Luis Felipe Del Carpio. Analýza technologie IEEE 802.11ah na úrovni systému pro nenasycený provoz MTC  (anglicky)  // International Journal of Sensor Networks. - 2018. - Sv. 26 , iss. 4 . — S. 269 . - ISSN 1748-1287 1748-1279, 1748-1287 . - doi : 10.1504/IJSNET.2018.090480 .
  8. ↑ Sun a kol., 2013 , 5.2 Úspora energie, str. 43.
  9. ↑ Khorov a kol., 2014 , 4.3.2. Okno s omezeným přístupem.
  10. ↑ Khorov a kol., 2014 , 4.3.1. Smysl virtuálního nosiče.
  11. ↑ Flores, Adriana B. IEEE 802.11af: Standard for TV White Space Spectrum Sharing  / Adriana B. Flores, Ryan E. Guerra, Edward W. Knightly ... [ a další ] . — IEEE, 2013. Archivováno 15. prosince 2017 na Wayback Machine
  12. ↑ McNamara, Michael "Adapt-IP: Products: 802.11ah HaLow" (odkaz není k dispozici) . www.adapt-ip.com . Adapt IP Company. Staženo 8. listopadu 2018. Archivováno z originálu 9. listopadu 2018. 

Bibliografie

  • Adame, Tony; Bel, Albert; Bellalta, Boris; Barcelo, Jaume; Oliver, Miquel. IEEE 802.11AH: WiFi přístup pro M2M komunikaci,  (anglicky)  // IEEE Wireless Communications Magazine : journal. — IEEE, 2014.
  • Khorov, Jevgenij; Ljachov, Andrej; Krotov, Alexandr; Guschin, Andrey. Průzkum o IEEE 802.11 ah: An Enabling Networking Technology for Smart Cities,  (anglicky)  // Computer Communications: journal. — Elsevier, 2014.
  • Slunce, pláč; Choi, Munhwan; Choi, Sunghyun. IEEE 802.11 ah: A Long Range 802.11 WLAN at Sub 1 GHz  (undefined)  // Journal of ICT Standardization. - 2013. - T. 1 , č. 1 . - S. 83-108 .
  • Zhou, Yuan; Wang, Haiguang; Zheng, Shoukang; Lei, Zander Zhongding (2013). "Pokrok ve standardizaci IEEE 802.11 ah pro komunikaci strojového typu v WLAN pod 1 GHz." Communications Workshops (ICC), 2013 Mezinárodní konference IEEE dne . IEEE. str. 1269-1273.
  • Aust, Stefan; Prasad, R Venkatesha; Niemegeers, Ignas GMM (2012). „IEEE 802.11 ah: Výhody standardů a další výzvy pro Wi-Fi pod 1 GHz“. Communications (ICC), 2012 Mezinárodní konference IEEE dne . IEEE. str. 6885-6889.