IEEE 802.11ah

IEEE 802.11ah  är ett trådlöst nätverksprotokoll publicerat 2017 [1] och kallat Wi-Fi HaLow [2] [3] (uttalas "Hey-low"), utvecklat som ett komplement till IEEE 802.11 trådlös nätverksstandard . Detta protokoll fungerar på en licensfri 900 MHz-frekvens för att tillhandahålla ett utökat utbud av Wi-Fi- nätverk jämfört med konventionella Wi-Fi-nätverk som arbetar i 2,4 GHz- och 5 GHz-banden. Dess låga strömförbrukning är en fördel, vilket gör det möjligt att skapa stora grupper av stationer eller sensorer som samarbetar för att sprida signaler, vilket stödjer konceptet Internet of Things (Internet of Things, IoT). [4] Lågeffektprotokollet konkurrerar med Bluetooth och har den extra fördelen av högre datahastigheter och bredare täckningsområde. [2]

Beskrivning

Fördelen med 802.11ah är dess utökade räckvidd, vilket gör den användbar för landsbygdskommunikation och avlastning av mobiltrafik. [5] Ett annat mål med protokollet är att tillåta användningen av låghastighets 802.11 trådlösa stationer i sub-GHz-spektrumet. [4] Protokollet är en av teknikerna i IEEE 802.11-standarden som skiljer sig mest från LAN-modellen, särskilt när det gäller kollisioner. En viktig aspekt av 802.11ah-protokollet är beteendet hos stationer grupperade för att minimera konflikter i luften, använda en repeater för att öka räckvidden, använda en liten mängd ström på grund av fördefinierade vakna/sömnperioder, det är fortfarande möjligt att skicka data vid hög hastighet under vissa förhandlade förhållanden och använd sektorantenner. Den använder den nedsamplade 802.11a/g-specifikationen för att tillhandahålla 26 kanaler, var och en klarar av 100 Kbps genomströmning. Den kan täcka en radie på en kilometer. [6] Det syftar till att tillhandahålla anslutning till tusentals enheter i en hotspot. Protokollet stöder maskin -till-maskin (M2M) marknader som smart bokföring. De flesta IEEE 802.11ah MTC -enheter (sensorer, ställdon) har förutsägbara trafikegenskaper: ett litet meddelande (<10 kb) sänds över en ganska lång tidsperiod (1-10 s). [7] Emellertid kan antalet sådana autonoma enheter uppgå till tusentals, vilket medför problemet med att kontrollera åtkomsten till miljön under förhållandena för ett stort antal enheter och en låg frekvens av meddelanden på varje enhet. Användningen av en mobil radiotelefonkommunikationskanal (cellulär kommunikation) i detta scenario har sina begränsningar, främst på grund av de höga energikostnaderna för att sända ett meddelande.

Överföringshastighet

Datahastigheter på upp till 347 Mbps uppnås endast med maximalt fyra rumsliga strömmar med en enda 16 MHz-kanal. Olika moduleringsscheman och kodningshastigheter definieras av standarden och representeras av MCS-indexvärdet ( Modulation and Coding Scheme ). Tabellen nedan visar sambanden mellan variabler som tar hänsyn till den maximala datahastigheten. GI (Guard Interval): tid mellan tecken.

2 MHz-kanalen använder FFT 64, varav: 56 OFDM -underbärvågor , 52 för data och 4 för hjälptecken med 31,25 kHz (2 MHz/64) bärvågsseparation (32 µs). Var och en av dessa underbärvågor kan vara BPSK , QPSK , 16 - QAM , 64- QAM eller 256 - QAM . Den totala bandbredden är 2 MHz med en upptagen bandbredd på 1,78 MHz. Den totala symbolens varaktighet är 36 eller 40 mikrosekunder , vilket inkluderar ett skyddsintervall på 4 eller 8 mikrosekunder. [6]

Modulerings- och kodningsscheman
MCS-
index [a] 		Rumsliga flöden
_
 Moduleringstyp
_ 		Kodningshastighet
_ 		Datahastighet (i Mbps) [b] [6]
1 MHz kanaler 2 MHz kanaler 4 MHz kanaler 8 MHz kanaler 16 MHz kanaler
8 µs GI [s] 4 µs GI 8 µs GI 4 µs GI 8 µs GI 4 µs GI 8 µs GI 4 µs GI 8 µs GI 4 µs GI
0 ett BPSK 1/2 0,3 0,33 0,65 0,72 1,35 1.5 2,93 3,25 5,85 6.5
ett ett QPSK 1/2 0,6 0,67 1.3 1,44 2.7 3.0 5,85 6.5 11.7 13,0
2 ett QPSK 3/4 0,9 1.0 1,95 2.17 4.05 4.5 8,78 9,75 17.6 19.5
3 ett 16 QAM 1/2 1.2 1,33 2.6 2,89 5.4 6,0 11.7 13,0 23.4 26,0
fyra ett 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 ett 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 ett 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 ett 64-QAM 5/6 3.0 3,34 6.5 7.22 13.5 15,0 29.3 32,5 58,5 65,0
åtta ett 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 ett 256-QAM 5/6 4.0 4,44 n/a n/a 18,0 20.0 39,0 43,3 78,0 86,7
tio ett 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
ett 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
fyra 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
åtta 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
ett 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
fyra 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
åtta 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

MAC-funktioner

Relay Access Point

En åtkomstpunkt ( AP ) är en enhet som logiskt sett består av ett relä och en nätverksstation ( STA ) eller klient. Reläfunktionen gör att åtkomstpunkten och stationerna kan byta ramar med varandra genom relä. Införandet av en repeater tillåter stationer att använda högre modulerings- och kodningsscheman och minska den tid som stationer förblir aktiva. Detta förbättrar stationernas batterilivslängd. Relästationer kan också tillhandahålla kommunikation för stationer som ligger utanför accesspunktens räckvidd. När du använder relästationer finns det en overhead för övergripande nätverkseffektivitet och ökad komplexitet. För att begränsa dessa omkostnader bör reläfunktionen vara dubbelriktad och begränsad till endast två hopp.

Energibesparing

Energisparstationer är indelade i två klasser: TIM-stationer och icke-TIM-stationer. TIM-stationer får periodiskt information om den buffrade trafiken för dem från accesspunkten i det som kallas TIM-informationselementet, därav namnet. Icke-TIM-stationer använder den nya Target Wake Time-mekanismen för att minska kommunikationskostnader. [åtta]

Mål väckningstid

Target Wake Time (TWT) är en funktion som gör att AP kan bestämma en specifik tid eller uppsättning tider för enskilda stationer att komma åt mediet. STA (klient) och AP utbyter information, som inkluderar förväntad aktivitetslängd, för att tillåta AP att kontrollera mängden konflikter och matchning mellan konkurrerande STA. AP kan skydda den förväntade varaktigheten av aktiviteten genom olika skyddsmekanismer. Användningen av TWT förhandlas mellan AP och STA. Måltiden för väckning kan användas för att minska nätverkets strömförbrukning, eftersom stationer som använder den kan gå i viloläge tills deras TWT anländer.

Begränsat fönster

Fönstret för begränsad åtkomst låter dig dela upp stationer inom Basic Service Set (BSS) i grupper och begränsa åtkomsten till kanalen endast till stationer som tillhör denna grupp vid en given tidsperiod. Detta hjälper till att minska kollisioner och undvika samtidig överföring från ett stort antal stationer dolda från varandra. [9]

Dubbelriktad TXOP

Dubbelriktad TXOP tillåter en AP och en icke-AP (STA eller klient) att utbyta en sekvens av upplänks- och nedlänksramar under en reserverad tid (överföringsmöjlighet eller TXOP). Detta funktionssätt är avsett att reducera konfliktbaserad kanalåtkomst, förbättra kanaleffektiviteten genom att minimera antalet ramutbyten som krävs för upplänks- och nedlänksdataramar, och tillåta stationer att förlänga batteriets livslängd med bibehållen korta väckningstider. Detta kontinuerliga ramutbyte sker på både upplänk och nedlänk mellan ett par stationer. I tidigare versioner kallades den dubbelriktade TXOP-standarden Speed ​​​​Frame Exchange. [tio]

Sektorisering

Uppdelningen av ett täckningsområde för basserviceuppsättningar (BSS) i sektorer, som var och en innehåller en undergrupp av stationer, kallas sektorisering. Denna separation uppnås av en uppsättning antenner eller en uppsättning syntetiserade antennstrålar för att täcka olika sektorer av BSS. Syftet med sektorisering är att minska konflikter eller störningar i ett medium på grund av ett minskat antal stationer i en sektor och/eller att tillhandahålla rumslig delning mellan överlappande AP:er eller BSS:er (överlappande BSS, OBSS).

Jämförelse med 802.11af

En annan WLAN-standard för band under 1 GHz är IEEE 802.11af , som, till skillnad från 802.11ah, fungerar i licensierade band. Mer specifikt verkar 802.11af i tv-vitutrymmet i spektrumet i VHF- och UHF- banden mellan 54 och 790 MHz med hjälp av kognitiv radioteknik . [elva]

Produkter

IP

Följande organisationer säljer 802.11ah-kompatibla IP-komponenter:

Mikrokretsar

Det finns för närvarande inga kommersiella Wi-Fi HaLow-chipset på marknaden. Följande är en lista över Wi-Fi Alliance- företag som offentligt utvecklar Wi-Fi HaLow-chipset:

Kommersiella routrar och åtkomstpunkter

Det finns inga kommersiella Wi-Fi HaLow-åtkomstpunkter eller routrar på marknaden idag eftersom de är beroende av Wi-Fi HaLow-chipset.

Se även

Anteckningar

  1. ↑ MCS 9 är inte tillämplig på alla kombinationer av kanalbredd och rumslig ström.
  2. ↑ En andra ström dubblar den teoretiska datahastigheten, en etta tredubblar den, etc.
  3. ↑ GI står för skyddsintervallet.

Länkar

  1. ↑ 802.11ah-2016 - IEEE-standard för informationsteknik - Telekommunikation och informationsutbyte mellan system - Lokala nätverk och storstadsnätverk - Specifika krav - Del 11: Specifikationer för trådlöst LAN Medium Access Control (MAC) och Physical Layer (PHY) Tillägg 2 : Under 1 GHz licensbefriad drift . Hämtad 9 juni 2018. Arkiverad från originalet 12 juni 2018.
  2. ↑ 1 2 Det finns en ny typ av Wi-Fi, och den är utformad för att ansluta ditt smarta hem . theverge.com (4 januari 2016). Datum för åtkomst: 4 januari 2015. Arkiverad från originalet 4 januari 2016.
  3. ↑ Wi-Fi Alliance introducerar lågeffekt, långdistans Wi-Fi HaLow; wifi.org; 4 januari 2016. . Hämtad 11 december 2018. Arkiverad från originalet 28 januari 2019.
  4. ↑ 1 2 Wi-Fi Advanced 802.11ah . Qualcomm.com. Hämtad 25 juni 2014. Arkiverad från originalet 24 september 2014.
  5. ↑ Tammy Parker. Wi-Fi-förberedelser för 900 MHz med 802.11ah . FierceWirelessTech.com (2 september 2013). Hämtad 25 juni 2014. Arkiverad från originalet 9 juli 2014.
  6. ↑ 123 Sun et al ., 2013 .
  7. ↑ Aleksandr Ometov, Nader Daneshfar, Ali Hazmi, Sergey Andreev, Luis Felipe Del Carpio. Analys på systemnivå av IEEE 802.11ah-teknik för omättad MTC-trafik  (engelska)  // International Journal of Sensor Networks. - 2018. - Vol. 26 , iss. 4 . — S. 269 . - ISSN 1748-1287 1748-1279, 1748-1287 . - doi : 10.1504/IJSNET.2018.090480 .
  8. ↑ Sun et al., 2013 , 5.2 Energibesparing, sid. 43.
  9. ↑ Khorov et al., 2014 , 4.3.2. Fönster med begränsad åtkomst.
  10. ↑ Khorov et al., 2014 , 4.3.1. Virtuell bärarkänsla.
  11. ↑ Flores, Adriana B. IEEE 802.11af: A Standard for TV White Space Spectrum Sharing  / Adriana B. Flores, Ryan E. Guerra, Edward W. Knightly ... [ och andra ] . — IEEE, 2013. Arkiverad 15 december 2017 på Wayback Machine
  12. ↑ McNamara, Michael "Adapt-IP: Produkter: 802.11ah HaLow" (länk ej tillgänglig) . www.adapt-ip.com . Anpassa IP Company. Hämtad 8 november 2018. Arkiverad från originalet 9 november 2018. 

Bibliografi

  • Adame, Tony; Bel, Albert; Bellalta, Boris; Barcelo, Jaume; Oliver, Miquel. IEEE 802.11AH: WiFi-metoden för M2M-kommunikation,  (engelska)  // IEEE Wireless Communications Magazine: journal. — IEEE, 2014.
  • Khorov, Evgeny; Lyakhov, Andrey; Krotov, Alexander; Guschin, Andrey. En undersökning om IEEE 802.11 ah: an Enabling Networking Technology for Smart Cities,  (engelska)  // Computer Communications : journal. — Elsevier, 2014.
  • Sol, Weiping; Choi, Munhwan; Choi, Sunghyun. IEEE 802.11 ah: A Long Range 802.11 WLAN at Sub 1 GHz  (odefinierad)  // Journal of ICT Standardization. - 2013. - T. 1 , nr 1 . - S. 83-108 .
  • Zhou, Yuan; Wang, Haiguang; Zheng, Shoukang; Lei, Zander Zhongding (2013). "Framsteg inom IEEE 802.11 ah-standardisering för kommunikation av maskintyp i sub-1 GHz WLAN." Communications Workshops (ICC), 2013 IEEE International Conference on . IEEE. pp. 1269-1273.
  • Aust, Stefan; Prasad, R Venkatesha; Niemegeers, Ignas GMM (2012). "IEEE 802.11 ah: Fördelar i standarder och ytterligare utmaningar för sub 1 GHz Wi-Fi". Communications (ICC), 2012 IEEE International Conference on . IEEE. pp. 6885-6889.