ИЭЭЭ 802.11ах
IEEE 802.11ah — протокол беспроводной сети, опубликованный в 2017 году. [1] под названием Wi-Fi HaLow [2] [3] [4] ( / ˈ h eɪ ˌ l oʊ / ) как поправка к стандарту беспроводной сети IEEE 802.11-2007 . Он использует нелицензионные диапазоны 900 МГц для создания сетей Wi-Fi с расширенным радиусом действия по сравнению с обычными сетями Wi-Fi, работающими в диапазонах 2,4 ГГц, 5 ГГц и 6 ГГц. Он также выигрывает от более низкого энергопотребления, что позволяет создавать большие группы станций или датчиков, которые взаимодействуют для обмена сигналами, поддерживая концепцию Интернета вещей (IoT). [5] Низкое энергопотребление протокола конкурирует с Bluetooth , LoRa и Zigbee . [6] и имеет дополнительное преимущество более высоких скоростей передачи данных и более широкого диапазона покрытия. [2]
Описание
[ редактировать ]Преимуществом 802.11ah является расширенный радиус действия, что делает его полезным для связи в сельской местности и разгрузки трафика вышек сотовой связи. [7] Другая цель протокола — разрешить использование низкоскоростных беспроводных станций 802.11 в диапазоне субгигагерц. [5] Этот протокол является одной из технологий IEEE 802.11, которая наиболее отличается от модели локальной сети, особенно в отношении средней конкуренции. Важным аспектом 802.11ah является поведение станций, которые сгруппированы таким образом, чтобы минимизировать конфликты в эфире, используют ретрансляцию для расширения зоны охвата, потребляют мало энергии благодаря заранее заданным периодам пробуждения/дремлания и по-прежнему способны отправлять данные на высокой скорости при некоторых согласованных условиях и использовать секторные антенны. Он использует спецификацию 802.11a/g с пониженной дискретизацией для обеспечения 26 каналов, каждый из которых способен обеспечить пропускную способность 100 кбит/с. Он может охватывать радиус одного километра. [8] Его цель — обеспечить подключение тысяч устройств через точку доступа. Протокол поддерживает рынки межмашинного взаимодействия (M2M), такие как интеллектуальные измерения. [9]
Скорость передачи данных
[ редактировать ]Скорость передачи данных до 347 Мбит/с достигается только при использовании максимум четырех пространственных потоков с использованием одного канала шириной 16 МГц. Различные схемы модуляции и скорости кодирования определяются стандартом и представлены значением индекса схемы модуляции и кодирования (MCS). В таблице ниже показаны взаимосвязи между переменными, которые обеспечивают максимальную скорость передачи данных. Защитный интервал (GI) определяется как время между символами.
Канал 2 МГц использует БПФ , равный 64, из которых: 56 поднесущих OFDM , 52 для данных и 4 пилотных тона с разделением несущих 31,25 кГц (2 МГц/64) (32 мкс). Каждая из этих поднесущих может быть BPSK , QPSK , 16- QAM , 64- QAM или 256- QAM . Общая полоса пропускания составляет 2 МГц с занимаемой полосой пропускания 1,78 МГц. Общая длительность символа составляет 36 или 40 микросекунд , включая защитный интервал 4 или 8 микросекунд. [8]
| МКС индекс [а] |
Пространственный Потоки |
Модуляция тип |
Кодирование ставка |
Скорость передачи данных (Мбит/с) [8] | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Каналы 1 МГц | Каналы 2 МГц | Каналы 4 МГц | Каналы 8 МГц | Каналы 16 МГц | |||||||||
| 8 мкс GI [б] | 4 мкс GI | 8 мкс GI | 4 мкс GI | 8 мкс GI | 4 мкс GI | 8 мкс GI | 4 мкс GI | 8 мкс GI | 4 мкс GI | ||||
| 0 | 1 | БПСК | 1/2 | 0.3 | 0.33 | 0.65 | 0.72 | 1.35 | 1.5 | 2.93 | 3.25 | 5.85 | 6.5 |
| 1 | 1 | КФСК | 1/2 | 0.6 | 0.67 | 1.3 | 1.44 | 2.7 | 3.0 | 5.85 | 6.5 | 11.7 | 13.0 |
| 2 | 1 | КФСК | 3/4 | 0.9 | 1.0 | 1.95 | 2.17 | 4.05 | 4.5 | 8.78 | 9.75 | 17.6 | 19.5 |
| 3 | 1 | 16-КАМ | 1/2 | 1.2 | 1.33 | 2.6 | 2.89 | 5.4 | 6.0 | 11.7 | 13.0 | 23.4 | 26.0 |
| 4 | 1 | 16-КАМ | 3/4 | 1.8 | 2.0 | 3.9 | 4.33 | 8.1 | 9.0 | 17.6 | 19.5 | 35.1 | 39.0 |
| 5 | 1 | 64-КАМ | 2/3 | 2.4 | 2.67 | 5.2 | 5.78 | 10.8 | 12.0 | 23.4 | 26.0 | 46.8 | 52.0 |
| 6 | 1 | 64-КАМ | 3/4 | 2.7 | 3.0 | 5.85 | 6.5 | 12.2 | 13.5 | 26.3 | 29.3 | 52.7 | 58.5 |
| 7 | 1 | 64-КАМ | 5/6 | 3.0 | 3.34 | 6.5 | 7.22 | 13.5 | 15.0 | 29.3 | 32.5 | 58.5 | 65.0 |
| 8 | 1 | 256-КАМ | 3/4 | 3.6 | 4.0 | 7.8 | 8.67 | 16.2 | 18.0 | 35.1 | 39.0 | 70.2 | 78.0 |
| 9 | 1 | 256-КАМ | 5/6 | 4.0 | 4.44 | — | — | 18.0 | 20.0 | 39.0 | 43.3 | 78.0 | 86.7 |
| 10 | 1 | БПСК | 1/2 х 2 | 0.15 | 0.17 | — | — | — | — | — | — | — | — |
| 0 | 2 | БПСК | 1/2 | 0.6 | 0.67 | 1.3 | 1.44 | 2.7 | 3.0 | 5.85 | 6.5 | 11.7 | 13.0 |
| 1 | 2 | КФСК | 1/2 | 1.2 | 1.34 | 2.6 | 2.89 | 5.4 | 6.0 | 11.7 | 13.0 | 23.4 | 26.0 |
| 2 | 2 | КФСК | 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-КАМ | 1/2 | 2.4 | 2.67 | 5.2 | 5.78 | 10.8 | 12.0 | 23.4 | 26.0 | 46.8 | 52.0 |
| 4 | 2 | 16-КАМ | 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-КАМ | 2/3 | 4.8 | 5.34 | 10.4 | 11.6 | 21.6 | 24.0 | 46.8 | 52.0 | 93.6 | 104 |
| 6 | 2 | 64-КАМ | 3/4 | 5.4 | 6.0 | 11.7 | 13.0 | 24.3 | 27.0 | 52.7 | 58.5 | 105 | 117 |
| 7 | 2 | 64-КАМ | 5/6 | 6.0 | 6.67 | 13.0 | 14.4 | 27.0 | 30.0 | 58.5 | 65.0 | 117 | 130 |
| 8 | 2 | 256-КАМ | 3/4 | 7.2 | 8.0 | 15.6 | 17.3 | 32.4 | 36.0 | 70.2 | 78.0 | 140 | 156 |
| 9 | 2 | 256-КАМ | 5/6 | 8.0 | 8.89 | — | — | 36.0 | 40.0 | 78.0 | 86.7 | 156 | 173 |
| 0 | 3 | БПСК | 1/2 | 0.9 | 1.0 | 1.95 | 2.17 | 4.05 | 4.5 | 8.78 | 9.75 | 17.6 | 19.5 |
| 1 | 3 | КФСК | 1/2 | 1.8 | 2.0 | 3.9 | 4.33 | 8.1 | 9.0 | 17.6 | 19.5 | 35.1 | 39.0 |
| 2 | 3 | КФСК | 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-КАМ | 1/2 | 3.6 | 4.0 | 7.8 | 8.67 | 16.2 | 18.0 | 35.1 | 39.0 | 70.2 | 78.0 |
| 4 | 3 | 16-КАМ | 3/4 | 5.4 | 6.0 | 11.7 | 13.0 | 24.3 | 27.0 | 52.7 | 58.5 | 105 | 117 |
| 5 | 3 | 64-КАМ | 2/3 | 7.2 | 8.0 | 15.6 | 17.3 | 32.4 | 36.0 | 70.2 | 78.0 | 140 | 156 |
| 6 | 3 | 64-КАМ | 3/4 | 8.1 | 9.0 | 17.6 | 19.5 | 36.5 | 40.5 | — | — | 158 | 176 |
| 7 | 3 | 64-КАМ | 5/6 | 9.0 | 10.0 | 19.5 | 21.7 | 40.5 | 45.0 | 87.8 | 97.5 | 176 | 195 |
| 8 | 3 | 256-КАМ | 3/4 | 10.8 | 12.0 | 23.4 | 26.0 | 48.6 | 54.0 | 105 | 117 | 211 | 234 |
| 9 | 3 | 256-КАМ | 5/6 | 12.0 | 13.34 | 26.0 | 28.9 | 54.0 | 60.0 | 117 | 130 | — | — |
Возможности MAC
[ редактировать ]Релейная точка доступа
[ редактировать ]Ретрансляционная точка доступа (AP) — это объект, который логически состоит из ретранслятора и сетевой станции (STA) или клиента. Функция ретрансляции позволяет точке доступа и станциям обмениваться кадрами друг с другом посредством ретрансляции. Внедрение реле позволяет станциям использовать более высокие схемы MCS (схемы модуляции и кодирования) и сократить время пребывания станций в активном режиме. Это увеличивает время автономной работы станций. Ретрансляционные станции также могут обеспечивать подключение станций, находящихся за пределами зоны действия точки доступа. Использование ретрансляционных станций приводит к увеличению затрат на общую эффективность сети и увеличению ее сложности. Чтобы ограничить эти издержки, функция ретрансляции должна быть двунаправленной и ограничена только двумя переходами.
Экономия энергии
[ редактировать ]Энергосберегающие станции делятся на два класса: станции TIM и станции без TIM. Станции TIM периодически получают информацию о буферизованном для них трафике от точки доступа в так называемом информационном элементе TIM, отсюда и название. Станции, не поддерживающие TIM, используют новый механизм Target Wake Time, который позволяет снизить накладные расходы на передачу сигналов. [10]
Целевое время пробуждения
[ редактировать ]Target Wake Time (TWT) — это функция, которая позволяет точке доступа определять конкретное время или набор времени для отдельных станций для доступа к среде передачи. STA (клиент) и AP обмениваются информацией, которая включает ожидаемую продолжительность активности, чтобы позволить AP контролировать количество конфликтов и перекрытий между конкурирующими STA. Точка доступа может защитить ожидаемую продолжительность активности с помощью различных механизмов защиты. Использование TWT согласовывается между AP и STA. Целевое время пробуждения можно использовать для снижения энергопотребления сети, поскольку станции, которые его используют, могут переходить в состояние дремоты до тех пор, пока не прибудет их TWT.
Окно ограниченного доступа
[ редактировать ]Окно ограниченного доступа позволяет разделить станции в рамках базового набора услуг (BSS) на группы и ограничить доступ к каналу только станциям, принадлежащим к данной группе в любой заданный период времени. Это помогает уменьшить конфликты и избежать одновременной передачи с большого количества станций, скрытых друг от друга. [11] [12]
Двунаправленный TXOP
[ редактировать ]Двунаправленный TXOP позволяет точке доступа и не-AP (STA или клиенту) обмениваться последовательностью кадров восходящей и нисходящей линии связи в течение зарезервированного времени (возможность передачи или TXOP). Этот режим работы предназначен для уменьшения количества конкурирующих доступов к каналу, повышения эффективности канала за счет минимизации количества обменов кадрами, необходимых для кадров данных восходящей и нисходящей линии связи, а также позволяет станциям продлить срок службы батареи за счет сокращения времени пробуждения. Этот непрерывный обмен кадрами осуществляется как по восходящей, так и по нисходящей линии связи между парой станций. В более ранних версиях стандарта двунаправленный TXOP назывался Speed Frame Exchange. [13]
Секторизация
[ редактировать ]Разделение зоны покрытия базового набора услуг (BSS) на сектора, каждый из которых содержит подмножество станций, называется секторизацией. Такое разделение достигается за счет набора антенн или набора синтезированных антенных лучей для покрытия различных секторов BSS. Целью секторизации является уменьшение конкуренции или помех в среде за счет уменьшения количества станций внутри сектора и/или обеспечение пространственного совместного использования между перекрывающимися точками доступа или станциями BSS (OBSS).
Сравнение с 802.11af
[ редактировать ]Еще одним стандартом WLAN для диапазонов ниже 1 ГГц является IEEE 802.11af , который, в отличие от 802.11ah, работает в лицензированных диапазонах. В частности, 802.11af работает в телевизионном белом пространстве в диапазонах ОВЧ и УВЧ от 54 до 790 МГц с использованием технологии когнитивного радио . [14]
Сетевые стандарты IEEE 802.11
[ редактировать ]| Частота диапазон, или введите |
ФИЗИЧЕСКИЙ | Протокол | Выпускать дата [15] |
Частота | Пропускная способность | Транслировать скорость передачи данных [16] |
Допустимо MIMO- потоки |
Модуляция | Приблизительный диапазон | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Крытый | Открытый | |||||||||
| (ГГц) | (МГц) | (Мбит/с) | ||||||||
См. также
[ редактировать ]- Классический WaveLAN (аппаратное обеспечение до 802.11 с вариантом 915 МГц)
- ДАШ7
- IEEE
- LoRa — еще одна технология беспроводной связи большого радиуса действия с низким энергопотреблением.
- Список каналов WLAN
Примечания
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Стандарт IEEE для информационных технологий. Телекоммуникации и обмен информацией между системами. Локальные и городские сети. Особые требования. Часть 11. Спецификации управления доступом к среде беспроводной локальной сети (MAC) и физического уровня (PHY). Поправка 2: освобождение от лицензии Sub 1 GHZ. Операция . doi : 10.1109/IEESTD.2017.7920364 . ISBN 978-1-5044-3911-4 .
- ^ Jump up to: а б «Появился новый тип Wi-Fi, предназначенный для подключения вашего умного дома» . theverge.com. 04.01.2016 . Проверено 4 января 2015 г.
- ^ Wi-Fi Alliance представляет Wi-Fi HaLow с низким энергопотреблением и дальним радиусом действия ; Wi-Fi.org; 4 января 2016 г.
- ^ Малое энергопотребление и большой радиус действия Wi-Fi® для Интернета вещей ; Wi-Fi.org; 21 мая 2020 г.
- ^ Jump up to: а б «Расширенный Wi-Fi 802.11ah» . Qualcomm.com. Архивировано из оригинала 24 сентября 2014 г. Проверено 25 июня 2014 г.
- ^ «Какие технологии Wi-Fi HaLow имеют наибольший потенциал для нарушения» . Ньюраком . 30 августа 2022 г. Проверено 1 марта 2023 г.
- ^ Тэмми Паркер (2 сентября 2013 г.). «Wi-Fi готовится к работе на частоте 900 МГц с 802.11ah» . FierceWirelessTech.com . Проверено 25 июня 2014 г.
- ^ Jump up to: а б с Сан, Цой и Цой 2013 .
- ^ Ауст, Прасад и Нимегирс 2012 .
- ^ Сан, Чой и Чой 2013 , с. 94, 5.2 Энергосбережение.
- ^ Хоров и др. 2014 г. , 4.3.2. Окно ограниченного доступа.
- ^ ZhouWang & ZhengLei 2013 , 4. Доступ к каналу.
- ^ Khorov et al. 2014 , 4.3.1. Virtual carrier sense.
- ^ Флорес, Адриана Б.; Герра, Райан Э.; Найтли, Эдвард В.; Экклезин, Питер; Панди, Сантош (октябрь 2013 г.). «IEEE 802.11af: стандарт совместного использования белого спектра телевидения» (PDF) . ИИЭЭ . Проверено 29 декабря 2013 г.
- ^ «Официальные сроки проекта рабочей группы IEEE 802.11» . 26 января 2017 г. Проверено 12 февраля 2017 г.
- ^ «Wi-Fi СЕРТИФИЦИРОВАН: сети Wi-Fi мультимедийного уровня с большей дальностью действия, высокой пропускной способностью» (PDF) . Wi-Fi Альянс . Сентябрь 2009 года.
- ^ Jump up to: а б Банерджи, Сурансу; Чоудхури, Рахул Сингха. «О IEEE 802.11: технология беспроводной локальной сети». arXiv : 1307.2661 .
- ^ «Полное семейство стандартов беспроводной локальной сети: 802.11 a, b, g, j, n» (PDF) .
- ^ Физический уровень стандарта связи IEEE 802.11p WAVE: характеристики и проблемы (PDF) . Всемирный конгресс по инженерным и компьютерным наукам. 2014.
- ^ Стандарт IEEE для информационных технологий - Телекоммуникации и обмен информацией между системами - Локальные и городские сети - Особые требования, Часть Ii: Спецификации управления доступом к среде беспроводной локальной сети (MAC) и физического уровня (PHY). (без даты). doi:10.1109/ieeestd.2003.94282
- ^ Jump up to: а б «Анализ пропускной способности Wi-Fi для 802.11ac и 802.11n: теория и практика» (PDF) .
- ^ Беланджер, Фил; Биба, Кен (31 мая 2007 г.). «802.11n обеспечивает лучший радиус действия» . Планета Wi-Fi . Архивировано из оригинала 24 ноября 2008 г.
- ^ «IEEE 802.11ac: что это значит для тестирования?» (PDF) . ЛайтПойнт . Октябрь 2013 г. Архивировано из оригинала (PDF) 16 августа 2014 г.
- ^ «Стандарт IEEE для информационных технологий» . Стандарт IEEE 802.11aj-2018 . Апрель 2018 г. doi : 10.1109/IEESTD.2018.8345727 .
- ^ «802.11ad — WLAN на частоте 60 ГГц: введение в технологию» (PDF) . Роде и Шварц ГмбХ. 21 ноября 2013. с. 14.
- ^ «Обсуждение Connect802 — 802.11ac» . www.connect802.com .
- ^ «Понимание физического уровня IEEE 802.11ad и проблем измерения» (PDF) .
- ^ «Пресс-релиз 802.11aj» .
- ^ «Обзор китайской многогигабитной беспроводной локальной сети миллиметрового диапазона» . Транзакции IEICE по коммуникациям . Е101.Б (2): 262–276. 2018. doi : 10.1587/transcom.2017ISI0004 .
- ^ «IEEE 802.11ay: первый настоящий стандарт широкополосного беспроводного доступа (BWA) через mmWave — блог о технологиях» . techblog.comsoc.org .
- ^ «Беспроводные локальные сети P802.11» . IEEE. стр. 2, 3. Архивировано из оригинала 6 декабря 2017 г. Проверено 6 декабря 2017 г.
- ^ Jump up to: а б «Альтернативные PHY 802.11. Технический документ Аймана Мукаддама» (PDF) .
- ^ «Предложение TGaf PHY» . IEEE P802.11. 10 июля 2012 г. Проверено 29 декабря 2013 г.
- ^ «IEEE 802.11ah: WLAN 802.11 большого радиуса действия на частоте ниже 1 ГГц» (PDF) . Журнал стандартизации ИКТ . 1 (1): 83–108. Июль 2013 г. doi : 10.13052/jicts2245-800X.115 .
Библиография
[ редактировать ]- Адам, Тони; Белл, Альберт; Белл, Борис; Барсело, Джеймс; Оливер, Майкл (2014). «IEEE 802.11AH: подход Wi-Fi для связи M2M». Беспроводная связь IEEE . 21 (6). ИИЭР: 144–152. arXiv : 1402.4675 . дои : 10.1109/MWC.2014.7000982 . S2CID 13510385 .
- Ауст, Стефан; Прасад, Р. Венкатеша; Ниемегерс, Игнас ГММ (2012). «IEEE 802.11 ah: преимущества стандартов и дальнейшие проблемы для Wi-Fi с частотой ниже 1 ГГц». Коммуникации (ICC), Международная конференция IEEE 2012 г. по . IEEE. стр. 6885–6889.
- Хоров, Евгений; Ляхов Андрей; Кротов, Александр; Гущин, Андрей (2014). «Опрос IEEE 802.11 ah: сетевая технология для умных городов» (PDF) . Компьютерные коммуникации . Эльзевир.
- Солнце, Вэйпин; Чой, Мунхван; Чхве, Сонхён (июль 2013 г.). «IEEE 802.11 ah: WLAN 802.11 большого радиуса действия на частоте ниже 1 ГГц» (PDF) . Журнал стандартизации ИКТ . 1 (1): 83–108. дои : 10.13052/jicts2245-800X.115 .
- Чжоу, Юань; Ван, Хайгуан; Чжэн, Шукан; Лей, Зандер Чжундин (2013). «Достижения в стандартизации IEEE 802.11 ah для машинной связи в WLAN с частотой менее 1 ГГц» . Семинары по коммуникациям (ICC), Международная конференция IEEE 2013 г. по . IEEE. стр. 1269–1273.