IEEE 802.11ah - IEEE 802.11ah

IEEE 802.11ah ist ein drahtloses Netzwerkprotokoll , das 2017 mit dem Namen Wi-Fi HaLow (ausgesprochen "HEY-Low") als Ergänzung des drahtlosen Netzwerkstandards IEEE 802.11-2007 veröffentlicht wurde . Es verwendet lizenzbefreite 900-MHz-Bänder, um Wi-Fi- Netzwerke mit erweiterter Reichweite bereitzustellen , im Vergleich zu herkömmlichen Wi-Fi-Netzwerken, die in den 2,4-GHz- und 5-GHz-Bändern betrieben werden. Es profitiert auch von einem geringeren Energieverbrauch, wodurch große Gruppen von Stationen oder Sensoren erstellt werden können, die zusammenarbeiten, um Signale auszutauschen, was das Konzept des Internets der Dinge (IoT) unterstützt. Der geringe Stromverbrauch des Protokolls konkurriert mit Bluetooth und bietet den zusätzlichen Vorteil höherer Datenraten und größerer Reichweite.

Beschreibung

Ein Vorteil von 802.11ah ist die erweiterte Reichweite, die es für die ländliche Kommunikation und die Entlastung von Mobilfunkmasten nützlich macht. Der andere Zweck des Protokolls besteht darin, die Verwendung von 802.11-Wireless-Stationen mit niedriger Rate im Sub-Gigahertz-Spektrum zu ermöglichen. Das Protokoll ist eine der IEEE 802.11-Technologien, die sich am stärksten vom LAN-Modell unterscheidet, insbesondere in Bezug auf Medienkonflikte. Ein herausragender Aspekt von 802.11ah ist das Verhalten von Stationen, die gruppiert sind, um Konflikte auf den Luftmedien zu minimieren, Relays verwenden, um ihre Reichweite zu erweitern, wenig Strom verbrauchen dank vordefinierter Wach-/Dösen-Perioden, weiterhin in der Lage sind, Daten mit hoher Geschwindigkeit unter . zu senden einige ausgehandelte Bedingungen und verwenden sektorierte Antennen. Es verwendet die 802.11a/g-Spezifikation, die nach unten abgetastet wird, um 26 Kanäle bereitzustellen, von denen jeder in der Lage ist, einen Durchsatz von 100 kbit/s bereitzustellen. Es kann einen Umkreis von einem Kilometer abdecken. Es zielt darauf ab, Tausenden von Geräten unter einem Zugangspunkt Konnektivität bereitzustellen. Das Protokoll unterstützt Machine-to-Machine (M2M)-Märkte wie Smart Metering.

Datenraten

Nur mit maximal vier Spatial Streams auf einem 16 MHz breiten Kanal werden Datenraten bis 347 Mbit/s erreicht. Verschiedene Modulationsschemata und Codierungsraten werden durch den Standard definiert und werden durch einen Modulations- und Codierungsschema- (MCS)-Indexwert dargestellt. Die folgende Tabelle zeigt die Beziehungen zwischen den Variablen, die die maximale Datenrate ermöglichen. GI (Guard Interval) : Timing zwischen Symbolen.

Der 2-MHz-Kanal verwendet eine FFT von 64, davon: 56 OFDM- Unterträger, 52 für Daten und 4 Pilottöne mit einer Trägertrennung von 31,25 kHz (2 MHz/64) (32 µs). Jeder dieser Unterträger kann ein BPSK , QPSK , 16- QAM , 64- QAM oder 256- QAM sein . Die Gesamtbandbreite beträgt 2 MHz bei einer belegten Bandbreite von 1,78 MHz. Die Gesamtsymboldauer beträgt 36 oder 40 Mikrosekunden , einschließlich eines Schutzintervalls von 4 oder 8 Mikrosekunden.

Modulations- und Codierungsschemata
MCS-
Index 		Räumliche
Ströme
Modulationstyp 		Coding
Rate 		Datenrate (Mbit/s)
1-MHz-Kanäle 2 MHz-Kanäle 4 MHz-Kanäle 8-MHz-Kanäle 16-MHz-Kanäle
8 μs GI 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 1 BPSK 1/2 0,3 0,33 0,65 0,72 1,35 1,5 2.93 3,25 5,85 6,5
1 1 QPSK 1/2 0,6 0,67 1.3 1.44 2.7 3.0 5,85 6,5 11,7 13,0
2 1 QPSK 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-QAM 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-QAM 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-QAM 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-QAM 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-QAM 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-QAM 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-QAM 5/6 4.0 4.44 N / A N / A 18.0 20,0 39,0 43,3 78,0 86,7
10 1 BPSK 1/2 x 2 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 0,67 1.3 1.44 2.7 3.0 5,85 6,5 11,7 13,0
1 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
4 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
8 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
1 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
4 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
8 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-Funktionen

Relais-Zugangspunkt

Ein Relay Access Point (AP) ist eine Einheit, die logisch aus einem Relay und einer Netzwerkstation (STA) oder einem Client besteht. Die Relay-Funktion ermöglicht es einem AP und Stationen, über ein Relay Frames miteinander auszutauschen. Die Einführung eines Relais ermöglicht es den Stationen, höhere MCSs (Modulation and Coding Schemes) zu verwenden und die Zeit zu verkürzen, in der die Stationen im aktiven Modus bleiben. Dies verbessert die Batterielebensdauer der Stationen. Relaisstationen können auch Konnektivität für Stationen bereitstellen, die sich außerhalb der Abdeckung des AP befinden. Es entstehen Overhead-Kosten für die Gesamtnetzeffizienz und eine erhöhte Komplexität bei der Verwendung von Relaisstationen. Um diesen Overhead zu begrenzen, soll die Weiterleitungsfunktion bidirektional und auf nur zwei Sprünge beschränkt sein.

Energiesparen

Stromsparstationen werden in zwei Klassen eingeteilt: TIM-Stationen und Nicht-TIM-Stationen. TIM-Stationen erhalten periodisch Informationen über den für sie gepufferten Verkehr vom Zugangspunkt im sogenannten TIM-Informationselement, daher der Name. Nicht-TIM-Stationen verwenden den neuen Target Wake Time-Mechanismus, der es ermöglicht, den Signalisierungs-Overhead zu reduzieren.

Ziel-Weckzeit

Target Wake Time (TWT) ist eine Funktion, die es einem AP ermöglicht, eine bestimmte Zeit oder einen bestimmten Zeitsatz für einzelne Stationen für den Zugriff auf das Medium zu definieren. Die STA (Client) und der AP tauschen Informationen aus, die eine erwartete Aktivitätsdauer enthalten, um es dem AP zu ermöglichen, das Ausmaß der Konkurrenz und Überlappung zwischen konkurrierenden STA zu steuern. Der AP kann die erwartete Aktivitätsdauer mit verschiedenen Schutzmechanismen schützen. Die Verwendung von TWT wird zwischen einem AP und einer STA ausgehandelt. Die Ziel-Weckzeit kann verwendet werden, um den Energieverbrauch des Netzwerks zu reduzieren, da Stationen, die sie verwenden, in einen Einschlafzustand verfallen können, bis ihre TWT eintrifft.

Fenster mit eingeschränktem Zugriff

Das eingeschränkte Zugriffsfenster ermöglicht die Aufteilung der Stationen innerhalb eines Basic Service Set (BSS) in Gruppen und die Beschränkung des Kanalzugriffs nur auf Stationen, die zu einer gegebenen Gruppe zu einem gegebenen Zeitraum gehören. Es hilft, Konflikte zu reduzieren und gleichzeitige Übertragungen von einer großen Anzahl von Stationen, die voreinander versteckt sind, zu vermeiden.

Bidirektionaler TXOP

Bidirektionales TXOP ermöglicht einem AP und einem Nicht-AP (STA oder Client), während einer reservierten Zeit (Transmit Opportunity oder TXOP) eine Sequenz von Uplink- und Downlink-Frames auszutauschen. Dieser Betriebsmodus soll die Anzahl konkurrenzbasierter Kanalzugriffe reduzieren, die Kanaleffizienz verbessern, indem die Anzahl der für Uplink- und Downlink-Datenrahmen erforderlichen Rahmenaustausche minimiert wird, und es Stationen ermöglichen, die Batterielebensdauer durch kurze Awake-Zeiten zu verlängern. Dieser kontinuierliche Rahmenaustausch erfolgt sowohl aufwärts als auch abwärts zwischen dem Paar von Stationen. In früheren Versionen des Standards hieß Bi Directional TXOP Speed ​​Frame Exchange.

Sektorisierung

Die Aufteilung des Abdeckungsbereichs eines Basic Service Set (BSS) in Sektoren, die jeweils eine Teilmenge von Stationen enthalten, wird Sektorisierung genannt. Diese Aufteilung wird durch einen Satz Antennen oder einen Satz synthetisierter Antennenstrahlen erreicht, um verschiedene Sektoren des BSS abzudecken. Das Ziel der Sektorisierung besteht darin, Medienkonkurrenz oder -interferenz durch die reduzierte Anzahl von Stationen innerhalb eines Sektors zu reduzieren und/oder eine räumliche Aufteilung zwischen überlappenden BSS (OBSS) APs oder Stationen zu ermöglichen.

Vergleich mit 802.11af

Ein weiterer WLAN-Standard für Sub-1-GHz-Bänder ist IEEE 802.11af , der im Gegensatz zu 802.11ah in lizenzierten Bändern arbeitet. Genauer gesagt arbeitet 802.11af im TV - weißen Raum Spektrum in der VHF und UHF - Bänder zwischen MHz 54 und 790 unter Verwendung von Cognitive Radio - Technologie.

Produkte

IP

Die folgenden Organisationen verkaufen 802.11ah-kompatible IP-Komponenten:

Chipsatz

Nachfolgend eine Liste von Unternehmen, die Teil der Wi-Fi Alliance sind und öffentlich Wi-Fi HaLow-Chipsätze entwickeln:

Eingebettetes Modul

Silex Technology hat ein 802.11ah-Modul für IoT auf den Markt gebracht , das SX-NEWAH

IEEE 802.11-Netzwerkstandards

IEEE 802.11- Netzwerk-PHY-Standards
Frequenzbereich
oder Typ 		PHY Protokoll Veröffentlichungsdatum Frequenz Bandbreite Stream -Datenrate Zulässige
MIMO- Streams 		Modulation Ungefähre Reichweite
Indoor Draussen
(GHz) (MHz) (Mbit/s)
1–6  GHz DSSS/FHSS 802.11-1997 Juni 1997 2.4 22 1, 2 N / A DSSS , FHSS 20 m (66 Fuß) 100 m (330 Fuß)
HR-DSSS 802.11b September 1999 2.4 22 1, 2, 5,5, 11 N / A DSSS 35 m (115 Fuß) 140 m (460 Fuß)
OFDM 802.11a September 1999 5 5/10/20 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54
(bei 20  MHz Bandbreite
durch 2 und 4 dividieren für 10 und 5  MHz) 		N / A OFDM 35 m (115 Fuß) 120 m (390 Fuß)
802.11j Nov. 2004 4,9/5,0 ? ?
802.11p Juli 2010 5.9 ? 1.000 m (3.300 Fuß)
802.11y Nov. 2008 3.7 ? 5.000 m (16.000 Fuß)
ERP-OFDM 802.11g Juni 2003 2.4 38 m (125 Fuß) 140 m (460 Fuß)
HT-OFDM 802.11n (WLAN 4) Okt 2009 2,4/5 20 Bis zu 288.8 4 MIMO-OFDM 70 m (230 Fuß) 250 m (820 Fuß)
40 Bis zu 600
VHT-OFDM 802.11ac (Wi-Fi 5) Dezember 2013 5 20 Bis zu 346,8 8 MIMO-OFDM 35 m (115 Fuß) ?
40 Bis zu 800
80 Bis zu 1733,2
160 Bis zu 3466.8
HE-OFDMA 802.11ax (WLAN 6) Februar 2021 2,4/5/6 20 Bis zu 1147 8 MIMO-OFDM 30 m (98 Fuß) 120 m (390 Fuß)
40 Bis zu 2294
80 Bis zu 4804
80+80 Bis zu 9608
mmWelle DMG 802.11ad Dezember 2012 60 2.160 Bis zu 6.757
(6,7  Gbit/s) 		N / A OFDM , einzelne  Träger, low-power  Einzelträger 3,3 m ?
802.11aj April 2018 45/60 540/1.080 Bis zu 15.000
(15  Gbit/s) 		4 OFDM ,  Einzelträger ? ?
EDMG 802.11ay Europäische Sommerzeit. März 2021 60 8000 Bis zu 20.000 (20  Gbit/s) 4 OFDM ,  Einzelträger 10  m (33  Fuß) 100  m (328  Fuß)
Sub-1-  GHz-IoT TVHT 802.11af Februar 2014 0,054–0,79 6–8 Bis zu 568,9 4 MIMO-OFDM ? ?
S1G 802.11ah Dezember 2016 0,7/0,8/0,9 1–16 Bis zu 8,67 (@2 MHz) 4 ? ?
2,4  GHz, 5  GHz WUR 802.11ba Europäische Sommerzeit. März 2021 2,4/5 4.06 0,0625, 0,25 (62,5  kbit/s, 250  kbit/s) N / A OOK (Mehrträger-OOK) ? ?
Licht ( Li-Fi ) IR 802.11-1997 Juni 1997 ? ? 1, 2 N / A PPM ? ?
? 802.11bb Europäische Sommerzeit. Juli 2022 60000-790000 ? ? N / A ? ? ?
802.11-Standard-Rollups
  802.11-2007 März 2007 2.4, 5 Bis zu 54 DSSS , OFDM
802.11-2012 März 2012 2.4, 5 Bis zu 150 DSSS , OFDM
802.11-2016 Dezember 2016 2,4, 5, 60 Bis zu 866,7 oder 6.757 DSSS , OFDM
802.11-2020 Dezember 2020 2,4, 5, 60 Bis zu 866,7 oder 6.757 DSSS , OFDM
  • A1 A2 IEEE 802.11y-2008erweiterter Betrieb von 802.11a auf das lizenzierte 3,7 GHz-Band. Erhöhte Leistungsgrenzen ermöglichen eine Reichweite von bis zu 5.000 m. Ab 2009 wird es nur in den Vereinigten Staaten von derFCClizenziert.
  • B1 B2 B3 B4 B5 B6 Basierend auf einem kurzenSchutzintervall; das Standardschutzintervall ist ~10% langsamer. Die Preise variieren stark je nach Entfernung, Hindernissen und Störungen.
  • C1 Für chinesische Vorschriften.
  • D1 Für japanische Vorschriften.
  • E1 Wake-up Radio (WUR)-Betrieb.
  • F1 F2 F3 F4 Nur für Einzelbenutzerfälle, basierend auf dem standardmäßigenSchutzintervall von0,8 Mikrosekunden. Dafür 802.11axMulti-User überOFDMAverfügbar geworden ist, können diese abnehmen. Außerdem hängen diese theoretischen Werte von der Verbindungsentfernung ab, ob die Verbindung eine Sichtlinie ist oder nicht, Interferenzen und dieMehrwegekomponentenin der Umgebung.
  • G1 Das standardmäßigeSchutzintervallbeträgt 0,8 Mikrosekunden. 802.11ax verlängerte jedoch das maximal verfügbareSchutzintervallauf 3,2Mikrosekunden, um dieKommunikation im Freien zu unterstützen, bei der die maximal mögliche Ausbreitungsverzögerung im Vergleich zuInnenumgebungengrößer ist.

Siehe auch

Anmerkungen

Verweise

Literaturverzeichnis