שונות

IEEE 802.11ah: Wi-Fi תת-GHz

IEEE 802.11ah: Wi-Fi תת-GHz


IEEE 802.11ah הוא תקן Wi-Fi שתוכנן להשתמש ברצועות ISM ללא רשיון של GHz אחד.

התפשטות הרדיו בתדרים אלה פירושה שהאותות מסוגלים לעבור מרחקים גדולים יותר וזה פותח הזדמנויות לשימוש באינטרנט של הדברים בהם חיישנים וצמתים בקרה עשויים להיות ממוקמים זה מזה.

הלהקות בתדרים אלה קטנות בהרבה מלהקות ה -2,4 GHz וה -5 GHz המשמשות בדרך כלל עבור Wi-Fi וזה מגביל את קצב הנתונים שניתן לדחוף מעל הקישורים.

כדי להתאים את ההיבטים השונים של Wi-Fi תת-GHz, פותחה שכבה פיזית חדשה ו- MAC המאפשרת תקשורת בתדרים אלה, אם כי במהירות נמוכה מזו שניתן להשיג לזרם הראשי של גרסאות Wi-Fi מהירות מאוד.

יסודות Wi-Fi תת-GHz של IEEE 802.11ah

תקן IEEE 802.11ah מכוון לספק תקן LAN אלחוטי, WLAN עולמי הפועל בתוך הלהקות ISM, התעשייה, המדע והרפואה ללא רישיון הזמינים מתחת ל -1 GHz. באופן זה IEEE 802.11ah יאפשר למכשירים המותאמים ל- Wi-Fi לקבל גישה לשידורים קצרי טווח ברצועות התדרים הללו שנמצאים כיום הרבה פחות עמוסים.

בנוסף לקבלת גישה לספקטרום נוסף, השימוש ב- 802.11ah יספק טווח כיסוי משופר בגלל מאפייני ההפצה של תדרים אלה. זה יפתח את היישומים הזמינים למשתמשי IEEE 802.11ah להזדמנויות חדשות, כולל רשתות חיישנים מבוססות שטח רחב, מערכות אחזור חיישנים ופוטנציאל של טעינת Wi-Fi.

להקות ISM זמינות

ישנם מספר להקות ISM שזמינות לשימוש ב- IEEE 802.11ah הקיימות מתחת ל -1 GHz. אלה אינם זמינים ברחבי העולם, אך להקות מתאימות מופיעות ברוב אזורי העולם.

הקצאות ISM החלות על IEEE 802.11ah
מדינהמגבלות פס (MHz)
חרסינה755 - 787
אֵירוֹפָּה863 - 868
יפן916.5 - 927.5
קוריאה917.5 - 923.5
סינגפור866 - 869 &
920 - 925
ארה"ב902 - 928

ערוץ 802.11ah

IEEE 802.11ah תת-GHz Wi-Fi מגדיר את הערוצים על פי הספקטרום הזמין במדינה מסוימת.

רוחב הערוץ הבסיסי הוא 1 מגה-הרץ, אם כי ניתן לקשור שני ערוצים סמוכים זה לזה כדי ליצור ערוץ של 2 מגה-הרץ כדי לספק יכולת תפוקת נתונים גבוהה יותר. ערוצים רחבים יותר זמינים, הרחב ביותר בארה"ב הוא 16 מגהרץ עבור פס ISM 902 - 928 מגה הרץ. שוב זה משתמש באותה שיטת מליטה ערוצים שאומצה עבור 802.11n ו- 11ac. ניתן להשתמש ברוחבי ערוצים של 1, 2, 4, 8 ו- 16 מגה-הרץ.

במדינות אחרות יש הקצאות ספקטרום שונות ובהתאם הערוצים נמצאים בתדרים שונים, אך משתמשים באותן שיטות בסיס, כמובן עם מגבלות שונות על המספר המרבי של ערוצים שניתן לקשור יחד.

ממשק PHY / רדיו 802.11ah

802.11ah משתמש בריבוב חלוקת תדרים אורתוגונלית, OFDM כדי לספק את ערכת האפנון של האות. עם זאת ישנן שתי קטגוריות בהן ניתן לפצל את השכבה הפיזית 802.11ah:

  • רוחב פס של ערוץ 1 מגה-הרץ: אופן פעולה זה מכוון בעיקר לאפליקציות הדורשות טווח מורחב. רוחב הפס הצר יותר וקצב הנתונים האיטי יותר מאפשרים להתאים אותות בעוצמות אות נמוכות יותר. בדרך כלל יישומים אלה עשויים להיות מכוונים ליישומי IoT או M2M שבהם נדרשים פרצי נתונים קצרים, בדרך כלל בקצב נתונים נמוך.

    במצב רוחב הפס 1 מגה-הרץ, 802.11ah משתמש באותו ריווח של תת-נושא כמו במצב קצב הנתונים הגבוה יותר, כלומר 31.25 קילו-הרץ. מספר נשאי המשנה של נתונים לכל סמל OFDM הוא 24. זהו למעשה פחות ממחצית מספר נושאי המשנה של הנתונים בערוץ 2 מגה-הרץ, מכיוון שהוא מנצל את רוחב הפס שהיה נדרש עבור רצועת השמירה בין שני ערוצי 1 מגה-הרץ.

    כאחת ממטרותיה העיקריות של אפשרות הערוץ 1 מגה-הרץ היא לטווח מורחב, נכללת תוכנית אפנון וקידוד חדשה, אינדקס MCS - MCS 10 - להעברת טווחים ארוכים בנוסף ל- MCS של 802.11ac. זהו למעשה מצב של MCS 0 (ראה טבלה למטה) אך עם חזרה כפולה של הנתונים כדי להגביר את עמידות השידור.

  • רוחב פס של 2 מגה-הרץ ויותר: מצב זה משתמש ברוחבי פס של 2, 4, 8 או 16 מגה-הרץ. הוא משתמש שוב ב- OFDM, ובעיצוב המבוסס על קצב שעון עשירי של 802.11ac, כלומר אורך הסמל פי עשרה מזה של 802.11ac. MIMO משמש גם בתוך 802.11ah גם במצב זה.

    על מנת להתאים יש מגוון של תכניות אפנון וקידוד, MCS, אפשרויות זמינות. אלה מובאים להלן:

    IEEE 802.11ah MCS עבור ערוצי רוחב פס של 2 מגה-הרץ
    קצב נתונים (Mbps)
    מדד MCSוויסותשיעור קודמעי רגילGI קצר
    0BPSK1/20.650.72
    1QPSK1/21.31.44
    2QPSK3/41.952.17
    316-QAM1/22.62.89
    416-QAM3/43.94.33
    564-QAM2/35.25.78
    664-QAM3/45.856.5
    764-QAM5/66.57.22
    8256-QAM3/47.88.67
    9256-QAM5/6לאלא

    בתוך טבלה זו נראה כי ל- MCS 9 לא הוזנו שיעורי נתונים. הסיבה לכך היא ש- MCS 9 אינו תקף ל- 802.11ah עם זרם מרחבי יחיד לערוץ 2 מגה-הרץ.

802.11ah MAC

בקרת הגישה למדיה או שכבת ה- MAC כוללת מספר אלמנטים משופרים המספקים תמיכה למספרים גדולים של תחנות, חיסכון בחשמל וכדומה.

  • תמיכה במספר גדול של תחנות: נקודת גישה 802.11 מקצה מזהים, הנקראים מזהי איגוד, AID, לתחנות המתקשרות עם ה- AP. במערכות שאינן 802.11ah, המספר המרבי של מזהים שניתן להקצות הוא 2007, אך כאשר משתמשים ב- 802.11ah ליישומי IoT או M2M, ניתן יהיה לחרוג ממספר זה. כדי להתגבר על נושא זה, הונהג מבנה AID היררכי. אמצעי ה- AID ההיררכי הזה הוא באורך של 13 ביט, מה שמוביל למספר מרבי של תחנות משויכות של 8191 (2-1). עזרה זו מחולקת לארבע רמות: עמוד; לַחסוֹם; תת חסום; ואינדקס התחנות בתוך תת הבלוק.
  • חסכון באנרגיה: חיסכון בחשמל הוא נושא הולך וגדל, במיוחד עבור IEEE 802.11ah שישמש עבור יישומי IoT ו- M2M רבים. רבים מהצמתים המרוחקים יצטרכו לפעול באמצעות סוללות ואלה צריכים להיות מסוגלים לרוץ במשך שבועות, ואפילו שנים ללא החלפה.
    • תחנות TIM: תחנות אלה נותרות ערות כל הזמן ועוקבות ללא הרף אחר מסגרות המשואות הנשלחות. הוא יכול לקבל נתונים ברגע שהוא מוכן למשלוח.
    • תחנות שאינן TIM: לתחנות שאינן זמן 802.11ah יש מצב מנמנם. כאשר הם נמצאים במצב זה הם אינם מסוגלים לקבל נתונים וזה נאגר מוכן למועד שבו הם יהיו פעילים שוב.
  • שיפורי תפוקה: על מנת להיות מסוגלים לנצל את רוחב הפס הזמין בצורה הטובה ביותר, חלו מספר שיפורים בכדי להבטיח כי הנתונים מועברים בצורה יעילה ככל האפשר. כדי להשיג זאת הוצגו מספר חידושים חדשים.
    • פורמט כותרת MAC קומפקטי: ל- 802.11ah פורמט כותרת MAC חדש המוצע קומפקטי יותר מאלו המשמשים במערכות מדור קודם. שינוי זה מקצר את פורמט כותרת MAC מדור קודם וגם מעביר כמה אלמנטים לתחומים אחרים. שדות ה- QoS והתפוקה הגבוהה, HT מועברים לשדה Signal, SIG בכותרת PHY ואלמנטים מיותרים אחרים שהוסרו. כמו כן, אין שדה משך בכותרת ה- MAC הקצרה. אלה וכמה שינויים אחרים מאפשרים לקצר את כותרת ה- MAC, לפנות מקום יקר ולשפר את יעילות המערכת
    • מנגנון MAC: 802.11ah מגדיר תכנית גישה בינונית חדשה לפיה עיכוב גישת הערוץ ותקרת שידור ACK נמחקים.

Wi-Fi תת-GHz IEEE 802.11ah מספק שיעורי נתונים נמוכים יותר, אך טווחים ארוכים יותר מגרסאות ה- Wi-Fi הפועלות ברצועות מעל 1 ג'יגה הרץ, שם הקליטה על ידי בניינים ועצמים אחרים עולה משמעותית. מכיוון שכך, Wi-Fi 802.11ah תת-ג'יגה הרץ הוא אידיאלי לשימוש עם האינטרנט של הדברים, IoT שבו ייתכן שיידרשו מרחקים ארוכים יותר, וכי תפוקת הנתונים הנדרשת נמוכה בהרבה.

נושאי קישוריות אלחוטית וקווית:
יסודות תקשורת סלולרית 2G GSM3G UMTS4G LTE5GWiFiIEEE 802.15.4 טלפונים אלחוטיים DECT NFC- תקשורת שדה קרוב רשת יסודות מהו הענן Ethernet נתונים סידוריים USBSigFoxLoRaVoIPSDNNFVSD-WAN
חזור לקישוריות אלחוטית וקווית


צפו בסרטון: Demo: New MAC IP for WiFi HaLow (אוֹקְטוֹבֶּר 2021).