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IEEE 802.11ah: Wi-Fi sub GHz

IEEE 802.11ah: Wi-Fi sub GHz


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IEEE 802.11ah è uno standard Wi-Fi progettato per utilizzare le bande ISM senza licenza inferiore a un GHz.

La propagazione radio a queste frequenze significa che i segnali sono in grado di percorrere distanze maggiori e questo apre opportunità di utilizzo con l'Internet of Things dove sensori e nodi di controllo possono essere posizionati più distanti.

Le bande a queste frequenze sono molto più piccole delle bande 2,4GHz e 5GHz normalmente utilizzate per il Wi-Fi e questo limita le velocità di trasferimento dati che possono essere trasferite sui collegamenti.

Per accogliere i diversi aspetti del Wi-Fi sub GHz, è stato sviluppato un nuovo livello fisico e MAC per consentire le comunicazioni in queste frequenze, anche se a una velocità inferiore a quella ottenibile per le varianti Wi-Fi ad altissima velocità del flusso principale.

Nozioni di base sul Wi-Fi IEEE 802.11ah sub GHz

Lo standard IEEE 802.11ah ha lo scopo di fornire una LAN wireless globale, standard WLAN che opera all'interno delle bande ISM, industriali, scientifiche e mediche senza licenza disponibili al di sotto di 1 GHz. In questo modo IEEE 802.11ah consentirà ai dispositivi abilitati Wi-Fi di ottenere l'accesso per trasmissioni a breve termine in queste bande di frequenza che sono attualmente molto meno congestionate.

Oltre ad avere accesso a uno spettro aggiuntivo, l'uso di 802.11ah fornirà una gamma di copertura migliorata grazie alle caratteristiche di propagazione di queste frequenze. Ciò aprirà le applicazioni disponibili per gli utenti IEEE 802.11ah a nuove opportunità, tra cui reti di sensori basate su un'area estesa, sistemi di backhaul dei sensori e potenziale off-loading Wi-Fi.

Bande ISM disponibili

Esistono diverse bande ISM disponibili per l'utilizzo da parte di IEEE 802.11ah che esistono al di sotto di 1 GHz. Questi non sono disponibili a livello globale, ma nella maggior parte delle aree del globo compaiono bande adatte.

Allocazioni ISM applicabili per IEEE 802.11ah
NazioneLimiti di banda (MHz)
Cina755 - 787
Europa863 - 868
Giappone916.5 - 927.5
Corea917.5 - 923.5
Singapore866 - 869 &
920 - 925
Stati Uniti d'America902 - 928

Canalizzazione 802.11ah

Il Wi-Fi sub GHz IEEE 802.11ah definisce i canali in base allo spettro disponibile in un determinato paese.

La larghezza del canale di base è 1 MHz, sebbene sia possibile unire due canali adiacenti per formare un canale da 2 MHz per fornire una maggiore capacità di trasmissione dei dati. Sono disponibili canali più ampi, il più ampio negli Stati Uniti è di 16 MHz per la banda ISM 902-928 MHz. Anche in questo caso viene utilizzato lo stesso metodo di channel bonding adottato per 802.11ne 11ac. È possibile utilizzare larghezze di canale di 1, 2, 4, 8 e 16 MHz.

Altri paesi hanno allocazioni di spettro diverse e di conseguenza i canali sono su frequenze diverse, ma vengono utilizzati gli stessi metodi di base, ovviamente con diverse limitazioni sul numero massimo di canali che possono essere uniti insieme.

Interfaccia PHY / radio 802.11ah

802.11ah utilizza il multiplexing a divisione di frequenza ortogonale, OFDM per fornire lo schema di modulazione del segnale. Tuttavia, esistono due categorie in cui è possibile suddividere il livello fisico 802.11ah PHY:

  • Larghezza di banda del canale 1 MHz: Questa modalità di funzionamento è rivolta principalmente a quelle applicazioni che richiedono una portata estesa. La larghezza di banda più stretta e le velocità di trasmissione dei dati più lente consentono di accogliere segnali con intensità di segnale inferiori. Tipicamente queste applicazioni possono essere rivolte ad applicazioni IoT o M2M in cui possono essere richieste brevi sequenze di dati, normalmente a una velocità di dati bassa.

    Nella modalità con larghezza di banda a 1 MHz, 802.11ah utilizza la stessa spaziatura tra le sottoportanti della modalità con velocità dati più elevata, ovvero 31,25 kHz. Il numero di sottoportanti di dati per simbolo OFDM è 24. Questo è in realtà meno della metà del numero di sottoportanti di dati nel canale a 2 MHz, poiché utilizza la larghezza di banda che sarebbe stata richiesta per la banda di guardia tra i due canali da 1 MHz.

    Poiché uno degli obiettivi principali dell'opzione canale 1 MHz è per una portata estesa, un nuovo schema di modulazione e codifica, indice MCS - MCS 10 - è incluso per la trasmissione a lungo raggio oltre agli MCS 802.11ac. Questa è effettivamente una modalità di MCS 0 (vedere la tabella sotto) ma con una ripetizione 2x dei dati per aumentare la resilienza della trasmissione.

  • Larghezze di banda di 2 MHz e più: Questa modalità utilizza larghezze di banda di 2, 4, 8 o 16 MHz. Utilizza ancora OFDM e un design basato su una decima frequenza di clock di 802.11ac, ovvero una lunghezza del simbolo dieci volte superiore a quella di 802.11ac. Anche MIMO è utilizzato in 802.11ah in questa modalità.

    Per adattarsi è disponibile una varietà di schemi di modulazione e codifica, MCS, opzioni. Questi sono tabulati di seguito:

    MCS IEEE 802.11ah per canali con larghezza di banda a 2 MHz
    Velocità dati (Mbps)
    Indice MCSModulazioneCode RateGI normaleShort GI
    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-QAM5/6N / AN / A

    All'interno di questa tabella, si vedrà che MCS 9 non ha velocità dati immesse. Questo perché MCS 9 non è valido per 802.11ah con un singolo flusso spaziale per un canale a 2 MHz.

802.11ah MAC

Il livello Media Access Control o MAC presenta una serie di elementi avanzati per fornire supporto per un gran numero di stazioni, risparmio energetico e simili.

  • Supporto per un gran numero di stazioni: Il punto di accesso 802.11 assegna identificatori, chiamati IDentificatori di associazione, AID, alle stazioni che si associano all'AP. Per i sistemi non 802.11ah, il numero massimo di identificatori che possono essere allocati è 2007, ma con 802.11ah utilizzato per applicazioni IoT o M2M, questo numero potrebbe essere superato. Per superare questo problema, è stata introdotta una struttura AID gerarchica. Questo AID gerarchico è lungo 13 bit, portando a un numero massimo di stazioni associate di 8191 (2-1). Questo AIUTO è suddiviso in quattro livelli: pagina; bloccare; sottoblocco; e indice di stazione all'interno del sottoblocco.
  • Risparmio energetico: Il risparmio energetico è un problema in crescita, soprattutto per IEEE 802.11ah che verrà utilizzato per molte applicazioni IoT e M2M. Molti dei nodi remoti dovranno funzionare utilizzando batterie e questi devono essere in grado di funzionare per settimane o addirittura anni senza sostituzione.
    • Stazioni TIM: Queste stazioni rimangono sveglie tutto il tempo e monitorano continuamente i frame di beacon inviati. Può ricevere dati non appena è pronto per l'invio.
    • Stazioni non TIM: Le stazioni 802.11ah non Time hanno uno stato di sospensione. Quando si trovano in questo stato, non sono in grado di ricevere dati e questo viene memorizzato nel buffer pronto per quando diventano nuovamente attivi.
  • Miglioramenti della produttività: Per poter utilizzare al meglio la larghezza di banda disponibile, sono stati apportati numerosi miglioramenti per garantire che i dati vengano trasportati nel modo più efficiente possibile. Per raggiungere questo obiettivo sono state introdotte una serie di nuove innovazioni.
    • Formato dell'intestazione MAC compatto: 802.11ah ha un nuovo formato di intestazione MAC proposto che è più compatto di quelli utilizzati nei sistemi legacy. Questa modifica accorcia il formato dell'intestazione MAC legacy e sposta anche alcuni elementi in altre aree. I campi QoS e High Throughput, HT vengono spostati nel campo Signal, SIG nell'intestazione PHY e altri elementi non necessari vengono rimossi. Inoltre non vi è alcun campo di durata nell'intestazione MAC breve. Queste e poche altre modifiche consentono di accorciare l'intestazione MAC, liberando spazio prezioso e migliorando l'efficienza del sistema
    • Meccanismo MAC: 802.11ah definisce un nuovo schema di accesso al supporto in cui vengono eliminati il ​​ritardo di accesso al canale e il sovraccarico di trasmissione ACK.

Il Wi-Fi sub GHz IEEE 802.11ah fornisce velocità di trasferimento dati inferiori ma distanze maggiori rispetto alle varianti Wi-Fi che operano nelle bande superiori a 1 GHz, dove l'assorbimento da parte di edifici e altri oggetti aumenta in modo significativo. In quanto tale, il Wi-Fi 802.11ah sub GHz è ideale per l'uso con Internet of Things, IoT dove potrebbero essere necessarie distanze maggiori e dove il throughput dei dati richiesto è molto inferiore.

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Commenti:

  1. Zudal

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  3. Sydney

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  4. Kunz

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  6. Menhalom

    Che frase toccante :)



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