IEEE 802.11ah es un protocolo de red inalámbrica publicado en 2017 [1] llamado Wi-Fi HaLow [2] [3] [4] (pronunciado "HEY-Low") como una enmienda del estándar de red inalámbrica IEEE 802.11-2007 . Utiliza bandas exentas de licencia de 900 MHz para proporcionar redes Wi-Fi de rango extendido , en comparación con las redes Wi-Fi convencionales que operan en las bandas de 2,4 GHz y 5 GHz. También se beneficia de un menor consumo de energía, lo que permite la creación de grandes grupos de estaciones o sensores que cooperan para compartir señales, apoyando el concepto de Internet de las cosas (IoT). [5] El bajo consumo de energía del protocolo compite conBluetooth y tiene el beneficio adicional de velocidades de datos más altas y un rango de cobertura más amplio. [2]
Descripción
Un beneficio de 802.11ah es el rango extendido, lo que lo hace útil para comunicaciones rurales y descarga de tráfico de torres de telefonía celular. [6] El otro propósito del protocolo es permitir el uso de estaciones inalámbricas 802.11 de baja velocidad en el espectro de subgigahercios. [5] El protocolo es una de las tecnologías IEEE 802.11 que es la más diferente del modelo LAN, especialmente en lo que respecta a la contención media. Un aspecto destacado de 802.11ah es el comportamiento de las estaciones que están agrupadas para minimizar la contención en los medios aéreos, usan el relé para extender su alcance, usan poca energía gracias a los períodos predefinidos de despertar / dormir, aún pueden enviar datos a alta velocidad bajo algunas condiciones negociadas y uso de antenas sectorizadas. Utiliza la especificación 802.11a / g que se muestra hacia abajo para proporcionar 26 canales, cada uno de ellos capaz de proporcionar un rendimiento de 100 kbit / s. Puede cubrir un radio de un kilómetro. [7] Tiene como objetivo proporcionar conectividad a miles de dispositivos bajo un punto de acceso. El protocolo es compatible con los mercados de máquina a máquina (M2M), como la medición inteligente. [8]
Tasas de transferencia de datos
Las velocidades de datos de hasta 347 Mbit / s se logran solo con un máximo de cuatro flujos espaciales utilizando un canal de 16 MHz de ancho. Varios esquemas de modulación y tasas de codificación están definidos por el estándar y están representados por un valor de índice de Esquema de Modulación y Codificación (MCS). La siguiente tabla muestra las relaciones entre las variables que permiten la máxima velocidad de datos. GI (Guard Interval): tiempo entre símbolos.
El canal de 2 MHz utiliza una FFT de 64, de las cuales: 56 subportadoras OFDM , 52 son para datos y 4 son tonos piloto con una separación de portadora de 31,25 kHz (2 MHz / 64) (32 µs). Cada una de estas subportadoras puede ser BPSK , QPSK , 16- QAM , 64- QAM o 256- QAM . El ancho de banda total es de 2 MHz con un ancho de banda ocupado de 1,78 MHz. La duración total del símbolo es de 36 o 40 microsegundos , que incluye un intervalo de guarda de 4 u 8 microsegundos. [7]
Índice MCS [a] | Flujos espaciales | Tipo de modulación | Tasa de codificación | Velocidad de datos (en Mbit / s) [b] [7] | |||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Canales de 1 MHz | Canales de 2 MHz | Canales de 4 MHz | Canales de 8 MHz | Canales de 16 MHz | |||||||||
8 μs GI [c] | 4 μs GI | GI de 8 μs | 4 μs GI | GI de 8 μs | 4 μs GI | GI de 8 μs | 4 μs GI | GI de 8 μs | 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 |
Funciones MAC
Punto de acceso de retransmisión
Un punto de acceso de retransmisión (AP) es una entidad que consiste lógicamente en una retransmisión y una estación de red (STA) o cliente. La función de retransmisión permite que un AP y las estaciones intercambien tramas entre sí mediante una retransmisión. La introducción de un relé permite a las estaciones utilizar MCS (esquemas de modulación y codificación) superiores y reducir el tiempo que las estaciones permanecerán en modo activo. Esto mejora la duración de la batería de las estaciones. Las estaciones de retransmisión también pueden proporcionar conectividad para estaciones ubicadas fuera de la cobertura del AP. Existe un costo general en la eficiencia general de la red y una mayor complejidad con el uso de estaciones repetidoras. Para limitar esta sobrecarga, la función de retransmisión será bidireccional y se limitará a solo dos saltos.
Ahorro de energía
Las estaciones de ahorro de energía se dividen en dos clases: estaciones TIM y estaciones que no son TIM. Las estaciones TIM reciben periódicamente información sobre el tráfico almacenado en búfer para ellas desde el punto de acceso en el llamado elemento de información TIM, de ahí el nombre. Las estaciones que no son TIM utilizan el nuevo mecanismo Target Wake Time que permite reducir la sobrecarga de señalización. [9]
Tiempo de despertar objetivo
Target Wake Time (TWT) es una función que permite a un AP definir una hora específica o un conjunto de horas para que las estaciones individuales accedan al medio. La STA (cliente) y el AP intercambian información que incluye una duración de actividad esperada para permitir que el AP controle la cantidad de contención y superposición entre las STA competidoras. El AP puede proteger la duración esperada de la actividad con varios mecanismos de protección. El uso de TWT se negocia entre un AP y una STA. El Target Wake Time puede usarse para reducir el consumo de energía de la red, ya que las estaciones que lo usan pueden entrar en un estado de sueño hasta que llegue su TWT.
Ventana de acceso restringido
La ventana de acceso restringido permite dividir las estaciones dentro de un conjunto de servicios básicos (BSS) en grupos y restringir el acceso al canal solo a las estaciones que pertenecen a un grupo determinado en un período de tiempo determinado. Ayuda a reducir la contención y evitar transmisiones simultáneas de un gran número de estaciones ocultas entre sí. [10] [11]
TXOP bidireccional
La TXOP bidireccional permite que un AP y un no AP (STA o cliente) intercambien una secuencia de tramas de enlace ascendente y descendente durante un tiempo reservado (oportunidad de transmisión o TXOP). Este modo de operación tiene como objetivo reducir el número de accesos a canales basados en contención, mejorar la eficiencia del canal minimizando el número de intercambios de tramas requeridos para tramas de datos de enlace ascendente y descendente, y permitir que las estaciones prolonguen la vida útil de la batería manteniendo cortos los tiempos de vigilia. Este intercambio continuo de tramas se realiza tanto en enlace ascendente como en enlace descendente entre el par de estaciones. En versiones anteriores de la TXOP bidireccional estándar se llamaba Speed Frame Exchange. [12]
Sectorización
La partición del área de cobertura de un conjunto de servicios básicos (BSS) en sectores, cada uno de los cuales contiene un subconjunto de estaciones, se denomina sectorización. Esta partición se logra mediante un conjunto de antenas o un conjunto de haces de antena sintetizados para cubrir diferentes sectores del BSS. El objetivo de la sectorización es reducir la contención o interferencia media por el número reducido de estaciones dentro de un sector y / o permitir la compartición espacial entre AP o estaciones BSS (OBSS) superpuestas.
Comparación con 802.11af
Otro estándar WLAN para bandas por debajo de 1 GHz es IEEE 802.11af que, a diferencia de 802.11ah, opera en bandas con licencia. Más específicamente, 802.11af opera en el espectro de espacios en blanco de TV en las bandas de VHF y UHF entre 54 y 790 MHz utilizando tecnología de radio cognitiva . [13]
Productos
IP
Las siguientes organizaciones venden componentes IP compatibles con 802.11ah:
Chipset
A continuación, se muestra una lista de empresas que forman parte de Wi-Fi Alliance y que están desarrollando públicamente conjuntos de chips Wi-Fi HaLow:
- Adaptar-IP [15]
- Morse Micro
- Newratek / Newracom (EVK está disponible)
- Palma Ceia SemiDiseño
- Huge-IC (una empresa de diseño de circuitos integrados sin fábrica en China)
Módulo integrado
Silex Technology lanzó un módulo 802.11ah para IoT, el SX-NEWAH
Los productos comerciales cumplen con 802.11Ah
Kit de seguridad ZOSI C302 de 8 canales ( Huge-IC TXW8301 en el interior)
Scenes One, la primera cámara de seguridad WiFi HaLow con batería en kickstarter
Extensor de super wifi ISMART [16]
Babymonitor de largo alcance MEARI Tech [17]
Estándares de red IEEE 802.11
Rango de frecuencia o tipo | PHY | Protocolo | Fecha de lanzamiento [18] | Frecuencia | Banda ancha | Secuencia velocidad de datos [19] | Permisible MIMO arroyos | Modulación | Rango aproximado [ cita requerida ] | |||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Interior | Exterior | |||||||||||
(GHz) | (Megahercio) | (Mbit / s) | ||||||||||
1–6 GHz | DSSS / FHSS [20] | 802.11-1997 | Junio de 1997 | 2.4 | 22 | 1, 2 | N / A | DSSS , FHSS | 20 m (66 pies) | 100 m (330 pies) | ||
HR-DSSS [20] | 802.11b | Septiembre de 1999 | 2.4 | 22 | 1, 2, 5,5, 11 | N / A | DSSS | 35 m (115 pies) | 140 m (460 pies) | |||
OFDM | 802.11a | Septiembre de 1999 | 5 | 10/05/20 | 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54 (para un ancho de banda de 20 MHz, divida entre 2 y 4 para 10 y 5 MHz) | N / A | OFDM | 35 m (115 pies) | 120 m (390 pies) | |||
802.11j | Noviembre de 2004 | 4.9 / 5.0 [D] [21] [ verificación fallida ] | ? | ? | ||||||||
802.11p | Julio de 2010 | 5.9 | ? | 1.000 m (3.300 pies) [22] | ||||||||
802.11y | Noviembre de 2008 | 3.7 [A] | ? | 5.000 m (16.000 pies) [A] | ||||||||
ERP-OFDM | 802.11g | Junio de 2003 | 2.4 | 38 m (125 pies) | 140 m (460 pies) | |||||||
HT-OFDM [23] | 802.11n | Octubre de 2009 | 2,4 / 5 | 20 | Hasta 288,8 [B] | 4 | MIMO-OFDM | 70 m (230 pies) | 250 m (820 pies) [24] [ verificación fallida ] | |||
40 | Hasta 600 [B] | |||||||||||
VHT-OFDM [23] | 802.11ac | Dic. De 2013 | 5 | 20 | Hasta 346,8 [B] | 8 | MIMO-OFDM | 35 m (115 pies) [25] | ? | |||
40 | Hasta 800 [B] | |||||||||||
80 | Hasta 1733,2 [B] | |||||||||||
160 | Hasta 3466,8 [B] | |||||||||||
HE-OFDMA | 802.11ax | Febrero de 2021 | 2,4 / 5/6 | 20 | Hasta 1147 [F] | 8 | MIMO-OFDM | 30 m (98 pies) | 120 m (390 pies) [G] | |||
40 | Hasta 2294 [F] | |||||||||||
80 | Hasta 4804 [F] | |||||||||||
80 + 80 | Hasta 9608 [F] | |||||||||||
mmWave | DMG [26] | 802.11ad | Dic. De 2012 | 60 | 2,160 | Hasta 6.757 [27] (6,7 Gbit / s) | N / A | OFDM , sola portadora, de baja potencia solo portador | 3,3 m (11 pies) [28] | ? | ||
802.11aj | Abr. De 2018 | 45/60 [C] | 540 / 1.080 [29] | Hasta 15.000 [30] (15 Gbit / s) | 4 [31] | OFDM , operador único [31] | ? | ? | ||||
EDMG [32] | 802.11ay | Est. Marzo 2021 | 60 | 8000 | Hasta 20.000 (20 Gbit / s) [33] | 4 | OFDM , portadora única | 10 m (33 pies) | 100 m (328 pies) | |||
IoT por debajo de 1 GHz | TVHT [34] | 802.11af | Febrero de 2014 | 0.054–0.79 | 6–8 | Hasta 568,9 [35] | 4 | MIMO-OFDM | ? | ? | ||
S1G [34] | 802.11ah | Dic. De 2016 | 0,7 / 0,8 / 0,9 | 1-16 | Hasta 8,67 (a 2 MHz) [36] | 4 | ? | ? | ||||
2,4 GHz, 5 GHz | WUR | 802.11ba [E] | Est. Marzo 2021 | 2,4 / 5 | 4.06 | 0,0625, 0,25 (62,5 kbit / s, 250 kbit / s) | N / A | OOK ( OOK de múltiples portadoras) | ? | ? | ||
Ligero ( Li-Fi ) | IR | 802.11-1997 | Junio de 1997 | ? | ? | 1, 2 | N / A | PPM | ? | ? | ||
? | 802.11bb | Est. Julio 2022 | 60000-790000 | ? | ? | N / A | ? | ? | ? | |||
Paquetes acumulativos estándar 802.11 | ||||||||||||
802.11-2007 | Mar. De 2007 | 2,4, 5 | Hasta 54 | DSSS , OFDM | ||||||||
802.11-2012 | Mar. De 2012 | 2,4, 5 | Hasta 150 [B] | DSSS , OFDM | ||||||||
802.11-2016 | Dic. De 2016 | 2,4, 5, 60 | Hasta 866,7 o 6757 [B] | DSSS , OFDM | ||||||||
802.11-2020 | Dic 2020 | 2,4, 5, 60 | Hasta 866,7 o 6757 [B] | DSSS , OFDM | ||||||||
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Ver también
- WaveLAN clásica (hardware anterior a 802.11 con una variante de 915 MHz)
- DASH7
- IEEE
- LoRa otra tecnología de comunicación inalámbrica de largo alcance y bajo consumo
Notas
- ^ MCS 9 no es aplicable a todas las combinaciones de ancho de canal / flujo espacial.
- ^ Un segundo flujo duplica la tasa de datos teórica, un tercero la triplica, etc.
- ^ GI representa el intervalo de guarda.
Referencias
- ^ 802.11ah-2016 - Estándar IEEE para tecnología de la información - Telecomunicaciones e intercambio de información entre sistemas - Redes de área local y metropolitana - Requisitos específicos - Parte 11: Control de acceso al medio de LAN inalámbrica (MAC) y Especificaciones de capa física (PHY) Enmienda 2 : Operación exenta de licencia por debajo de 1 GHz . doi : 10.1109 / IEEESTD.2017.7920364 . ISBN 978-1-5044-3911-4.
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