低頻段低功耗的無線局域網(wǎng)技術(shù)

1、低頻段低功耗的無線局域網(wǎng)技術(shù),802.11ah,————,802.11ah是什么,802.11協(xié)議簇是國際電工電子工程學(xué)會（IEEE）為無線局域網(wǎng)絡(luò)（WLAN）制定的標(biāo)準(zhǔn)。802.11ah是IEEE針對物聯(lián)網(wǎng)需求定制的一種低頻段低功耗的無線局域網(wǎng)技術(shù)。2010年啟動定制，于2016年完成。,？,01 | 需求來源02 | 關(guān)鍵技術(shù)03 | 應(yīng)用場合04 | 特點(diǎn)與優(yōu)勢05 | 發(fā)展前景,需

2、求來源,需求來源,從2005年國際電信聯(lián)盟（ITU）發(fā)布《ITU互聯(lián)網(wǎng)報(bào)告2005：“物聯(lián)網(wǎng)”》正式提出物聯(lián)網(wǎng)概念，到美國總統(tǒng)奧巴馬提出“物聯(lián)網(wǎng)”經(jīng)濟(jì)振興計(jì)劃，啟動110億美元智能電網(wǎng)的研究和建設(shè)，再到09年溫家寶總理提出“感知中國”，物聯(lián)網(wǎng)已成為繼移動互聯(lián)網(wǎng)之后又一輪的產(chǎn)業(yè)革命。隨著各國對物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的不斷推進(jìn)，物聯(lián)網(wǎng)已在電網(wǎng)、醫(yī)療、物流、交通等領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用，大大提升了其信息化水平，同時(shí)為人們的生產(chǎn)生活帶來了極大的便利。2008-

3、2012年間，物聯(lián)網(wǎng)并購交易不溫不火，但13年起，交易數(shù)開始井噴。Hampleton的一份物聯(lián)網(wǎng)并購報(bào)告，對著13-15這三年間爆發(fā)的154筆物聯(lián)網(wǎng)并購交易進(jìn)行梳理，按并購活動的集中度，將物聯(lián)網(wǎng)并購分散在四個(gè)細(xì)分行業(yè)里：監(jiān)控、半導(dǎo)體、信息技術(shù)和平臺。2016年，全球物聯(lián)網(wǎng)的并購活動基本上會延續(xù)2015年的趨勢。其中大量的工業(yè)、民用領(lǐng)域的戰(zhàn)略投資者涌入物聯(lián)網(wǎng)市場，勢必把并購的數(shù)量和金額推至新高。,需求來源,物聯(lián)網(wǎng)從網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)上來說主要分為3

4、層：感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。感知層主要實(shí)現(xiàn)對物理世界的智能感知識別、信息采集處理和自動控制，并通過通信模塊將物理實(shí)體連接到網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。在感知層面有多種無線技術(shù)并存（如藍(lán)牙、Zigbee、RFID、二維碼等），每種技術(shù)都有各自的優(yōu)勢，擁有各自的應(yīng)用領(lǐng)域，并沒有一種技術(shù)能處于絕對的主導(dǎo)地位。物聯(lián)網(wǎng)擁有廣大的應(yīng)用市場，同時(shí)在技術(shù)層面也呈現(xiàn)百花齊放的局面，這就給新技術(shù)以進(jìn)入的機(jī)會。802.11ah正是在這種大背景下出現(xiàn)的無線局域網(wǎng)技術(shù)，它具

5、有覆蓋范圍廣、容納節(jié)點(diǎn)數(shù)多、更低功率、針對中低速進(jìn)行優(yōu)化增強(qiáng)等特點(diǎn)，能夠滿足物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的需要。,關(guān)鍵技術(shù),關(guān)鍵技術(shù),802.11ah的技術(shù)優(yōu)化主要體現(xiàn)在使其能實(shí)現(xiàn)功耗降低、覆蓋范圍擴(kuò)大、容納節(jié)點(diǎn)數(shù)增多等；有些技術(shù)優(yōu)化同時(shí)考慮其中多個(gè)特性，比如TIM，其在降低終端的功率的同時(shí)還要支持6000以上用戶。下面對802.11ah使用的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行介紹：,關(guān)鍵技術(shù),（ 1 ） 業(yè)務(wù)指示圖 TIM 在一些應(yīng)用場

6、景中，節(jié)點(diǎn)通過電池供電，為了節(jié)省電源，節(jié)點(diǎn)會在不進(jìn)行收發(fā)操作時(shí)進(jìn)入到節(jié)能模式。對于處于這種模式下的節(jié)點(diǎn)，AP（無線訪問接入點(diǎn)）通過在Beacon（信標(biāo)幀）中發(fā)送業(yè)務(wù)指示圖（TrafficIndicationMap，簡稱TIM）信息元素通知其是否有緩沖數(shù)據(jù)待發(fā)。傳統(tǒng)WLAN的TIM只支持2007個(gè)節(jié)點(diǎn)，但在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景中，需要支持大用戶數(shù)（如智能抄表），要求一個(gè)BSS（基站子系統(tǒng)）最多支持6000個(gè)節(jié)點(diǎn)，因此802.11ah引入了分層T

7、IM。分層TIM是將TIM分成多Page，每頁再分成多Block，每塊再分成多個(gè)Subblock。通過在多個(gè)Beacon間隔分別發(fā)送這些頁從而達(dá)到支持大用戶數(shù)的目的。,關(guān)鍵技術(shù),（ 2 ） 限制接入窗口 RAW 為了能支持大用戶，使節(jié)點(diǎn)能夠盡可能的省電，同時(shí)使系統(tǒng)工作的更有效率，802.11ah引入限制窗口RAW技術(shù)。RAW的基本思想是將節(jié)點(diǎn)分成不同的組，讓其在給定的時(shí)間段進(jìn)行傳輸，這一方面使各個(gè)節(jié)

8、點(diǎn)都能獲得數(shù)據(jù)傳輸?shù)臋C(jī)會，另外一方面也降低了接入沖突，提高了系統(tǒng)工作效率。在上行信道接入過程中，節(jié)點(diǎn)STA在預(yù)先設(shè)定的時(shí)間醒來，并開始監(jiān)聽Beacon幀，Beacon幀中會攜帶RAW的相關(guān)信息，如RAW的開始時(shí)間、RAW的時(shí)長、RAW中Slot的數(shù)量及節(jié)點(diǎn)將被分配到哪個(gè)RAW中傳輸?shù)龋?關(guān)鍵技術(shù),（ 2 ） 限制接入窗口 RAW 節(jié)點(diǎn)STA收到此信息后，將知道AP（無線訪問接入點(diǎn)）分配給它的接入時(shí)間，在

9、接入時(shí)間到來之前，STA進(jìn)行休眠，這樣可以最大限度地節(jié)省功率；在接入時(shí)間到來時(shí)，節(jié)點(diǎn)STA醒來，在基于EDCA（ EDCA中虛擬碰撞問題的一種解決策略, IEEE 802.11MAC信道接入方式,并支持優(yōu)先級QoS和參數(shù)化QoS。 ）的基礎(chǔ)上進(jìn)行信道接入。如圖5所示，假如STA被分配在RAW的第四個(gè)Slot進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，其在前三個(gè)Slot可以進(jìn)入到休眠狀態(tài)，在第四個(gè)Slot到來時(shí)醒來，并搶占信道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。,關(guān)鍵技術(shù),（3）目標(biāo)喚醒時(shí)

10、間TWT 為了使終端節(jié)點(diǎn)能夠最大限度地節(jié)省功耗，就需要使其盡可能關(guān)閉發(fā)送接收模塊進(jìn)入到休眠狀態(tài)，只在有數(shù)據(jù)發(fā)送或接收時(shí)醒來；802.11ah使用了目標(biāo)喚醒時(shí)間TWT機(jī)制，這個(gè)機(jī)制允許AP管理BSS下面節(jié)點(diǎn)的喚醒時(shí)間，使不同的終端能夠在不同的時(shí)間段醒來，從而降低競爭沖突，提高系統(tǒng)的使用效率，同時(shí)也大大降低了終端節(jié)點(diǎn)的功耗。TWT主要有兩種操作模式：隱性TWT操作和顯性TWT操作模式。在顯性TWT操作模式下，AP會通過與終

11、端節(jié)點(diǎn)間的幀交換將下一次TWT喚醒時(shí)間發(fā)送給終端節(jié)點(diǎn)；而在隱性TWT操作模式下，終端節(jié)點(diǎn)可以通過前面獲得的TWT信息計(jì)算出下次的喚醒時(shí)間。TWT可以是周期性的，也可以是非周期性的。周期性TWT能夠避免STA在每次蘇醒時(shí)都發(fā)送一次TWT值，這樣進(jìn)一步降低了終端喚醒時(shí)間，從而達(dá)到了降低終端功耗的目的。,關(guān)鍵技術(shù),（4）中繼Relay 在物聯(lián)網(wǎng)的某些應(yīng)用場景，要求能夠?qū)崿F(xiàn)大范圍的覆蓋，為了滿足這一需求，802.11ah采用了

12、中繼Relay技術(shù)。802.11ah中的Relay是一個(gè)功能實(shí)體，邏輯上包含RelayAP和RelaySTA兩種功能。節(jié)點(diǎn)Relay下面同終端節(jié)點(diǎn)連接，主要扮演AP的角色；Relay節(jié)點(diǎn)上面同AP相連，扮演終端節(jié)點(diǎn)的角色，具體如圖6所示。Relay通過中轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)包的方式實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)更大范圍的覆蓋。,,應(yīng)用場合,應(yīng)用場合,（1）傳感器和智能抄表 這種場景下，802.11ah主要作為末端網(wǎng)絡(luò)使用，用于將傳感器收集

13、的數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴蠈泳W(wǎng)絡(luò)或應(yīng)用平臺。,應(yīng)用場合,（2）傳感器和智能抄表回傳鏈路 這種場景下，802.11ah主要作為回傳鏈路使用，下面將接802.15.4g等底層網(wǎng)絡(luò)，將從底層網(wǎng)絡(luò)得到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)綉?yīng)用平臺。,應(yīng)用場合,（ 3）Wi-Fi覆蓋擴(kuò)展（含蜂窩網(wǎng)分流） 這種場景下， 802.11ah 主要擴(kuò)展 Wi-Fi 熱點(diǎn)的覆 蓋， 并能為蜂窩網(wǎng)提供業(yè)務(wù)分流。,特點(diǎn)與優(yōu)勢,特點(diǎn)與優(yōu)勢,01 | 低功耗