IEEE 802.11ah

IEEE 802.11ah es un protocolo de redes inalámbricas publicado en 2017 ^[1] llamado Wi-Fi HaLow ^{[2] [3] [4]} ( / ˈh eɪ ˌl oʊ / ) como una enmienda del estándar de redes inalámbricas IEEE 802.11-2007 . Utiliza bandas exentas de licencia de 900 MHz para proporcionar redes Wi-Fi de alcance extendido , en comparación con las redes Wi-Fi convencionales que operan en las bandas de 2,4 GHz , 5 GHz y 6 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, lo que respalda el concepto de Internet de las cosas (IoT). ^[5] El bajo consumo de energía del protocolo compite con Bluetooth , LoRa y Zigbee , ^[6] y tiene el beneficio adicional de velocidades de datos más altas y un rango de cobertura más amplio. ^[2]

Un beneficio de 802.11ah es el alcance extendido, lo que lo hace útil para comunicaciones rurales y para descargar el tráfico de torres de telefonía celular . ^[7] El otro propósito del protocolo es permitir que se utilicen estaciones inalámbricas 802.11 de baja velocidad en el espectro de sub-gigahertz. ^[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 del medio. Un aspecto destacado de 802.11ah es el comportamiento de las estaciones que se agrupan para minimizar la contención en los medios aéreos, utilizan relés para extender su alcance, utilizan poca energía gracias a períodos de vigilia/dormido predefinidos, aún pueden enviar datos a alta velocidad bajo algunas condiciones negociadas y utilizan antenas sectorizadas. Utiliza la especificación 802.11a/g que se muestrea 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. ^[8] Su objetivo es proporcionar conectividad a miles de dispositivos bajo un punto de acceso . El protocolo admite mercados de máquina a máquina (M2M), como la medición inteligente . ^[9]

Las velocidades de datos de hasta 347 Mbit/s se logran únicamente con un máximo de cuatro flujos espaciales utilizando un canal de 16 MHz de ancho. La norma define varios esquemas de modulación y velocidades de codificación , que se representan mediante un valor de índice de Esquema de modulación y codificación (MCS). La siguiente tabla muestra las relaciones entre las variables que permiten la velocidad de datos máxima. El intervalo de guarda (GI) se define como el 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. ^[8]

Un punto de acceso de retransmisión (AP) es una entidad que consta lógicamente de un retransmisor y una estación de red (STA) o cliente. La función de retransmisión permite que un AP y las estaciones intercambien tramas entre sí mediante un retransmisor. La introducción de un retransmisor permite que las estaciones utilicen MCS (esquemas de modulación y codificación) más altos y reduzcan 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 a estaciones ubicadas fuera de la cobertura del AP. El uso de estaciones de retransmisión implica un costo adicional en la eficiencia general de la red y una mayor complejidad. Para limitar esta sobrecarga, la función de retransmisión debe ser bidireccional y estar limitada a solo dos saltos.

Las estaciones de ahorro de energía se dividen en dos clases: estaciones TIM y estaciones no TIM. Las estaciones TIM reciben periódicamente información sobre el tráfico almacenado en el buffer desde el punto de acceso en el denominado elemento de información TIM, de ahí el nombre. Las estaciones no TIM utilizan el nuevo mecanismo Target Wake Time que permite reducir la sobrecarga de señalización. ^[10]

El tiempo de activación objetivo (TWT) es una función que permite que un AP defina un tiempo específico o un conjunto de tiempos 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 que compiten. 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 tiempo de activación objetivo se puede utilizar para reducir el consumo de energía de la red, ya que las estaciones que lo utilizan pueden entrar en un estado de inactividad hasta que llegue su TWT.

La ventana de acceso restringido permite dividir las estaciones dentro de un conjunto de servicios básicos (BSS) en grupos y restringir el acceso a los canales únicamente a las estaciones que pertenecen a un grupo determinado en un período de tiempo determinado. Esto ayuda a reducir la contención y a evitar transmisiones simultáneas de una gran cantidad de estaciones ocultas entre sí. ^{[11] [12]}

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 la cantidad de accesos al canal basados ​​en contención, mejorar la eficiencia del canal al minimizar la cantidad de intercambios de tramas necesarios para las tramas de datos de enlace ascendente y descendente, y permitir que las estaciones extiendan la vida útil de la batería al mantener cortos los tiempos de activación. Este intercambio continuo de tramas se realiza tanto en el enlace ascendente como en el descendente entre el par de estaciones. En versiones anteriores, la TXOP bidireccional estándar se denominaba intercambio de tramas de velocidad. ^[13]

La división 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 división 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 del medio mediante la cantidad reducida de estaciones dentro de un sector y/o permitir la compartición espacial entre puntos de acceso o estaciones BSS (OBSS) superpuestos.

Otro estándar WLAN para bandas inferiores a 1 GHz es el IEEE 802.11af , que, a diferencia del 802.11ah, opera en bandas con licencia. Más específicamente, el 802.11af opera en el espectro de espacio blanco de TV en las bandas VHF y UHF entre 54 y 790 MHz utilizando tecnología de radio cognitiva . ^[14]

• WaveLAN clásica (hardware anterior a 802.11 con una variante de 915 MHz)
• GUIÓN 7
• IEEE
• LoRa otra tecnología de comunicación inalámbrica de largo alcance y bajo consumo
• Lista de canales WLAN

• Adame, Toni; Bel, Alberto; Bellalta, Boris; Barceló, Jaume; Óliver, Miquel (2014). "IEEE 802.11AH: el enfoque WiFi para comunicaciones M2M". Comunicaciones inalámbricas IEEE . 21 (6). IEEE: 144–152. arXiv : 1402.4675 . doi :10.1109/MWC.2014.7000982. S2CID  13510385.
• Aust, Stefan; Prasad, R Venkatesha; Niemegeers, Ignas GMM (2012). "IEEE 802.11 ah: ventajas en los estándares y otros desafíos para Wi-Fi sub 1 GHz". Comunicaciones (ICC), Conferencia Internacional IEEE 2012 sobre . IEEE. págs. 6885–6889.
• Khorov, Evgeny; Lyakhov, Andrey; Krotov, Alexander; Guschin, Andrey (2014). "Una encuesta sobre IEEE 802.11 ah: una tecnología de redes habilitadora para ciudades inteligentes" (PDF) . Comunicaciones informáticas . Elsevier. Archivado desde el original (PDF) el 24 de julio de 2015 . Consultado el 23 de julio de 2015 .
• Sun, Weiping; Choi, Munhwan; Choi, Sunghyun (julio de 2013). "IEEE 802.11 ah: una red inalámbrica de área local (WLAN) 802.11 de largo alcance a menos de 1 GHz" (PDF) . Journal of ICT Standardization . 1 (1): 83–108. doi : 10.13052/jicts2245-800X.115 .
• Zhou, Yuan; Wang, Haiguang; Zheng, Shoukang; Lei, Zander Zhongding (2013). "Avances en la estandarización IEEE 802.11 ah para comunicaciones de tipo máquina en WLAN sub-1GHz". Talleres de comunicaciones (ICC), Conferencia internacional IEEE 2013 sobre . IEEE. págs. 1269–1273.