WiFis Future:onderzoek naar 802.11ad, 802.11ah HaLow (en anderen)

In slechts 15 jaar is wifi geëvolueerd van een trage technologie naar een die robuust en veelzijdig is. En omdat het nu een integrale rol speelt in het leven van honderden miljoenen mensen, wordt het bijna constant verbeterd. Maar zullen deze veranderingen leiden tot de twee belangrijkste dingen waar consumenten en bedrijven naar op zoek zijn:assortiment en snelheid ?

Er zijn drie recentelijk aangenomen wifi-standaarden die zijn gemaakt om deze doelen te bereiken. Maar laten we, voordat we deze standaarden nader bekijken, een stap terug doen en de geschiedenis van de IEEE-standaarden kort bekijken. Het Institute of Electronics and Electronics Engineers is een beroepsvereniging die optreedt als autoriteit voor elektronische communicatie. De IEEE creëert standaarden en protocollen voor communicatie in sectoren zoals telecommunicatie en informatietechnologie. Elke standaard die de IEEE bekrachtigt, wordt aangeduid met een uniek nummer. 802 is het voorvoegsel dat wordt gebruikt voor elk protocol of amendement dat gebiedsnetwerken met zich meebrengt. Standaarden voor Ethernet Local Area Networks (LAN's) worden bijvoorbeeld aangeduid met 802.3 en Bluetooth Personal Area Networks (PAN's) worden aangeduid met 802.15. Draadloze LAN's - het onderwerp van dit artikel - worden aangeduid met 802.11.

Welke draadloze technologie is het meest geschikt voor uw IoT-toepassing? Download deze whitepaper om erachter te komen!

In 1997 bracht de IEEE de basisstandaard uit voor draadloze LAN-communicatie (Local Area Network), die ze 802.11 noemden. In de jaren daarna zijn er veel wijzigingen aangebracht in deze standaard.

Hier concentreren we ons op drie recent gemaakte wifi-netwerkopties:

• 802.11ah (HaLow) , gemaakt voor lage datasnelheid, langeafstandssensoren en controllers.
• 802.11af , gemaakt voor toepassingen vergelijkbaar met HaLow. (Deze netwerkoptie maakt gebruik van ongebruikte tv-spectra in plaats van 2,4 GHz- of 5 GHz-banden voor transmissie.)
• 802.11ad , gemaakt voor multigigabit-snelheden (zonder kabels) en krachtige netwerken.

Na een grondige introductie van deze drie standaarden, bespreken we de rest van de 802.11-familie.

802.11ah (HaLow)—2016

De meeste wifi-standaarden, waaronder A, B, G, N en AC, werken op 2,4 GHz of 5 GHz. En met deze relatief hoge gegevenssnelheid komt een lagere gevoeligheid. Dus als je een thermostaat met wifi-verbinding hebt op de tweede verdieping van je gebouw en een wifi-router in de kelder, kan de thermostaat echt moeite hebben om verbinding te maken als je traditionele 802.11n gebruikt.

Om het relatief korte bereik van wifi te vergroten, met name voor IoT-sensoren die geen hoge datasnelheden vereisen, werd 802.11ah geïntroduceerd. HaLow (zoals het wordt genoemd) is 900 megahertz wifi, bedoeld voor datatransmissie over lange afstand .

HaLow richt zich theoretisch ook op laag stroomverbruik . HaLow gebruikt bijvoorbeeld de beoogde wektijd om de hoeveelheid energie te verminderen die een apparaat nodig heeft om verbonden te blijven met het netwerk. Het doet dit door apparaten met bepaalde tussenpozen gedurende zeer korte tijden te laten ontwaken, bijvoorbeeld gedurende milliseconden om de 15 seconden, om berichten te accepteren. Dit is qua concept vergelijkbaar met hoe eDRX werkt om LTE-M te helpen energie te besparen.

Wie zou HaLow kunnen gebruiken:

• Bedrijven die technologie op sensorniveau gebruiken waarvoor wifi nodig is.

Voordelen:

• Het dringt door muren en obstakels beter dan hoogfrequente netwerken zoals 802.11ad, die we hieronder zullen bespreken.
• Het is ideaal voor korte, snelle gegevens dat niet veel stroom verbruikt en lange afstanden moet afleggen, denk aan slimme bouwtoepassingen, zoals slimme verlichting, slimme HVAC en slimme beveiligingssystemen. Het zou ook werken voor smart city-toepassingen, zoals parkeergarages en parkeermeters.

Nadelen:

• Er is geen wereldwijde standaard voor 900 MHz. Op dit moment gebruikt 80% van de wereld 2,4 GHz wifi, wat betekent dat je overal ter wereld verbinding kunt maken op deze wereldwijde standaardbanden. Maar omdat er geen wereldwijde standaard is voor 900 MHz, is HaLow erg op de VS gericht.
• AH is beschikbaar, maar wordt niet gebruikt . HaLow werd uitgebracht in 2016, maar er is momenteel geen enkel product op de markt dat deze standaard gebruikt. Dit kan gedeeltelijk te wijten zijn aan het ontbreken van een wereldwijde standaard, maar het is waarschijnlijk ook te wijten aan het feit dat er concurrerende technologieën op de markt zijn die beter inspelen op de behoeften van IoT. Zo heeft Symphony Link een nog lagere datasnelheid, wat het linkbudget verhoogt. Dit betekent dat je een betere penetratie krijgt dan je theoretisch zou kunnen met 802.11ah. Symphony Link en soortgelijke technologieën hebben ook lang niet dezelfde IP-overhead. HaLow moet IP-verkeer ondersteunen, maar Symphony kan TCP/IP-verkeer via de ether adresseren.

802.11af (AF)—2014

802.11af maakt gebruik van ongebruikte televisiespectrumfrequenties (d.w.z. "witte ruimtes") in UHF en VHF om informatie te verzenden. Hierdoor heeft het de bijnaam 'White-Fi' gekregen. Omdat deze frequenties tussen 54 MHz en 790 MHz liggen, kan AF worden gebruikt voor een laag vermogen, een groot bereik, zoals HaLow.

802.11af werd uitgebracht in 2014, maar is om verschillende redenen nooit echt van de grond gekomen. Ten eerste zijn er veel complexiteiten rond geolocatie. Als u zich bijvoorbeeld in Californië bevindt, mag u misschien een bepaald UHF-kanaal gebruiken omdat het in uw regio beschikbaar is, maar als u naar D.C. reist en hetzelfde kanaal probeert te gebruiken, heeft een omroep daar mogelijk al de licentie. Bovendien moeten radio-front-ends specifiek worden ontworpen en gefilterd om over honderden MHz UHF-spectrum te werken. Dit betekent dat je nooit apparatuur kunt kopen die toegang heeft tot al deze kanalen zonder honderden of duizenden dollars te betalen.

Wie zou het kunnen gebruiken:

• Organisaties die draadloze netwerken met een extreem groot bereik nodig hebben.

Voordelen:

• Omdat AF meerdere ongebruikte tv-kanalen tegelijk kan gebruiken, werkt het goed voor apparaten met een zeer groot bereik —mogelijk tot meerdere mijlen—met hoge datasnelheden.

Nadelen:

• Vereist dure, bandspecifieke hardware.
• 'Witruimte'-kanalen zijn niet overal beschikbaar, vooral niet in grote steden.
• Net als HaLow is 802.11af geen wereldwijde standaard -het is specifiek voor de VS/Canada. En omdat de certificering van spectrum een ​​proces per land is, zullen apparaatfabrikanten waarschijnlijk geen AF aan hun apparaat toevoegen, tenzij het moet.

802.11ad (AD)—2012

802.11ad kan niet meer verschillen van AH. Hoewel AH een potentiële low-power, wide area network (LPWAN) optie is, is AD 60 GHz wifi ideaal voor heel hoge gegevenssnelheid, heel communicatie op korte afstand. AD is eigenlijk bedoeld als vervanging voor glasvezel die 50 keer sneller kan zijn dan 802.11n.

AD is niet zomaar van de grond gekomen omdat het zo'n smalle markt heeft. Niet veel mensen hebben multi-gigabit snelheden nodig in zeer kleine netwerken behalve degenen die onbewerkte video draadloos moeten streamen.

Wie zou het kunnen gebruiken:

• Organisaties op ondernemingsniveau die een grotere bandbreedte nodig hebben met apparaten met een zeer kort bereik, zoals draadloze onbewerkte videostreaming.

Voordelen:

• Goed voor bestandsoverdrachten en communicatie met hoge gegevenssnelheid. Met 8 gbps is AD 50 keer sneller dan 802.11n (dat werd beschouwd als het snelste protocol tot nu toe toen het in 2007 werd geïntroduceerd). Dit protocol is zelfs zo snel dat, volgens dit Fast Company-artikel, AD het potentieel heeft om "een hele nieuwe klasse van apparaten mogelijk te maken", zoals "draadloze harde schijven die net zo snel aanvoelen als lokaal aangesloten schijven."

Nadelen:

• De chips zijn erg duur om te maken , wat dit een kostbare opzet maakt.
• AD biedt een zeer kort bereik . Wanneer je een echt . hebt hoge frequentie zoals 60 GHz, korteafstandscommunicatie is ideaal. Dit is geen probleem als je de router naast je hebt staan. Maar als je door muren wilt dringen, heb je extra routers nodig.
• AD is geen erkende internationale standaard .

• Er is heel weinig behoefte aan het soort snelheid dat 802.11ad biedt. Voor het grootste deel is sterk gecomprimeerde video die via normale wifi wordt verzonden (zoals Apple Video en Chromecast doen) goed genoeg voor de meeste consumenten.

Aanvullende eerdere en huidige 802.11-amendementen

Afbeelding met dank aan Microwaves &RF

802.11a (1990): "WiFi A" - ook bekend als de OFDM-golfvorm (Orthogonal, Frequency Division Multiplexing) - was het eerste amendement, twee jaar nadat de standaard voltooid was. Deze wijziging definieerde 5 gigahertz-banduitbreidingen, waardoor WiFi A flexibeler werd (aangezien de 2,4 GHz-ruimte vol was met draadloze huistelefoons, babyfoons, magnetrons en meer).

802.11b (2000): Als een van de eerste veelgebruikte protocollen had "WiFi B" een verbeterd bereik en een betere overdrachtssnelheid dan 802.11a, maar het is erg traag volgens de huidige normen (maximaal 11 mbps). 802.11b gedefinieerde 2,4 GHz-banduitbreidingen. Dit protocol wordt nog steeds ondersteund (80% van wifi werkt op 2,4 GHz), maar de technologie wordt niet meer gemaakt omdat deze is vervangen door snellere opties.

802.11g (2003): "WiFi G" kwam drie jaar na B op de markt en bood ongeveer vijf keer de overdrachtssnelheid, namelijk 54 Mbps. Het definieerde 2,4 GHz-banduitbreidingen met een hogere gegevenssnelheid. Het belangrijkste voordeel was een grotere snelheid, wat belangrijk was voor de consument. Tegenwoordig zijn deze snelheden echter niet snel genoeg om het gemiddelde aantal wifi-apparaten in een huishouden of een sterke draadloze verbinding van een aantal apparaten bij te houden.

802.11n (2007): "WiFi N" bood nog een drastische verbetering van de overdrachtssnelheid - 300-450 mbps, afhankelijk van het aantal antennes - en bereik. Dit was het eerste hoofdprotocol dat zowel op 2,4 GHz en . werkte 5GHz. Dankzij deze overdrachtssnelheden konden grote hoeveelheden gegevens sneller dan ooit tevoren worden verzonden.

802.11ac (2013): In 2013 werd “WiFi AC” geïntroduceerd. AC was de eerste stap in wat wordt beschouwd als "Gigabit WiFi", wat betekent dat het snelheden biedt van bijna 1 gbps, wat overeenkomt met 8000 mbps. Dat is ongeveer 20 keer krachtiger dan 802.11n, waardoor dit een belangrijk en veelgebruikt protocol is. AC werkt op een 5 GHz-band, wat opmerkelijk is - omdat het minder vaak wordt gebruikt, heb je een voordeel wat betreft snelheid, hoewel de hogere frequentie en hogere modulatiesnelheid betekenen dat het bereik beperkter is. In 2016 zijn er wijzigingen aangebracht in AC om de prestaties te verbeteren.

Waar zie je wifi naartoe gaan?

Twee jaar geleden geloofden we dat HaLow, AD en AF het duidelijke bewijs waren dat wifi een spectaculaire transformatie had ondergaan, maar we verwachtten ook dat alle drie de protocollen na hun release op grote schaal zouden worden gebruikt. Het blijkt dat hun adoptie overal van laag tot niet-bestaand is geweest. De IEEE beoordeelt nog regelmatig wijzigingen aan het 802.11-protocol, dus we zijn benieuwd wat er de komende jaren gaat gebeuren!