Zaloguj
Standard Wi-Fi oferuje wiele funkcjonalności – umożliwia rozszerzenie zasięgu, pozwala na optymalizację zużycia energii dla przedłużenia żywotności baterii, oferuje dużą przepustowość i możliwość korzystania z energooszczędnego pasma 2,4 GHz. Istotna jest też większa wygoda użytkownika i interoperacyjność, którą przynosi nowy protokół Matter oraz integracja i łączność ekosystemu z chmurą. Warto też wspomnieć o możliwości korzystania z Bluetooth Low Energy wraz z Wi-Fi, uproszczonym dodawaniu urządzeń, wykrywaniu zbliżeniowym i łączności z czujnikami. Czego więcej można oczekiwać?
Nowy standard
Nowa wersja standardu Wi-Fi wprowadziła funkcje, które na nowo definiują komunikację w zastosowaniach IoT o małym poborze mocy (rysunek 1).
Wi-Fi 6 zmienia się w taki sposób, aby obsłużyć masowe aplikacje IoT (rysunek 2), zapewniając:
- znacznie mniejsze zużycie energii, co wydłuża żywotność baterii,
- możliwość obsługi większej liczby urządzeń IoT przez punkt dostępu lub sieć,
- wyższą przepustowość, zwiększoną wydajność i zmniejszone opóźnienia (lepsza wydajność i efektywność energetyczna),
- większą pojemność sieci, niezawodną łączność i większe pokrycie sygnałem z myślą o wdrożeniu urządzeń IoT,
- obsługa pasma 2,4 GHz i kanałów 20 MHz dla niskiego zużycia energii i dużego zasięgu,
- bezpieczeństwo (WPA3) i kompatybilność wsteczna z poprzednimi generacjami urządzeń Wi-Fi.
Wi-Fi 6 dla IoT
Aby umożliwić powszechne stosowanie Wi-Fi w IoT, nowy standard Wi-Fi 6 wprowadza istotne zmiany (rysunek 3). Nowe rozwiązania pozwalają spełnić wymagania IoT w zakresie małego zużycia energii.
OFDMA zamiast OFDM
Modulacja OFDMA umożliwia jednoczesną komunikację z wieloma urządzeniami oraz zapewnia lepszą wydajność widmową i przepustowość, a ponadto:
- kanały są podzielone na podkanały znane jako jednostki zasobów (RU),
- umożliwia dalsze dostosowywanie użycia kanałów przez punkty dostępowe w celu dopasowania ich do wymagań klientów i ruchu,
- AP może przydzielić cały kanał jednemu użytkownikowi lub podzielić kanał, aby obsługiwać wiele urządzeń jednocześnie (rysunek 4),
- zapewniono większą wydajność w przypadku krótkich ramek danych (stanowiących znaczną część całego ruchu).
Zaawansowane oszczędzanie energii
Funkcja TWT (docelowy czas w stanie wybudzenia) umożliwia bezprzewodowym punktom dostępowym i urządzeniom negocjowanie i definiowanie określonych czasów dostępu do medium (rysunek 5).
Działa na bazie dwóch metod:
- indywidualny TWT – każde urządzenie może negocjować czas uśpienia z AP,
- rozgłaszany TWT – AP określa okres uśpienia dla całej grupy urządzeń.
- Indywidualny TWT jest idealny dla urządzeń IoT zasilanych bateryjnie.
Uplink z obsługą wielu użytkowników
Standard Wi-Fi 5 wprowadził MU-MIMO, ale tylko dla downlink 4×4. Standard Wi-Fi 6 podwoił ten parametr do 8×8 i dodał obsługę uplink (UL) zarówno dla MU-MIMO, jak i OFDMA. Techniki MU-MIMO i OFDMA w Wi-Fi 6 zwiększają pojemność sieci przy równoczesnym dostępie wielu urządzeń (rysunek 6), równoważą przepustowość, poprawiają zasięg i zmniejszają opóźnienia.
Kolorowanie BSS
Kolorowanie podstawowego zestawu usług (BSS) umożliwia dodatkowe ponowne użycie kanałów przestrzennych. Do każdego unikatowego BSS-a (podstawowego zestawu usług) przypisywany jest określony tzw. kolor podkanału. Kanał jest blokowany tylko wtedy, gdy kolor jest taki sam – pozwala to na jednoczesne przesyłanie danych do wielu urządzeń w zatłoczonych obszarach (rysunek 7). Korzyści z kolorowania BSS to m.in. większa efektywność i wydajność sieci, zmniejszenie zakłóceń i kolizji. Technika ta zapobiega niepożądanemu czasowi aktywności urządzeń.
2,4 GHz vs 5 GHz
Standard Wi-Fi 6 obsługuje oba pasma: 2,4 GHz oraz 5 GHz. Niższe pasmo oferuje lepszy zasięg, a wyższe zapewnia lepszą przepustowość. Jakiej więc częstotliwości należy użyć w produkcie końcowym? Kluczowe aspekty do rozważenia zostały zilustrowane na rysunku 8.
Hardware
Komponenty wspierające stare Wi-Fi oraz nowy standard są dostępne w ofercie firmy Silicon Labs.
Porównanie parametrów wybranych układów pokazano na rysunku 9.
Kamil Prus
