IEEE802.11ah技術應用研究

唐振中 鄭思 熊正東

摘? ?要：為了更好地應用物聯(lián)網(wǎng)，人們制定了相應的物聯(lián)網(wǎng)標準—IEEE802.1lah。文章從IEEE802.1lah的技術特點及優(yōu)勢出發(fā)，分析了該標準采用的技術手段，并研究了其實際應用，以求對IEEE802.1lah技術有更深入的了解，對日后的技術積累可起到一定的參考作用。

關鍵詞：IEEE802.1lah;關鍵技術;應用

互聯(lián)網(wǎng)技術發(fā)展到今天，已經(jīng)不單單是為了解決計算機與計算機之間的聯(lián)網(wǎng)問題了，更關系到設備與設備（Machine to Machine，M2M）之間的互聯(lián)問題，設備與設備之間的互聯(lián)便為物聯(lián)網(wǎng)技術。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，截至2018年，互聯(lián)網(wǎng)連接的智能終端數(shù)量達百億，年增長率仍在不斷上升，為了適應物聯(lián)網(wǎng)的迅猛發(fā)展制定了IEEE802.11ah[1]。IEEE802.11ah運行在低頻段上，一般頻段在低于1 GHz的范圍內(nèi)，是一種新WLAN標準系統(tǒng)，它的應用將能夠在很大程度上提高物聯(lián)網(wǎng)運行效率。該標準由高通公司主導、多家互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)參與制定，是實現(xiàn)遠距離物聯(lián)網(wǎng)的重要技術手段。IEEE802.11ah能夠?qū)蝹€網(wǎng)絡節(jié)點數(shù)量進行擴展，達到節(jié)能降耗的目的。

1? ? IEEE802.11ah 技術及其優(yōu)勢

在物聯(lián)網(wǎng)領域，最常聽到的通信技術有兩種：（1）平常說的藍牙無線傳輸技術屬于無線傳感器網(wǎng)絡，其他還有Zigbee，IEEE802.15.4等專線，這種通信技術能夠?qū)⒁欢▍^(qū)間范圍內(nèi)的傳感器進行連接。（2）常規(guī)的移動蜂窩網(wǎng)絡，如現(xiàn)應用最廣泛的WiFi技術，能夠?qū)崿F(xiàn)將分散節(jié)點或孤立節(jié)點間進行連接。隨著物聯(lián)網(wǎng)應用環(huán)境不斷復雜化，以往的通信手段已很難滿足社會的需求。IEEE802.11ah標準的制定就是為了解決日益復雜、多元的物聯(lián)網(wǎng)應用的，它較以上所說的兩種通信技術有很大的優(yōu)勢，具體表現(xiàn)為：與無線傳感器網(wǎng)絡技術對比來說，由于IEEE802.11ah技術實現(xiàn)的頻段較低，通行距離較無線傳感器網(wǎng)絡的ZigBee與藍牙技術長，發(fā)射功率調(diào)整范圍更寬，網(wǎng)絡節(jié)點數(shù)目更多[1]，電池使用時間比藍牙更久;而與常規(guī)的移動蜂窩網(wǎng)絡對比可發(fā)現(xiàn)，對于WiFi技術不能實現(xiàn)的遠距離數(shù)據(jù)傳輸，IEEE802.11ah能夠?qū)崿F(xiàn)，而且還能夠?qū)崿F(xiàn)低成本、低功耗傳輸。傳輸貫穿性優(yōu)于現(xiàn)行的所有通信技術，不受室內(nèi)外應用條件的限制。

2? ? IEEE802.11ah的關鍵技術

2.1? PHY層關鍵技術

（1）PHY層采取的傳輸頻段與其他協(xié)議不同，圖1為不同IEEE802.11協(xié)議的頻帶劃分示意。從圖1可以看出，IEEE802.11ah的900 MHz頻段與其他IEEE802.11家族協(xié)議的頻段完全不同。

（2）國家差異對應所采用的信道分配不同，例如，歐洲信道為863～868 MHz，而日本為916.5～927.5 MHz。圖2為不同國家IEEE802.11ah的許可頻段。

（3）IEEE802.11ah的PHY層是在IEEE802.11ac PHY層的基礎降低到1/10，并增加1 MHz帶寬形成的。

IEEE802.11ah所使用傳輸模式在PHY層設計為≥2 MHz傳輸模式與1 MHz傳輸模式兩種。表1是帶寬為2 MHz，NSS==1時不同調(diào)制方式的傳輸速率。NSS為空間流的數(shù)目，這里設為1;NSD為數(shù)據(jù)傳輸中使用的子載波數(shù)目;NDBPS為每個符號的數(shù)據(jù)位數(shù);GI是OFDM符號保護間隔[2]。在8 MHz帶寬下，NSS==1情況下，IEEE802.11ah的傳輸碼率最高可以達到43 333.3 bps。

為了延長傳輸?shù)木嚯x，設計了1 MHz傳輸模式。1 MHz模式下同步頭長度是2 MHz模式下的兩倍，并且在遠距離傳輸中1MHz的傳輸模式能夠?qū)?shù)據(jù)重復率提高兩倍，從而將其傳輸可靠性提高，實現(xiàn)遠距離通信的目的。

2.2? MAC層關鍵技術

與 PHY層采用的技術相比，在基于IEEE802.11ac上IEEE802.11ah MAC層變化不大，為了使節(jié)點數(shù)增多，節(jié)能降耗，僅增加了新的幀結(jié)構(gòu)及增強特性，以求達到提高媒體訪問效率、擴展吞吐量的目的。IEEE802.11ah對交通指示圖（Traffic Indication Map，TIM）節(jié)點、非TIM節(jié)點及未規(guī)劃（unscheduled）節(jié)點3種不同類型的節(jié)點進行了定義。節(jié)點的類型不同，接入信道過程中的程序和時間周期也有差異。所謂的TIM節(jié)點是指只有在需要聆聽AP信標時，數(shù)據(jù)才會進行收發(fā)。非TIM節(jié)點在發(fā)射數(shù)據(jù)過程中不受其他因素的影響，而且發(fā)射數(shù)據(jù)具有一定的周期性，與TIM節(jié)點相比，其消耗的能量較低。為了方便管理信道資源，建議非TIM節(jié)點應用于高容量數(shù)據(jù)場合。未規(guī)劃節(jié)點在發(fā)射數(shù)據(jù)過程中同樣不受其他因素的影響，這個程序是指節(jié)點可能會隨時入網(wǎng)。

3? ? 實際應用

IEEE802.11ah在智能終端設備中應用廣泛，例如智能手環(huán)、無線耳機等。隨著技術的發(fā)展，這項技術在智能家居、智慧城市和工業(yè)自動化中的應用受到廣泛認可，在水電氣的智能計量及智能監(jiān)控系統(tǒng)中也得到應用。使用IEEE802.11ah技術控制整個房間內(nèi)的各類傳感器，從而實現(xiàn)對室內(nèi)溫度、燈光、電視等的控制，實現(xiàn)智能終端設備的“智能化”。

4? ? 結(jié)語

本文在介紹總結(jié)IEEE802.11ah技術及其優(yōu)勢的基礎上，分析了其關鍵技術，并列出了IEEE802.1lah在實際生活中應用，通過對IEEE802.11ah技術應用的研究，對IEEE802.1lah技術有了更深入的了解，為以后將IEEE802.11ah技術更好地用在物聯(lián)網(wǎng)方面提供了一定的參考。

[參考文獻]

[1]王智彪，冉鵬，陳巧.物聯(lián)網(wǎng)技術在醫(yī)療服務領域的應用與發(fā)展現(xiàn)狀[J].物聯(lián)網(wǎng)學報，2018（3）：30-31.

[2]鄔賀銓.廣域低功耗接入技術開拓物聯(lián)網(wǎng)應用前景[J].信息通信技術，2017（1）：20-22.

Research on IEEE802.11ah technology application

Tang Zhenzhong， Zheng Si， Xiong Zhengdong

（Chip R&D Center of Zhuhai Taixin Semiconductor Co.， Ltd.， Zhuhai 519000， China）

Abstract：For the better application of the Internet of Things， people have formulated the corresponding standard： IEEE802.1lah. Starting from the technical characteristics and advantages of IEEE802.1lah， this paper analyses the technical means adopted by the standard and studies its practical application. Through the research， hope to have a deeper understanding of the technology of IEEE802.1lah， which will play a certain reference value for future technology accumulation.

Key words：IEEE802.1lah; key technologies; applications