低频段低功耗的无线局域网技术

物联网从网络架构上来说主要分为3层：感知层、网络层和应用层。感知 层主要实现对物理世界的智能感知识别、信息采集处理和自动控制，并通过 通信模块将物理实体连接到网络层和应用层。在感知层面有多种无线技术并 存（如蓝牙、Zigbee、RFID、二维码等），每种技术都有各自的优势，拥有各 自的应用领域，并没有一种技术能处于绝对的主导地位。物联网拥有广大的 应用市场，同时在技术层面也呈现百花齐放的局面，这就给新技术以进入的 机会。802.11ah正是在这种大背景下出现的无线局域网技术，它具有覆盖范 围广、容纳节点数多、更低功率、针对中低速进行优化增强等特点，能够满 足物联网应用的需要。
（4）中继Relay
在物联网的某些应用场景，要求 能够实现大范围的覆盖，为了满足这 一需求，802.11ah采用了中继Relay技 术。802.11ah中的Relay是一个功能实 体，逻辑上包含RelayAP和RelaySTA两 种功能。节点Relay下面同终端节点连 接，主要扮演AP的角色；Relay节点 上面同AP相连，扮演终端节点的角色， 具体如图6所示。Relay通过中转数据 包的方式实现了网络更大范围的覆盖。
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关键技术
802.11ah的技术优化主要体现在使其能实现功耗降低、覆盖范围扩大、 容纳节点数增多等；有些技术优化同时考虑其中多个特性，比如TIM，其在降 低终端的功率的同时还要支持6000以上用户。下面对802.11ah使用的关键技 术进行介绍：
（ 1 ） 业务指示图 TIM
（3）目标唤醒时间TWT
为了使终端节点能够最大限度地节省功耗，就需要使其尽可能关闭发 送接收模块进入到休眠状态，只在有数据发送或接收时醒来；802.11ah使 用了目标唤醒时间TWT机制，这个机制允许AP管理BSS下面节点的唤醒时 间，使不同的终端能够在不同的时间段醒来，从而降低竞争冲突，提高系 统的使用效率，同时也大大降低了终端节点的功耗。TWT主要有两种操作 模式：隐性TWT操作和显性TWT操作模式。在显性TWT操作模式下，AP会 通过与终端节点间的帧交换将下一次TWT唤醒时间发送给终端节点；而在 隐性TWT操作模式下，终端节点可以通过前面获得的TWT信息计算出下次 的唤醒时间。TWT可以是周期性的，也可以是非周期性的。周期性TWT能 够避免STA在每次苏醒时都发送一次TWT值，这样进一步降低了终端唤醒 时间，从而达到了降低终端功耗的目的。
（ 2 ） 限制接入窗口 RAW
为了能支持大用户，使节点能够尽可能的省电，同时使系统工 作的更有效率，802.11ah引入限制窗口RAW技术。RAW的基本思想 是将节点分成不同的组，让其在给定的时间段进行传输，这一方 面使各个节点都能获得数据传输的机会，另外一方面也降低了接 入冲突，提高了系统工作效率。在上行信道接入过程中，节点STA 在预先设定的时间醒来，并开始监听Beacon帧，Beacon帧中会携 带RAW的相关信息，如RAW的开始时间、RAW的时长、RAW中Slot 的数量及节点将被分配到哪个RAW中传输等；
（ 2 ） 限制接入窗口 RAW
节点STA收到此信息后，将知道AP（无线访问接入点）分配给它的接入 时间，在接入时间到来之前，STA进行休眠，这样可以最大限度地节省功 率；在接入时间到来时，节点STA醒来，在基于EDCA（ EDCA中虚拟碰撞 问题的一种解决策略, IEEE 802.11MAC信道接入方式,并支持优先级QoS和 参数化QoS。 ）的基础上进行信道接入。如图5所示，假如STA被分配在 RAW的第四个Slot进行数据传输，其在前三个Slot可以进入到休眠状态，在 第四个Slot到来时醒来，并抢占信道进行数据传输。
（ 3）Wi-Fi覆盖扩展（含 蜂窝网分流）
这种场景下， 802.11ah 主要扩展 Wi-Fi 热点的覆 盖， 并能为蜂窝网提供业务分流。
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特点与优势
01 | 低功耗
02 | 覆盖范围广
03 | 容纳节点数多 04 | 针对中低速优化增强
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应用场合
（1）传感器和智能抄表
这种场景下，802.11ah主 要作为末端网络使用，用于将 传感器收集的数据传输到上层 网络或应用平台。
（2）传感器和 智能抄表回传链 路
这种场景下， 802.11ah主要作为 回传链路使用，下 面将接802.15.4g等 底层网络，将从底 层网络得到的数据 传输到应用平台。
在一些应用场景中，节点通过电池供电，为了节省电源，节点 会在不进行收发操作时进入到节能模式。对于处于这种模式下的 节点，AP（无线访问接入点）通过在Beacon（信标帧）中发送业 务指示图（TrafficIndicationMap，简称TIM）信息元素通知其是否 有缓冲数据待发。传统WLAN的TIM只支持2007个节点，但在物联 网应用场景中，需要支持大用户数（如智能抄表），要求一个BSS （基站子系统）最多支持6000个节点，因此802.11ah引入了分层 TIM。分层TIM是将TIM分成多Page，每页再分成多Block，每块再 分成多个Subblock。通过在多个Beacon间隔分别发送这些页从而达 到支持大用户数的目的。
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802.11协议簇是国际电工电子工程学会（IEEE）为无 线局域网络（WLAN）制定的标准。802.11ah是IEEE针对物 联网需求定制的一种低频段低功耗的无线局域网技术。 2010年启动定制，于2016年完成。
01 | 需求来源
目
CONTENT
02 | 关键技术
录
03 | 应用场合 04 | 特点与优势 05 | 发展前景
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来自百度文库
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需求来源
从2005年国际电信联盟（ITU）发布《ITU互联网报告2005：“物联网”》正 式提出物联网概念，到美国总统奥巴马提出“物联网”经济振兴计划，启动110 亿美元智能电网的研究和建设，再到09年温家宝总理提出“感知中国”，物联 网已成为继移动互联网之后又一轮的产业革命。随着各国对物联网应用的不 断推进，物联网已在电网、医疗、物流、交通等领域获得广泛的应用，大大 提升了其信息化水平，同时为人们的生产生活带来了极大的便利。2008-2012 年间，物联网并购交易不温不火，但13年起，交易数开始井喷。Hampleton的 一份物联网并购报告，对着13-15这三年间爆发的154笔物联网并购交易进行 梳理，按并购活动的集中度，将物联网并购分散在四个细分行业里：监控、 半导体、信息技术和平台。2016年，全球物联网的并购活动基本上会延续 2015年的趋势。其中大量的工业、民用领域的战略投资者涌入物联网市场， 势必把并购的数量和金额推至新高。
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发展前景
物联网市场呈现持续快速增长的趋势， 这将会促 进多种无线技术的发展802.11ah 将凭借其技术优势 和 WLAN 完善且强大的产业链支撑， 在未来物联网市 场 上占据一席之地， 扮演越来越重要的角色。