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1、802.11ah 协议标准分析IEEE802 11ah 是应用于 WLAN 系统在 1GHz 以下频段的新兴无线协议，适用于1.传感器网络和智能仪表；2. 传感器及智能回传链路；3.WIFI 热点覆盖扩展及蜂窝网分流。802.11ah 支持 M2M 通信的总体要求：1.一个接入点通过分级标示符结构可以连接多达 8191 台设备；2.大约 900MHZ 的可用免许可的载波频段降低了频段的拥挤度和保证了长距离传输。3.室外传输距离长达 1KM；4.数据传输速率至少大于 100kbps；5.单跳网络拓扑结构；6.短且偶发的数据传输(100bytes 的数据包大小，和包间间隔时间大于 30s)；7.非
2、常低的功率消耗；8.成本低。一PHY 层1.802.11ah 规定的运行频段为低于 1Ghz 的免许可频段。频段的划分根据国家的不同而不同。具体情况如下:美国 902MHZ928MHZ欧洲 863MHZ868MHZ中国 755MHZ787MHZ日本 916.5MHZ927.5MHZ韩国 917.5MHZ923.5MHZ信道的定义802.11ah 把信道分为两类：1MHZ 带宽信道和大于 1MHZ 带宽的信道。其中1MHZ 和 2MHZ 信道带宽应用最广。PHY 传输PHY 传输是基于 32 路或 64 路子载波的 OFDM 波形的传输，每路子载波之间的间隔为 31.25KHZ，支持的调制方式有
3、 BPSK，QPSK,和 16256QAM。具体来说，对于 1MHZ 信道，采用 32IFFT 产生 OFDM 符号，但其中只有 24路子载波用于数据传输；对于 2MHZ 信道，采用 64IFFT 产生 OFDM 符号，只有52 路子载波用于数据传输。二MAC 层1.支持大量的关联站点通过 13bits 的分级关联符。可支持多达 213 -1=8191 个关联站。其分级结构如下：站点的分类TIM 站：该类型的站只能根据 AP 信标来发送和接受数据，并且数据传输只能在访问限制窗内进行，一般为大数据流量的站。Non-TIM 站：该类型的站无需根据任何信标，在关联阶段，可直接与 AP 协商以获得由周
4、期访问限制窗分配的传输时间。Unscheduled 站：该类型的站无需根据任何信标，也不需要根据任何访问限制窗内，其可发送 poll 帧向 AP 请求即时的信道访问。信道访问机制对于 Non-TIM 站：AP 为各个站预先设置了唤醒时间，802.11ah 定义了 TWT IE（目标唤醒时间）用以规定上行和下行传输时站点多久唤醒一次和何时唤醒。具体来说，AP 在目标站唤醒时发送 NDP 帧，其中包含了缓存状态信息，如果站点识别出有通往自己的缓存数据存在，即发送 PS-poll 帧请求数据交付。对于 TIM 站，802.11ah 提出了 RAW（访问限制窗：就是几个时隙组成的一个时间段），AP 指
5、派给每个站一个时隙用以传输和接受数据。RAW 用于分配给有上行和下行数据的 TIM 站组；也可预留给控制帧，如 PS-poll帧。RAW 的相关参数（ RAW 的起始时间，持续时间，站点的 AID）由 RPS IE 来规定，RPS 包含了信标帧，每个站点通过 RPS 来识别分配给自己的 RAW。同时，AP 只给已经做好接受发送数据准备的站分配 RAW。当 AP 有缓存数据需要交付时，且同时收到普通的 PS-poll 帧和 UDI PS-poll 帧时，AP 通过管理帧 RA 来指导上行和下行链路的信道访问。注：UDI PS-poll 帧表示站点只有上行数据传输无下行缓存数据。吞吐量的提升802
6、.11ah 特点之一就是较低的数据传输速率，为克服这一特点对吞吐量的影响，802.11ah 定义了更加紧凑的 MAC 头，主要表现在以下几个方面：.由 AID 代替的之前的 MAC 地址；A3 部分的内容具有可选择性，其包含的内容由 FC 的比特位来指明；一些 QOS 和 HT 部分被移到了 PHY 头中，其余一些则被删除了。所以在 MAC 头中无 QOS 和 HT 部分；短 MAC 头不包含 duration/ID 部分，所以不支持虚拟载波侦听。以上的改变节约了 12bytes，短 MAC 头的图示如下：功率管理优化技术802.11ah 引入了以下几种优化技术。（1）最长休眠时间扩展：一是利
7、用最大空闲周期字段的最高 2 位有效位作为比例因子。00，01，10 ，11 分别代表 1，10 ，1000， 10000 的比例因子，最大休眠时间最多可延长 2500 倍。二是允许 AP 为不同站点设置不同数值的最大空闲周期，而且站点可以在关联请求中请求分配特定的数值。（2）TIM 分段TIM 分段机制将 TIM 携带的信息分割为若干片段分别发送7，如图 2 所示。DTIM(Delivery Traffic Indication Map, 发送流量指示图）表明 AP 是否缓存有组播据，DTIM 信标包含若干个 PSIE (Page Slice information elements, 页片
8、信息元素)，各页的 PSIE 不同。PSIE 包含页周期相关信息，即 DTIM 信标之间的时间间隔、TIM 片段数目、 相对于当前信标帧的位置以及各片段中的块数等。PSIE 包含一个 Page Bitmap，表示各片段中各个块对应的站点是否有缓存数据。站点通过接收 PSIE 可获知 AP 是否缓存有数据去往它所在的块。若没有去往站点所在块的缓存数据，站点可以休眠直至页周期结束；若有，而接收的信标帧不含对应的TIM 片段，站点将计算对应的 TIM 片段何时传输并在此之前保持休眠状态。（3） TWTTWT(Target Wake Time，目标唤醒时间) 机制允许 AP 为站点安排唤醒时间，使不同站点可以在不同时间段醒来，从而降低竞争冲突，提高系统的使用效率，同时也大大降低了站点的功耗。站点每次醒来可持续苏醒若干个 TWT SP(TWTService Period，目标唤醒时间服务周期)，站点在 TWTSP 期间通过传统的信道接入方式发送数据。站点可以在 TWT SP 以外的时间一直保持休眠状态，甚至可以不醒来接收信标帧。802.11ah 还提出 TWT 分组机制，AP 构建 TWT 组并通知站点分组。总结，802.11ah 标准的制定还将继续，将来它一定会应用于很多大规模的无线网络中。
