Futuro WiFis:Examining 802.11ad, 802.11ah HaLow (&Others)

Em apenas 15 anos, o WiFi evoluiu de uma tecnologia lenta para uma tecnologia robusta e versátil. E porque agora desempenha um papel fundamental na vida de centenas de milhões de pessoas, está sendo aprimorado quase constantemente. Mas essas mudanças trarão as duas coisas mais importantes que os consumidores e as empresas estão procurando: variedade e velocidade ?



Existem três padrões WiFi recentemente adotados que foram criados para atingir esses objetivos. Mas antes de examinarmos mais de perto esses padrões, vamos voltar e revisar brevemente o histórico dos padrões IEEE. O Instituto de Eletrônica e Engenheiros Eletrônicos é uma associação profissional que atua como uma autoridade em comunicação eletrônica. O IEEE cria padrões e protocolos para comunicação em setores como telecomunicações e tecnologia da informação. Cada padrão que o IEEE ratifica é designado por um número exclusivo. 802 é o prefixo usado para qualquer protocolo ou emenda que implique a rede de área. Por exemplo, os padrões para redes locais Ethernet (LANs) são designados por 802.3, e redes de área pessoal Bluetooth (PANs) são designados por 802.15. LANs sem fio - o assunto deste artigo - são designadas por 802.11.

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Em 1997, o IEEE lançou o padrão básico para comunicações de rede local sem fio (WLAN), que eles chamaram de 802.11. Nos anos seguintes, muitas emendas foram feitas a esta norma.

Aqui, vamos nos concentrar em três opções de rede WiFi criadas recentemente:

• 802.11ah (HaLow) , criado para baixa taxa de dados, sensores e controladores de longo alcance.
• 802.11af , criado para aplicativos semelhantes ao HaLow. (Esta opção de rede depende de espectros de TV não utilizados em vez de bandas de 2,4 GHz ou 5 GHz para transmissão.)
• 802.11ad , criado para velocidades multigigabit (sem fios) e rede de alto desempenho.

Após uma introdução completa a esses três padrões, revisaremos o restante da família 802.11.

802.11ah (HaLow) —2016

A maioria dos padrões de WiFi - incluindo A, B, G, N e AC - opera em 2,4 GHz ou 5 GHz. E com essa taxa de dados relativamente alta vem uma sensibilidade menor. Então, se você tiver um termostato conectado por Wi-Fi no segundo andar de seu prédio e um roteador de Wi-Fi no porão, o termostato pode realmente ter dificuldade para se conectar se você estiver usando o 802.11n tradicional.

Para aumentar o alcance relativamente curto do WiFi, especificamente para sensores IoT que não requerem altas taxas de dados, o 802.11ah foi introduzido. HaLow (como é apelidado) é 900 megahertz WiFi, destinado à transmissão de dados de longo alcance .

HaLow também aborda teoricamente o baixo consumo de energia . Por exemplo, o HaLow usa o tempo de ativação desejado para reduzir a quantidade de energia de que um dispositivo precisa para permanecer conectado à rede. Ele faz isso fazendo com que os dispositivos sejam ativados por tempos muito curtos em intervalos definidos - digamos, por milissegundos a cada 15 segundos - para aceitar mensagens. Isso é semelhante em conceito a como o eDRX funciona para ajudar o LTE-M a economizar energia.

Quem poderia usar HaLow:

• Empresas que usam tecnologia de nível de sensor que precisa ser habilitada para WiFi.

Benefícios:

• Penetra através de paredes e obstruções melhor do que redes de alta frequência como 802.11ad, que discutiremos a seguir.
• É ideal para dados curtos e intermitentes que não consome muita energia e precisa viajar longas distâncias - pense em aplicativos de construção inteligentes, como iluminação inteligente, HVAC inteligente e sistemas de segurança inteligentes. Também funcionaria para aplicativos de cidade inteligente, como garagens e parquímetros.

Quedas:

• Não existe um padrão global para 900 MHz. No momento, 80% do mundo usa Wi-Fi de 2,4 GHz, o que significa que você pode se conectar a essas bandas de padrão global em qualquer lugar do mundo. Mas porque não existe um padrão global para 900 MHz, HaLow é muito centrado nos EUA.
• AH está disponível, mas não está sendo usado . HaLow foi lançado em 2016, mas atualmente não há um único produto no mercado que use esse padrão. Isso pode ser em parte devido à falta de um padrão global, mas provavelmente também é devido ao fato de que existem tecnologias concorrentes no mercado que atendem melhor às necessidades da IoT. Por exemplo, o Symphony Link tem uma taxa de dados ainda mais baixa, o que aumenta o orçamento do link. Isso significa que você terá uma penetração melhor do que teoricamente poderia com 802.11ah. Symphony Link e tecnologias semelhantes também não têm quase a mesma sobrecarga de IP. O HaLow precisa oferecer suporte ao tráfego IP, mas o Symphony pode lidar com o tráfego TCP / IP sem fio.

802.11af (AF) —2014

802.11af utiliza frequências de espectro de televisão não utilizadas (ou seja, "espaços em branco") em UHF e VHF para transmitir informações. Por causa disso, ganhou o apelido de “White-Fi”. Como essas frequências estão entre 54 MHz e 790 MHz, AF pode ser usado para baixa potência, faixa de área ampla, como HaLow.

O 802.11af foi lançado em 2014, mas nunca realmente decolou por vários motivos. Primeiro, existem muitas complexidades em torno da geolocalização. Por exemplo, se você está na Califórnia, pode ter permissão para usar um determinado canal UHF porque ele está disponível em sua área - mas se você viajar para D.C. e tentar usar o mesmo canal, uma emissora de lá pode já possuir a licença. Além disso, os front-ends de rádio devem ser especificamente projetados e filtrados para funcionar em centenas de MHz do espectro UHF. Isso significa que você nunca poderá comprar equipamentos que possam acessar todos esses canais sem pagar centenas ou milhares de dólares.

Quem poderia usar:

• Organizações que precisam de redes sem fio de alcance extremamente longo.

Benefícios:

• Como o AF pode utilizar vários canais de TV não utilizados ao mesmo tempo, funciona bem para dispositivos de longo alcance —Potencialmente até vários quilômetros — com altas taxas de dados.

Quedas:

• Requer hardware caro e específico para a banda.
• Os canais de “espaço em branco” não estão disponíveis em todos os lugares, principalmente nas grandes cidades.
• Como HaLow, 802.11af não é um padrão global —É específico dos EUA / Canadá. E como a certificação do espectro é um processo país a país, os fabricantes de dispositivos provavelmente não irão adicionar AF em seus dispositivos, a menos que seja necessário.

802.11ad (AD) —2012

802.11ad não poderia ser mais diferente de AH. Enquanto AH é uma opção de rede de longa distância (LPWAN) de baixo consumo potencial, AD é 60 GHz WiFi ideal para muito alta taxa de dados, muito comunicações de curto alcance. Na verdade, o AD foi criado para ser uma substituição de fibra óptica que pode atingir velocidades 50 vezes mais rápidas do que 802.11n.

AD não decolou simplesmente porque tem um mercado muito restrito. Poucas pessoas exigem velocidades multi-gigabit em redes muito pequenas, exceto aqueles que precisam transmitir vídeo bruto sem fio.

Quem poderia usar:

• Organizações de nível empresarial que precisam de largura de banda estendida com dispositivos de alcance muito curto, como streaming de vídeo bruto sem fio.

Benefícios:

• Bom para comunicação e transferência de arquivos com alta taxa de dados. A 8 gbps, o AD é 50 vezes mais rápido do que o 802.11n (considerado o protocolo mais rápido até o momento quando foi introduzido em 2007). Na verdade, esse protocolo é tão rápido que, de acordo com este artigo da Fast Company, o AD tem o potencial de “habilitar uma nova classe de dispositivos”, como “discos rígidos sem fio que parecem tão rápidos quanto os conectados localmente”.

Quedas:

• Os chips são muito caros de fabricar , o que torna esta configuração cara.
• AD fornece um alcance muito curto . Quando você tem um realmente alta frequência como 60 GHz, comunicações de curto alcance são ideais. Isso não é um problema se você tiver o roteador bem próximo a você. Mas se você penetrar paredes, precisará de roteadores adicionais.
• AD não é um padrão internacional reconhecido .

• Há muito pouca necessidade para o tipo de velocidade oferecido pelo 802.11ad. Para a maior parte, o vídeo altamente compactado enviado por WiFi normal (ou seja, como o Apple Video e o Chromecast fazem) é bom o suficiente para a maioria dos consumidores.

Alterações 802.11 atuais e passadas adicionais

Gráfica cortesia da Microwaves &RF

802.11a (1990): “WiFi A” - também conhecida como forma de onda OFDM (Orthogonal, Frequency Division Multiplexing) - foi a primeira alteração, dois anos após a conclusão do padrão. Esta alteração definiu extensões de banda de 5 gigahertz, o que tornou o WiFi A mais flexível (já que o espaço de 2,4 GHz estava lotado de telefones domésticos sem fio, babás eletrônicas, microondas e muito mais).

802.11b (2000): Como um dos primeiros protocolos amplamente usados, "WiFi B" tinha um alcance e uma taxa de transferência aprimorados em relação ao 802.11a, mas é muito lento para os padrões de hoje (atingindo no máximo 11 Mbps). 802.11b definiu extensões de banda de 2,4 GHz. Este protocolo ainda é compatível (80% do WiFi funciona a 2,4 GHz), mas a tecnologia não é mais fabricada porque foi substituída por opções mais rápidas.

802.11g (2003): O “WiFi G” chegou ao mercado três anos depois de B, oferecendo cerca de cinco vezes a taxa de transferência, a 54 Mbps. Ele definiu extensões de banda de 2,4 GHz a uma taxa de dados mais alta. Seu principal benefício era maior velocidade, o que era importante para os consumidores. Hoje, no entanto, essas velocidades não são rápidas o suficiente para acompanhar o número médio de dispositivos habilitados para Wi-Fi em uma casa ou uma forte atração sem fio de vários dispositivos.

802.11n (2007): “WiFi N” ofereceu outra melhoria drástica na velocidade da taxa de transferência - 300-450 mbps, dependendo do número de antenas - e alcance. Este foi o primeiro protocolo principal que operou em 2,4 GHz e 5 GHz. Essas taxas de transferência permitiram que grandes quantidades de dados fossem transmitidos mais rapidamente do que nunca.

802.11ac (2013): Em 2013, foi lançado o “WiFi AC”. AC foi o primeiro passo no que é considerado “Gigabit WiFi”, o que significa que oferece velocidades de quase 1 gbps, o que equivale a 8000 mbps. Isso é cerca de 20 vezes mais poderoso do que 802.11n, tornando-o um protocolo importante e amplamente utilizado. AC funciona em uma banda de 5 GHz, o que é digno de nota - por ser menos usada, você terá uma vantagem no que diz respeito à velocidade, embora a frequência mais alta e a taxa de modulação mais alta signifiquem que a faixa é mais limitada. Em 2016, foram feitas alterações no AC para melhorar seu desempenho.

Onde você vê o título do WiFi?

Dois anos atrás, acreditávamos que HaLow, AD e AF eram evidências claras de que o WiFi havia passado por uma transformação espetacular - mas também esperávamos que todos os três protocolos seriam amplamente usados ​​após seu lançamento. Acontece que sua adoção tem sido de baixa a inexistente. O IEEE ainda revisa emendas ao protocolo 802.11 regularmente, então estamos interessados ​​em ver o que acontece nos próximos anos!