用于IOT的WLAN技术标准分析与实现

1、用于用于IOT的的WLAN技术标准分技术标准分析与实现析与实现LOREM IPSUM DOLOR内容概要内容概要课题概述课题概述 物联网物联网WLANWLAN 802.11ah 802.11ah协议协议 OFDM OFDM 功率控制功率控制任务分解任务分解 分析协议标准分析协议标准 基于基于OFDMOFDM的信的信 号波形仿真号波形仿真 仿真中信号的仿真中信号的 功率控制功率控制 基于基于FPGAFPGA实现实现OFDMOFDM信号信号研究背景研究背景 物联网应用的三种场景：物联网应用的三种场景：1.传感器和智能仪表；传感器和智能仪表； 2.传感器和智能仪表回传链路；传感器和智能仪表回传链路；

2、 3.Wi-Fi热点覆盖扩展及蜂窝网分流。热点覆盖扩展及蜂窝网分流。 相应的网络特性要求相应的网络特性要求:1.覆盖范围更广，传输距离更长；覆盖范围更广，传输距离更长； 2.功耗低；功耗低； 3.可容纳节点数量更大；可容纳节点数量更大； 研究背景研究背景 问题：现有的问题：现有的WIFI网络无法支撑传感器网络！网络无法支撑传感器网络！ 原因：原因：1.没有节能机制；没有节能机制； 2.没有使用合适的频段（没有使用合适的频段（WIFI技术技术2.4GHz5GHz)； 3.大量其他替代技术的存在大量其他替代技术的存在(Zigbee,蓝牙蓝牙)研究背景研究背景802.11ah任务组应运而生任务组应运

3、而生,主要任务是推出新的协议标主要任务是推出新的协议标准以协调传统的移动网络和日益增长的无线传感网络。准以协调传统的移动网络和日益增长的无线传感网络。802.11ah协议标准的提出协议标准的提出802.11ah特点特点802.11ah特点特点各个国家的频段分配及信道带宽的划分各个国家的频段分配及信道带宽的划分802.11ah特点特点 MAC层设计目的：在最低能耗的情况下，使网络能支撑最大数量的站点。层设计目的：在最低能耗的情况下，使网络能支撑最大数量的站点。 IEEE802.11ah定义了三种不同类型的站定义了三种不同类型的站各具有不同的程序和时间段来访问公共信各具有不同的程序和时间段来访问公

4、共信道。分别为道。分别为TIM站，非站，非TIM站，和不定期站。（站，和不定期站。（TIM：流量指示图）：流量指示图） 新设计的新设计的AID（关联标识符，（关联标识符，13bits）把站点分成：）把站点分成：classifies stations into pages,blocks (hereafter called TIM groups), sub-blocks and stations indexes in sub-blocks 理论可支持最大站点数为8191 (= 213 1)802.11ah特点特点 PHY层：OFDM实现 1MHz和2MHz是最为常用的信道带宽一：1MHz信道：采用

5、32FFT产生OFDM符号（32 路子载波），子载波间隔31.25KHZ ； 其中24路用于数据传输； 1MHz信道的目的是扩展传输距离；两类信道：1MHz信道和大于等于 2MHz信道 802.11ah特点特点二：2MHz信道：采用64FFT产生OFDM符号；（64路子载波，子载波间隔31.25KHZ ，其中52路用于数据传输）；802.11ah特点特点仿真特性仿真特性802.11ah功率管理机制功率管理机制 原理：原理：802.11802.11定义了两种功率状态：苏醒和休眠。定义了两种功率状态：苏醒和休眠。 处于苏醒状态的站点正常工作，可以收发数据；处于苏醒状态的站点正常工作，可以收发数据；

6、 处于休眠状态的站点关闭无线模块，不能收发数据。站点可以处于休眠状态的站点关闭无线模块，不能收发数据。站点可以 工作在两种模式下：活跃模式和省电模式。在活跃模式下站点工作在两种模式下：活跃模式和省电模式。在活跃模式下站点 一直处于苏醒状态，而省电模式下站点在醒和休眠两种状态之一直处于苏醒状态，而省电模式下站点在醒和休眠两种状态之 间交替变化。间交替变化。 802.11 802.11通过对站点的功率状态进行控制来达到通过对站点的功率状态进行控制来达到 功率管理的目的功率管理的目的802.11ah功率管理机制功率管理机制 当站点处于省电模式时，AP将缓存去往该站点的帧(不包括一些管理帧)，同时，AP广播的信标帧携带有TIM(Traffic Indication Map,流量指示图)信息元素，通知站 点是否有缓存数据。站点每隔一个侦听间隔从休眠状态 中醒来以接收信标帧，并检查其TIM元素，侦听间隔为信标间隔的整数倍。若TIM表明没有去往站点的缓存数据， 则站点可以立刻回到休眠状态；若TIM表明有去往站点的 缓存数据，则站点要向AP发送PS-Poll帧，AP收到PS-Poll 帧后向该站点发送缓存的数据分组。TWT(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，