WiFi Future :examen des normes 802.11ad, 802.11ah HaLow (et autres)

En seulement 15 ans, le WiFi est passé d'une technologie lente à une technologie robuste et polyvalente. Et parce qu'il joue désormais un rôle essentiel dans la vie de centaines de millions de personnes, il s'améliore presque constamment. Mais ces changements apporteront-ils les deux choses les plus importantes que les consommateurs et les entreprises recherchent :gamme et vitesse ?

Il existe trois normes WiFi récemment adoptées qui ont été créées pour atteindre ces objectifs. Mais avant d'examiner de plus près ces normes, prenons du recul et examinons brièvement l'historique des normes IEEE. L'Institute of Electronics and Electronics Engineers est une association professionnelle qui agit en tant qu'autorité en matière de communication électronique. L'IEEE crée des normes et des protocoles de communication dans des secteurs tels que les télécommunications et les technologies de l'information. Chaque norme ratifiée par l'IEEE est désignée par un numéro unique. 802 est le préfixe utilisé pour tout protocole ou amendement impliquant un réseau de zone. Par exemple, les normes pour les réseaux locaux Ethernet (LAN) sont désignées par 802.3 et les réseaux personnels Bluetooth (PAN) sont désignés par 802.15. Les réseaux locaux sans fil—le sujet de cet article—sont désignés par 802.11.

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En 1997, l'IEEE a publié la norme de base pour les communications de réseau local sans fil (WLAN), qu'ils ont appelée 802.11. Dans les années qui ont suivi, de nombreuses modifications ont été apportées à cette norme.

Ici, nous allons nous concentrer sur trois options de réseau Wi-Fi récemment créées :

• 802.11ah (HaLow) , créé pour les capteurs et les contrôleurs à faible débit de données et à longue portée.
• 802.11af , créé pour des applications similaires à HaLow. (Cette option de réseau repose sur des spectres TV inutilisés au lieu de bandes 2,4 GHz ou 5 GHz pour la transmission.)
• 802.11ad , créé pour des vitesses multigigabit (sans fil) et une mise en réseau hautes performances.

Après une introduction approfondie à ces trois normes, nous passerons en revue le reste de la famille 802.11.

802.11ah (HaLow)—2016

La majorité des normes WiFi, y compris A, B, G, N et AC, fonctionnent à 2,4 GHz ou 5 GHz. Et avec ce débit de données relativement élevé, la sensibilité est moindre. Donc, si vous avez un thermostat connecté au Wi-Fi au deuxième étage de votre immeuble et un routeur Wi-Fi au sous-sol, le thermostat pourrait vraiment avoir du mal à se connecter si vous utilisez le 802.11n traditionnel.

Pour augmenter la portée relativement courte du WiFi, en particulier pour les capteurs IoT qui ne nécessitent pas de débits de données élevés, le 802.11ah a été introduit. HaLow (comme il est surnommé) est un WiFi de 900 mégahertz, destiné à la transmission de données à longue portée .

HaLow traite également théoriquement de la faible consommation d'énergie . Par exemple, HaLow utilise l'heure de réveil cible pour réduire la quantité d'énergie dont un appareil a besoin pour rester connecté au réseau. Pour ce faire, les appareils se réveillent pendant de très courtes périodes à des intervalles définis, par exemple pendant des millisecondes toutes les 15 secondes, pour accepter les messages. Ce concept est similaire au fonctionnement d'eDRX pour aider le LTE-M à économiser de l'énergie.

Qui pourrait utiliser HaLow :

• Entreprises utilisant une technologie de niveau capteur qui doit être compatible Wi-Fi.

Avantages :

• Il pénètre à travers les murs et les obstacles mieux que les réseaux haute fréquence comme 802.11ad, dont nous parlerons ci-dessous.
• C'est idéal pour les données courtes et en rafales qui ne consomme pas beaucoup d'énergie et doit parcourir de longues distances - pensez aux applications de bâtiment intelligent, comme l'éclairage intelligent, le CVC intelligent et les systèmes de sécurité intelligents. Cela fonctionnerait également pour les applications de ville intelligente, comme les parkings et les parcmètres.

Chutes :

• Il n'y a pas de norme mondiale pour 900 MHz. À l'heure actuelle, 80 % du monde utilise le Wi-Fi 2,4 GHz, ce qui signifie que vous pouvez vous connecter sur ces bandes standard mondiales partout dans le monde. Mais comme il n'y a pas de norme mondiale pour 900 MHz, HaLow est très centré sur les États-Unis.
• AH est disponible, mais n'est pas utilisé . HaLow est sorti en 2016, mais il n'y a actuellement aucun produit sur le marché qui utilise cette norme. Cela peut être dû en partie à l'absence d'une norme mondiale, mais c'est probablement aussi dû au fait qu'il existe des technologies concurrentes sur le marché qui répondent mieux aux besoins de l'IoT. Par exemple, Symphony Link a un débit de données encore plus faible, ce qui augmente le budget de liaison. Cela signifie que vous obtiendrez une meilleure pénétration que vous ne le pourriez théoriquement avec 802.11ah. Symphony Link et des technologies similaires n'ont pas non plus à peu près le même surcoût IP. HaLow doit prendre en charge le trafic IP, mais Symphony peut traiter le trafic TCP/IP par voie hertzienne.

802.11af (AF)—2014

Le 802.11af utilise des fréquences du spectre de télévision inutilisées (c'est-à-dire des « espaces blancs ») en UHF et VHF pour transmettre des informations. Pour cette raison, il a gagné le surnom de "White-Fi". Étant donné que ces fréquences sont comprises entre 54 MHz et 790 MHz, l'AF peut être utilisé pour une large plage de faible puissance, comme HaLow.

Le 802.11af est sorti en 2014, mais n'a jamais vraiment décollé pour plusieurs raisons. Premièrement, il existe de nombreuses complexités autour de la géolocalisation. Par exemple, si vous vous trouvez en Californie, vous pouvez être autorisé à utiliser une certaine chaîne UHF parce qu'elle est disponible dans votre région, mais si vous voyagez à Washington et essayez d'utiliser la même chaîne, un diffuseur peut déjà posséder la licence. De plus, les frontaux radio doivent être spécifiquement conçus et filtrés pour fonctionner sur des centaines de MHz de spectre UHF. Cela signifie que vous ne pourrez jamais acheter d'équipement pouvant accéder à tous ces canaux sans payer des centaines ou des milliers de dollars.

Qui pourrait l'utiliser :

• Les organisations qui ont besoin de réseaux sans fil à très longue portée.

Avantages :

• Parce que AF peut utiliser plusieurs chaînes de télévision inutilisées à la fois, il fonctionne bien pour les appareils à très longue portée —potentiellement jusqu'à plusieurs kilomètres—avec des débits de données élevés.

Chutes :

• Nécessite un matériel coûteux et spécifique à la bande.
• Les chaînes "espaces blancs" ne sont pas disponibles partout, en particulier dans les grandes villes.
• Comme HaLow, 802.11af n'est pas une norme mondiale — c'est spécifique aux États-Unis/au Canada. Et comme la certification du spectre est un processus pays par pays, les fabricants d'appareils ne sont pas susceptibles d'ajouter l'AF dans leur appareil, sauf s'ils y sont obligés.

802.11ad (AD)—2012

802.11ad ne pourrait pas être plus différent de AH. Alors que AH est une option potentielle de réseau étendu à faible consommation (LPWAN), AD est le Wi-Fi 60 GHz idéal pour très débit de données élevé, très communications à courte portée. En fait, AD est censé être un remplacement de fibre optique qui peut atteindre des vitesses 50 fois plus rapides que 802.11n.

AD n'a pas décollé simplement parce qu'il a un marché si étroit. Peu de gens ont besoin de vitesses multi-gigabits dans de très petits réseaux sauf ceux qui ont besoin de diffuser sans fil des vidéos brutes.

Qui pourrait l'utiliser :

• Les organisations au niveau de l'entreprise qui ont besoin d'une bande passante étendue avec des appareils à très courte portée, comme le streaming vidéo brut sans fil.

Avantages :

• Bon pour les transferts de fichiers et la communication à haut débit. À 8 Gbit/s, AD est 50 fois plus rapide que 802.11n (qui était considéré comme le protocole le plus rapide à ce jour lors de son introduction en 2007). En fait, ce protocole est si rapide que, selon cet article de Fast Company, AD a le potentiel de « activer une toute nouvelle classe d'appareils », comme « des disques durs sans fil aussi rapides que ceux connectés localement ».

Chutes :

• Les puces sont très chères à fabriquer , ce qui rend cette configuration coûteuse.
• AD fournit une portée très courte . Quand tu as un vraiment haute fréquence comme 60 GHz, les communications à courte portée sont idéales. Ce n'est pas un problème si vous avez le routeur juste à côté de vous. Mais si vous traversez des murs, vous aurez besoin de routeurs supplémentaires.
• AD n'est pas une norme internationale reconnue .

• Le type de vitesse offert par 802.11ad est très peu nécessaire. Pour la plupart, les vidéos hautement compressées envoyées via un réseau Wi-Fi normal (c'est-à-dire comme Apple Video et Chromecast) sont suffisantes pour la majorité des consommateurs.

Amendements 802.11 supplémentaires passés et actuels

Graphique avec l'aimable autorisation de Microwaves &RF

802.11a (1990) : Le « WiFi A » - également connu sous le nom de forme d'onde OFDM (Orthogonal, Frequency Division Multiplexing) - était le premier amendement, intervenant deux ans après l'achèvement de la norme. Cet amendement définissait 5 extensions de bande gigahertz, ce qui rendait le WiFi A plus flexible (puisque l'espace 2,4 GHz était encombré de téléphones domestiques sans fil, de moniteurs pour bébé, de micro-ondes, etc.).

802.11b (2000) : En tant que l'un des premiers protocoles largement utilisés, « WiFi B » avait une portée et un taux de transfert améliorés par rapport à 802.11a, mais il est très lent par rapport aux normes actuelles (jusqu'à 11 mbit/s). Extensions de bande de 2,4 GHz définies par 802.11b. Ce protocole est toujours pris en charge (80% du WiFi fonctionne à 2,4 GHz), mais la technologie n'est plus fabriquée car elle a été remplacée par des options plus rapides.

802.11g (2003) : "WiFi G" est arrivé sur le marché trois ans après B, offrant environ cinq fois le taux de transfert, à 54 Mbps. Il a défini des extensions de bande de 2,4 GHz à un débit de données plus élevé. Son principal avantage était une plus grande vitesse, ce qui était important pour les consommateurs. Aujourd'hui, cependant, ces vitesses ne sont pas assez rapides pour suivre le nombre moyen d'appareils compatibles Wi-Fi dans un foyer ou une forte consommation sans fil d'un certain nombre d'appareils.

802.11n (2007) : "WiFi N" a offert une autre amélioration drastique de la vitesse de transfert - 300-450 mbps, selon le nombre d'antennes - et de la portée. Ce fut le premier protocole principal qui fonctionnait à la fois sur 2,4 GHz et 5 GHz. Ces taux de transfert ont permis de transmettre de grandes quantités de données plus rapidement que jamais.

802.11ac (2013) : En 2013, le « WiFi AC » a été introduit. AC était la première étape de ce qui est considéré comme le « Gigabit WiFi », ce qui signifie qu'il offre des vitesses de près de 1 Gbit/s, ce qui équivaut à 8 000 mbit/s. C'est environ 20 fois plus puissant que le 802.11n, ce qui en fait un protocole important et largement utilisé. Le courant alternatif fonctionne sur une bande de 5 GHz, ce qui est remarquable, car il est moins largement utilisé, vous aurez un avantage en termes de vitesse, bien que la fréquence plus élevée et le taux de modulation plus élevé signifient que la plage est plus limitée. En 2016, des modifications ont été apportées à AC pour améliorer ses performances.

Où voyez-vous le Wi-Fi ?

Il y a deux ans, nous pensions que HaLow, AD et AF étaient la preuve évidente que le WiFi avait subi une transformation spectaculaire, mais nous nous attendions également à ce que les trois protocoles soient largement utilisés après leur sortie. Il s'avère que leur adoption est de faible à inexistante. L'IEEE examine toujours régulièrement les modifications apportées au protocole 802.11, nous sommes donc intéressés de voir ce qui se passera au cours des prochaines années !