IEEE802.11ah技术应用研究

唐振中 郑思 熊正东

摘   要：为了更好地应用物联网，人们制定了相应的物联网标准—IEEE802.1lah。文章从IEEE802.1lah的技术特点及优势出发，分析了该标准采用的技术手段，并研究了其实际应用，以求对IEEE802.1lah技术有更深入的了解，对日后的技術积累可起到一定的参考作用。

关键词：IEEE802.1lah;关键技术;应用

互联网技术发展到今天，已经不单单是为了解决计算机与计算机之间的联网问题了，更关系到设备与设备（Machine to Machine，M2M）之间的互联问题，设备与设备之间的互联便为物联网技术。统计数据显示，截至2018年，互联网连接的智能终端数量达百亿，年增长率仍在不断上升，为了适应物联网的迅猛发展制定了IEEE802.11ah[1]。IEEE802.11ah运行在低频段上，一般频段在低于1 GHz的范围内，是一种新WLAN标准系统，它的应用将能够在很大程度上提高物联网运行效率。该标准由高通公司主导、多家互联网企业参与制定，是实现远距离物联网的重要技术手段。IEEE802.11ah能够对单个网络节点数量进行扩展，达到节能降耗的目的。

1    IEEE802.11ah 技术及其优势

在物联网领域，最常听到的通信技术有两种：（1）平常说的蓝牙无线传输技术属于无线传感器网络，其他还有Zigbee，IEEE802.15.4等专线，这种通信技术能够将一定区间范围内的传感器进行连接。（2）常规的移动蜂窝网络，如现应用最广泛的WiFi技术，能够实现将分散节点或孤立节点间进行连接。随着物联网应用环境不断复杂化，以往的通信手段已很难满足社会的需求。IEEE802.11ah标准的制定就是为了解决日益复杂、多元的物联网应用的，它较以上所说的两种通信技术有很大的优势，具体表现为：与无线传感器网络技术对比来说，由于IEEE802.11ah技术实现的频段较低，通行距离较无线传感器网络的ZigBee与蓝牙技术长，发射功率调整范围更宽，网络节点数目更多[1]，电池使用时间比蓝牙更久;而与常规的移动蜂窝网络对比可发现，对于WiFi技术不能实现的远距离数据传输，IEEE802.11ah能够实现，而且还能够实现低成本、低功耗传输。传输贯穿性优于现行的所有通信技术，不受室内外应用条件的限制。

2    IEEE802.11ah的关键技术

2.1  PHY层关键技术

（1）PHY层采取的传输频段与其他协议不同，图1为不同IEEE802.11协议的频带划分示意。从图1可以看出，IEEE802.11ah的900 MHz频段与其他IEEE802.11家族协议的频段完全不同。

（2）国家差异对应所采用的信道分配不同，例如，欧洲信道为863～868 MHz，而日本为916.5～927.5 MHz。图2为不同国家IEEE802.11ah的许可频段。

（3）IEEE802.11ah的PHY层是在IEEE802.11ac PHY层的基础降低到1/10，并增加1 MHz带宽形成的。

IEEE802.11ah所使用传输模式在PHY层设计为≥2 MHz传输模式与1 MHz传输模式两种。表1是带宽为2 MHz，NSS==1时不同调制方式的传输速率。NSS为空间流的数目，这里设为1;NSD为数据传输中使用的子载波数目;NDBPS为每个符号的数据位数;GI是OFDM符号保护间隔[2]。在8 MHz带宽下，NSS==1情况下，IEEE802.11ah的传输码率最高可以达到43 333.3 bps。

为了延长传输的距离，设计了1 MHz传输模式。1 MHz模式下同步头长度是2 MHz模式下的两倍，并且在远距离传输中1MHz的传输模式能够将数据重复率提高两倍，从而将其传输可靠性提高，实现远距离通信的目的。

2.2  MAC层关键技术

与 PHY层采用的技术相比，在基于IEEE802.11ac上IEEE802.11ah MAC层变化不大，为了使节点数增多，节能降耗，仅增加了新的帧结构及增强特性，以求达到提高媒体访问效率、扩展吞吐量的目的。IEEE802.11ah对交通指示图（Traffic Indication Map，TIM）节点、非TIM节点及未规划（unscheduled）节点3种不同类型的节点进行了定义。节点的类型不同，接入信道过程中的程序和时间周期也有差异。所谓的TIM节点是指只有在需要聆听AP信标时，数据才会进行收发。非TIM节点在发射数据过程中不受其他因素的影响，而且发射数据具有一定的周期性，与TIM节点相比，其消耗的能量较低。为了方便管理信道资源，建议非TIM节点应用于高容量数据场合。未规划节点在发射数据过程中同样不受其他因素的影响，这个程序是指节点可能会随时入网。

3    实际应用

IEEE802.11ah在智能终端设备中应用广泛，例如智能手环、无线耳机等。随着技术的发展，这项技术在智能家居、智慧城市和工业自动化中的应用受到广泛认可，在水电气的智能计量及智能监控系统中也得到应用。使用IEEE802.11ah技术控制整个房间内的各类传感器，从而实现对室内温度、灯光、电视等的控制，实现智能终端设备的“智能化”。

4    结语

本文在介绍总结IEEE802.11ah技术及其优势的基础上，分析了其关键技术，并列出了IEEE802.1lah在实际生活中应用，通过对IEEE802.11ah技术应用的研究，对IEEE802.1lah技术有了更深入的了解，为以后将IEEE802.11ah技术更好地用在物联网方面提供了一定的参考。

[参考文献]

[1]王智彪，冉鹏，陈巧.物联网技术在医疗服务领域的应用与发展现状[J].物联网学报，2018（3）：30-31.

[2]邬贺铨.广域低功耗接入技术开拓物联网应用前景[J].信息通信技术，2017（1）：20-22.

Research on IEEE802.11ah technology application

Tang Zhenzhong， Zheng Si， Xiong Zhengdong

（Chip R&D Center of Zhuhai Taixin Semiconductor Co.， Ltd.， Zhuhai 519000， China）

Abstract：For the better application of the Internet of Things， people have formulated the corresponding standard： IEEE802.1lah. Starting from the technical characteristics and advantages of IEEE802.1lah， this paper analyses the technical means adopted by the standard and studies its practical application. Through the research， hope to have a deeper understanding of the technology of IEEE802.1lah， which will play a certain reference value for future technology accumulation.

Key words：IEEE802.1lah; key technologies; applications