Низкочастотный Wi-Fi для Интернета вещей

В последние годы технологии Интернета вещей стремительно развиваются, и вместе с ними растут требования к применяемым ими технологиям беспроводной связи: тысячи «умных» устройств — от заводских датчиков до городских сенсоров — должны обмениваться данными как на близкие, так и на дальние расстояния быстро, надежно и энергоэффективно. Для решения этих задач в 2016 году был представлен новый стандарт Wi-Fi – IEEE 802.11ah, названный Wi-Fi HaLow. Для адаптации под требования приложений Интернета вещей Wi-Fi HaLow работает в субгигагерцовом диапазоне частот (~900 МГц), что позволяет увеличить радиус распространения до нескольких километров, поддерживает одновременное подключение более восьми тысяч устройств и предлагает новые механизмы для быстрой, надежной и энергоэффективной передачи данных.

Коллектив Лаборатории беспроводных сетей активно исследует ключевые механизмы Wi-Fi HaLow — окно ограниченного доступа (от англ.: Restricted Access Window, RAW), пробуждение по расписанию (от англ.: Target Wake Time, TWT) и механизмы быстрого присоединения (от англ.: Distributed Authentication Control, DAC и Centralized Authentication Control, CAC). С помощью механизма RAW сенсоры могут передавать данные внутри специально выделенных интервалов времени, недоступных для передач остальных устройств. Такое обособление помогает сенсорам передавать данные быстрее и надежнее. С помощью механизма TWT вне этих интервалов сенсоры могут переходить в «спящий режим» для экономии энергии. Оптимизация расписаний таких интервалов, их длительности, а также распределение сенсоров по группам является нетривиальной задачей. Сотрудники Лаборатории решили ее с помощью методов математического моделирования и нашли параметры механизмов RAW и TWT, обеспечивающие наилучшие показатели метрик – например, средней задержки, энергопотребления или их квантилей – при заданном ограничении на долю занятого канального времени. Полученные результаты могут использоваться производителями как практические рекомендации по развертыванию сетей Wi-Fi HaLow и настройке механизмов TWT и RAW.

Отдельно остановимся на проблеме присоединения к сети. Несмотря на то, что в сетях Интернета вещей часто присутствует большое количество устройств, точка доступа может управлять передачами данных в сети при помощи эффективного расписания, распределяя передачи при помощи механизмов TWT и RAW. Проблема возникает в случае, если, например, точка доступа перезагрузится, и все устройства одновременно должны будут начать подключение к сети. В такой ситуации точка доступа еще ничего не знает о станциях, поэтому не может составить явное расписание для их передач. Для решения этой проблемы в стандарте Wi-Fi HaLow представлены механизмы CAC и DAC, однако стандарт не регламентирует, как использовать данные механизмы, какие выбирать параметры в зависимости от сценария. Для решения данной проблемы сотрудники Лаборатории исследовали данные механизмы, сценарии их применимости, а для механизма CAC также разработали адаптивный алгоритм управления процессом присоединения, способный эффективно обслуживать любое количество присоединяющихся устройств.

Отметим, что решения, разработанные на основе методов математического моделирования, перед реализацией в пользовательских устройствах требуют проверки на реальном оборудовании. В настоящее время сотрудники Лаборатории занимаются практической реализацией и оптимизацией механизма RAW на реальных устройствах, а также работают над синтезом полученных теоретических и практических знаний.

Список актуальных публикаций:


      2025
    1. Evgeny Khorov, Aleksei Kureev, Kirill Glinsky, Ilya Ivanov. Software-Based Restricted Access Window for Wi-Fi HaLow Devices. // 2025 IEEE 36th Annual International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications (PIMRC). – Istanbul, Turkey: IEEE, 2025. doi: 10.1109/PIMRC62392.2025.11275191.
    2. Evgeny Khorov, Andrey Lyakhov, Maria Shlapak. How to achieve the best Quality of Service using Periodic Restricted Access Window under correlated event detection. // Computer Networks. – 2025. – С. 111667 doi: 10.1016/j.comnet.2025.111667.

      3. 2024
    3. Ruslan Yusupov, Andrey Lyakhov, Maria Shlapak. Performance Study of the PRAW Mechanism with Slots of Arbitrary Duration in Wi-Fi HaLow Networks. //Journal of Communications Technology and Electronics. – 2024. – С. 1-12. https://doi.org/10.1134/S1064226924700049.
    4. Evgeny Khorov, Ruslan Yusupov, Andrey Lyakhov, Elizaveta Zazhigina. Analytical study of Restricted Access Window with short slots for fast and reliable data delivery from energy-harvesting sensors. // Computer Networks, 2024, V. 250, p. 110573. https://doi.org/10.1016/j.comnet.2024.110573.

      5. 2018
    5. Dmitry Bankov, Evgeny Khorov, Ekaterina Stepanova , Andrey Lyakhov. Clock Drift Impact on Target Wake Time in IEEE 802.11ax/ah Networks. In Proc. of IEEE En&T 2018, Moscow, Russia, 2018.
    6. Dmitry Bankov, Evgeny Khorov, Ekaterina Stepanova , Andrey Lyakhov, Le Tian, Jeroen Famaey. What Is the Fastest Way to Connect Stations to a Wi-Fi HaLow Network?. Sensors 2018, 18, 2744.

      7. 2017
    7. Dmitry Bankov, Evgeny Khorov, Ekaterina Stepanova , Andrey Lyakhov. Fast Centralized Authentication in Wi-Fi HaLow Networks. In Proc. of IEEE International Conference on Communications, pp 2979–2984, Paris, France, 2017.