【YD通讯标准】 面向物联网应用的无线局域网总体技术要求

ICS35.110
中国通信标准化协会标准
YDB186—2017
面向物联网应用的无线局域网总体技术要求
General technical requirements for IoT application-oriented wireless LAN2017-01-19印发
中国通信标准化协会
1范围
规范性引用文件
术语及定义
缩略语
系统架构，
基本功能要求
信道接入
节能机制。
6.4中继传输，
6.5扇区化
7认证关联
7.1集中式认证控制
7.2分布式认证控制
8功耗管理
9安全要求
附录A（资料性附录）
应用场景。
YDB1862017
YDB1862017
本标准是面向物联网应用的无线局域网技术系列标准之一，该系列标准的名称预计如下：面向物联网应用的无线局域网总体技术要求一面向物联网应用的无线局域网空中接口技术要求：一面向物联网应用的无线局域网组网技术要求；本标准按照GB/T1.1-2009给出的规则起草。为适应信息通信业发展对通信标准文件的需要，由中国通信标准化协议组织制定“中国通信标准化协会标准”，推荐有关方面参考采用。有关对本标准的建议和意见，向中国通信标准化协议反映。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任本标准由中国通信标准化协议提出并归口。本标准起草单位：中国信息通信研究院、中国电信集团公司、中兴通讯股份有限公司、西安电子科技大学、中国科学院微电子研究所、清华大学。本标准主要起草人：杜加懂、罗振东、杨萌、孙向辉、孙波、吕开颖、张力、侯蓉晖、李传印、吴斌、李云。
HiiKAoNiKAca
1范围
面向物联网应用的无线局域网总体技术要求YDB1862017
本标准规定了面向物联网应用的无线局域网的应用场景、技术体系架构和主要功能/性能要求等方面的总体技术要求。
本标准适用于面向物联网应用的无线局域网技术。2规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。IEEE 802.11-2012 (IEEE Standard for Information technology--Telecommunications andinformation exchange between systems Local and metropolitan area networks--Specificrequirements Part ll: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY)Specifications)
IEEEP802.1lahrm/D2.o (Draft Standard for Information technology--Telecommunications andinformation exchange between systems Local and metropolitan area networks--Specificrequirements Part ll: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY)Specifications)
3术语及定义
下列术语和定义适用于本文件。3.1
接入点
access point
为站点提供接入服务的设备，包括根接入点和中继点。3.2
non-AP station
普通站点
被提供接入服务，且不具备中继功能的设备。3.3
relayfunction
中继功能
从普通站点（根接入点）接收数据并将其转发至根接入点（普通站点）的功能，由中继接入点和中继站点共同参与完成。
HiiKAoNiKAca
中继节点 relay node
运营商部署的专门用来执行中继功能的设备。3.5
中继功能站点relayfunction station需要被提供接入服务，且具有中继功能的设备。3.6
站点station
普通站点和未开启中继功能的中继功能站点的统称。3.7
中继点relaypoint
开启中继功能的中继节点和中继功能站点。3.8
根接入点rootAP
为中继点和站点提供接入服务的接入点。3.9
中继接入点relayAP
中继点中为站点提供接入服务的功能实体。3.10
中继站点relay station
中继点中接入根接入点的功能实体。4缩略语
下列缩略语适用于本文件。
接入点
关联标识
基础服务集
计数器模式及密码区块链信息
认证码协议
分布式协调功能
分布式系统
发送业务指示图
增强分布式信道接入
能源受限
扩展服务集
伽罗瓦计数器模式协议
Access Point
Association Identifier
basic service set
Bandwidth
CTRwithCBC-MACProtocol
YDB1862017
distributed coordination functiondistribution system
delivery traffic indication mapenhanced distributed channel accessEnergy Limited
extended service set
Galois Counter ModeProtocol
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NDP_1M
NDP_2M
S1G_1M
5系统架构
组标识
独立基础服务集
低密度奇偶校验码
多用户
网络分配失量
采用S1G_1M格式的NDPMAC帧
采用S1GSHORT格式的NDPMAC
周期RAW
交叠基础服务集
服务质量
点协调式功能
物理层聚合过程
PLCP服务数据单元
PLCP协议数据单元
限制接入窗
响应指示延迟
鲁棒性安全网络关联
1GHz以下
1MHz格式
快速帧
短标识
短帧间间隔
信号域
子信道选择传输
服务集标识
短TWT确认
短训练域
TWT确认顿
目标信标帧发送时间
业务标识
业务指示图
即时密钥完整性协议
目标短信标帧发送时间
时间同步功能
目标醒来时间
传输机会
groupID
Independent basic service setIdentifier
Low Density Parity Check CodeMulti-user
network allocation vector
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NDP MAC frame that is transmitted usingtheS1G_1M format
NDP MAC framethat is transmitted usingthe SIG SHORTformat
periodic restricted access windowOverlapping Basic Service SetQuality Of Service
point coordination function
physical layer convergence procedurePower Save
PLCP service data unit
PLCP protocol data unit
restricted access window
response indication deferralrobust security network associationsub 1 GHz
1MHzformat
speed frame
Short identifier
Short interframe space
SIGNAL
subchannel selective transmissionservice set identifier
short TwT acknowledgement
Station
Short Training field
TWT acknowledgement
Target beacon transmission timetraffic identifier
traffic indication map
temporal key integrity protocoltarget short beacon transmission timetiming synchronization functiontarget wake time
transmission opportunity
HiiKAoNiKAca
图1系统架构
YDB1862017
如图1所示，面向物联网应用的无线局域网系统的基本组成部分为一个基本服务集（BSS）。BSS是由在一个特定范围之内，且能够进行关联的站点组成。关联的最基本形式是两个站点在一个网络中相互直接通信，这样的自组网络被称为一个独立的BSS，即IBSS。为了将独立存在的BSS进行扩展，将采用分布系统（DS）通过AP将多个基本BSS进行互连，通过DS相互连接的BSS能够组成一个扩展服务集（ESS），ESS是由多个具有相同SSID的基本BSSs互连构成的。基本功能要求
6.1概述
面向物联网应用的无线局域网系统采用1GHz以下工作频段，AP与STA需支持以下功能特征。主要物理层功能特征：
支持1MHz和2MHz的信道带宽：
支持S1G_1M，S1G_SHORTPPDU：
在信道带宽>=4MHz时，支持S1G_LONGPPDU；支持S1GLONG前导中SIG-A域的检测和解码：支持单个空间流MCSO-2和MCS10（只适用于1MHzPPDU）；对于1GHz以下AP，支持单个空间流MCS3－7；支持二进制卷积码：
支持普通的保护间隔：
支持固定导频：
支持2、3、4个空间流（可选）：支持2MHz信道带宽的PPDUS1G_LONG前导（可选）：通过发送S1GNDP顿，支持波束赋形探测（可选）：支持压缩的波束赋形反馈（可选）；支持STBC和LDPC编码（可选）：支持S1GMUPPDUs（可选）
支持4MHz，8MHz和16MHz信道带宽（可选）：支持MCSs8到MCSs9（可选）：
HiiKAoiKAca
支持短保护间隔（可选）：
支持移动导频（可选）。
主要MAC层功能特征：
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支持NDPACK帧、NDPBA帧、NDPCTS帧：AP支持接收NDP探测请求顿：支持其他NDPCMAC顿（可选）：
支持PV1MPDUs的接收，PV1MPDUs的发送为可选；支持瞬时虚拟载波侦听-RID
支持AP对TIM元素的分层结构；
支持可扩展的BSS最大空闲间隔和侦听间隔：支持RAW（可选）：
支持中继传输（可选）：
支持Non-APSTAs和多播AID的分组（可选）：支持TWT（可选）；
支持BDT（可选）；
支持扇区化（可选）：
支持Non-TIMSTA操作（可选）：支持不对称的BlockACK和BlockACK碎片操作（可选）：支持用于AP的分页片断和动态AID分配（可选）：支持认证控制（可选）：
支持SST（可选）：
支持STA休眠/苏醒循环的重置（可选）：支持传感器类型的STA、非传感器类型的STA和省电操作的STA（可选）；支持ELSTA（可选）。
6.2信道接入
6.2.1无线局域网信道接入操作
支持无线局域网基本的分布式协调功能接入（DCF）和增强分布式信道接入（EDCA）。6.2.2目标唤醒时间操作
支持目标唤醒时间操作，允许AP向每一个接入的STA设置一个特定时间或者时间装置（即TWT值）然后进行媒体接入。AP会在特定的帧中向参与接入的STA提供一个TWT值，TWT值是周期性和非周期性的，周期性TWT值用来避免STA在每次苏醒时都发送一次TWT值，缩短苏醒时间。STA和AP之间交换的信息为一个期望活动的可持续时间，使AP对STAs之间的竞争和重复进行控制，AP可以通过多种保护机制来保障期望活动的可持续时间，AP可以通过与STA协商确定TWT值。6.2.3限制接入窗口操作（RAW）STA支持在一个BSS内进行分组，并允许在一个受限的接入窗口内分配不同的信道进行接入，该受限接入窗口可以避免大量站点同时竞争以及隐藏终端过多的出现，可以使AP为一组STA调度一段时间，在这段时间内只允许该组STA接入，其他STA都不允许使用这段时间进行信道接入。再根据STA的信息将每个接入划分为若干个时隙，每个时隙允许一个或多个STA进行接入。6.2.4虚拟载波侦听（NAV和RID）5
HiiKANiKAca
支持网络分配向量与响应指示延迟联合的虚拟载波侦听机制。6.2.5双向TXOP操作
YDB1862017
支持AP和Non-APSTA在TXOP中进行上下行PPDUs的顿交换，该操作使上行和下行的信道接入在一个连续的顿交换中完成。
6.3节能机制
6.3.1业务指示图（TIM）
支持业务指示图操作。在STAs通过电池供电的应用场景下，STAs通常在不进行收发操作时会进入省电模式，对于该省电模式下的STAs，AP通过发送业务指示图信息来通知其是否有缓存数据待发。6.3.2 Non-TIM
支持Non-TIM操作，使STAs进一步提高省电能力。Non-APSTAs能够表明其支持Non-TIM工作模式，若AP也表明其支持Non-TIM工作模式，则该Non-APSTAs的Non-TIM工作模式被激活。处于Non-TIM激活状态的STA不需要一直监听信标帧中的业务指示信息。6.3.3快速同步
在上行传输中进行快速顿同步，将STA从睡眠到苏醒后的同步时间缩小到最短。6.3.4传感器BSS接入机制
支持不同类型的传感器接入。当AP指示该AP只支持传感器类型的STA时，AP通过beacon顿或（短）探测响应顿来传输STA支持的类型子域值，指示只有传感器类型的STAs被允许与AP进行关联或其他操作当AP指示该AP只支持非传感器类型的STA时，AP通过beacon帧或（短）探测响应帧来传输STA支持的类型子域值，指示只有非传感器类型的STAs被允许与AP进行关联或其他操作；当AP指示该AP同时支持传感器和非传感器类型的STA时，AP同样通过beacon顿或（短）探测响应帧来传输STA支持的类型子域值，指示传感器和非传感器类型的STAs都被充许与AP进行关联或其他操作。6.3.5功耗限制STAs（EL）
支持1GHz以下频段的功耗限制STAs进行接入，这些STA只需要较低能量进行供电，并且其发送和接收时间被限定在一定的时间范围内，ELSTA会在与其他1GHz以下AP或STA进行通信前表明这些限制。6.4中继传输
支持能够扩展AP覆盖范围的中继机制，中继是由中继AP和中继STA组成的功能实体。中继AP是一个具有中继功能的AP，且存在于中继实体中。每个中继AP都能够支持4地址寻址方式的MAC顿头结构，并且在其信标帧、（重）关联响应帧和探测响应帧中都会包含中继元素。中继STA是一个具有中继功能的Non-APSTA，且存在于中继实体中。中继STA能够成功的与源AP进行关联和认证，并且通过（重）关联请求发送中继元素，通过（重）关联响应接收中继元素。中继实体可以将来自其中继AP相关联的STAs的顿转发给其中继STA所关联的AP：中继实体也可以将来自其中继STA所关联的AP的帧转发给与其中继AP相关联的STAs。一个与中继STAs相关联的非中继AP被称为源AP，源AP的信标帧、探测响应帧和（重）关联响应帧内的中继信息元素的控制字段值会被设置为0。AP与同其关联的中继STAs之间相互传输的顺采用四地址的格式或者A-MSDU格式。
HiiKAoNiKAca
Non-AP
中继1
中继STA1
中继AP1
Non-AP
Non-AP
中继2
中继STA2
中继AP2
Non-AP
图2两跳中继
Non-AP
YDB1862017
图2为两跳的中继框架图，其中中继1和中继2的中继STAs与源AP相关联，Non-APSTA1和Non-APSTA2与中继1的中继AP1相关联，Non-APSTA3和Non-APSTA4与中继2的中继AP2相关联，Non-APSTA5与源AF相关联。
6.5扇区化
支持扇区化划分，将BSS的覆盖范围划分成扇形区域，每个区域都包含一个工作站的子集。划分后的区域主要靠AP穿过天线集或合成天线波束集，来覆盖BSS的不同小区，从而实现发送或接收。所有与BSS相关的AP将被至少一个小区所覆盖，AP允许从一个小区移动至另一个小区。整个BSS被AP的全向波束或全向天线所覆盖。扇区化适用于室外远距离组网，同时包含大数量终端和OBSS的情况。支持扇区化分组和基于TXOP的扇区化两种操作。7认证关联
支持集中式和分布式认证控制，当大规模STA同时向AP发起认证/关联时，AP和STA可以使用认证控制元素来减少竞争。
7.1集中式认证控制
集中式认证控制是AP通过信标和探测响应来控制一段时间，来控制部分STA不得向AP发送认证请求。在集中式认证控制中，AP在所有发送的信标帧和探测响应帧的认证控制元素中将控制域设置为0，从而限制可以向其发送认证请求的STA的数量，在每个AP发送的信标帧和探测响应帧中，认证控制门限的值都可以不同。AP可以将单播的探测响应帧的认证控制元素的控制域设置为0，延迟域设置为1，认证控制门限设置为一个延迟信道接入的时间。延迟接入时间从收到该元素开始，收到该探测响应顿的STA不得向AP发送认证请求帧。
7.2分布式认证控制bzxZ.net
分布式认证控制是STA根据认证控制参数确定是否发起认证。在分布式认证控制中，AP将S1G能力元素的S1G能力信息域中的分布认证控制域设置为1，当STA收到分布认证控制域为1的S1G能力元素时，会按照相关流程进行操作。AP可以通过控制域为1的认证控制元素发送分布认证控制参数不同于默认值的认证控制参数，收到新的认证控制参数，STA更新自已本地存储的认证控制参数，根据认证控制参数来确定何时被允许发送认证请求帧进行媒体接入。功耗管理
YDB1862017
支持Non-APSTA的功耗管理、AP的TIM传输、不同的TIM类型、竞争周期下的AP操作和省电模式下STA的接收操作等功耗管理功能。当一个STA与AP进行关联和更改功耗管理模式时，将会告知AP其真实使用的功耗管理比特，该比特存在于顿控制域中。STA在通过顿交换通知AP其新的功耗管理模式之前会一直保持已有的功耗管理模式，该帧交换包括STA收到AP的确认之后。安全要求
支持RSNA数据保密机制和完整性协议，包括：TKIP、CCMP和GCMP。其中TKIP为暂时性密码完整协议，使用对称加密算法WEP：CCMP为强制实施的计数器模式及密码区块链信息认证码协议，基于AES加密算法；GCMP也是基于AES的计数器模式协议。对于CCMP协议，其密码长度为128比特和256比特，CCMP-128的处理机制是将MPDU格式扩充了16个字节，其中8个字节为CCMP头，8个字节为MIC域。CCMP-256的处理机制是将MPDU格式扩充了24个字节，其中8个字节为CCMP头，16个字节为MIC域。8
A.1智能家居
安防摄像头
心率传感器
跑步机
互联网
附录A
（资料性附录）
应用场景
智能家居云平台
温度传感器
烟雾传感器
三顿AP
智能手机
智能门锁
安防摄像头
平板电脑
喷雾控制器
湿度传感器
图A.1智能家居应用场景
YDB1862017
智能家居应用场景主要是在家庭中部署大量的传感器、控制器设备，然后这些设备都接入至互联网中，用户可以通过智能家居平台界面，对家庭中部署的传感器，控制器等终端进行信息浏览、远程控制和配置等，例如在图A.1中，绿色表示众多的智能家居终端，都可以接入至互联网上的云平台，进行远程操作和管理。
基于无线局域网技术的智能家居典型的应用场景如下：空调、电饭锅、洗衣机等家电内置无线局域网模块，并与家中AP建立无线局域网连接，通过a
家庭宽带最终连接至互联网上的智能家居云平台；用户不在家时，可以通过手机客户端，实时查看家中这些家电的状态，并可远程对电器进行开关操作，例如在回家前打开空调，并设置温度：
针对一些家庭用的健康设备，例如体重秤、跑步机等，用户在使用这些设备时，打开设备，这b)
些设备将监测结果自动上报至云平台进行保存和处理。目前家庭中的AP（或称无线路由器）支持802.11g/n/ac，主要用于电脑、手机终端等上网等数据接入，对该技术的主要需求为速率（或称带宽），用户主要通过无线局域网进行宽带接入。但是对于智能家居物联网应用，用户在家中不同地点部署传感器、控制器等终端，需要这些设备的无线接入技术具备以下特性：
传输距离长、穿透性好。在一些家庭中，终端与AP之间通常有多个混凝土墙的阻挡；多个设备接入。未来家庭中会有多个设备接入，因此需要AP支持多个设备接入；延时及传输保证。对于一些家庭安防、控制设备，需要较高的传输可靠性及时延要求：9
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