أهم شيء في Wi-Fi 6. لا، على محمل الجد

يا.

إذا كنت تصدق نظرية أينشتاين في البساطة، فإن المؤشر الرئيسي لفهم موضوع ما هو القدرة على شرحه بأكبر قدر ممكن من البساطة، ففي هذا المنشور سأحاول أن أشرح بأكبر قدر ممكن من البساطة والشمول تأثير تفصيل واحد فقط من الجديد المعيار، والذي لسبب ما يعتبره تحالف Wi-Fi غير جدير بالذكر في الرسم البياني حول الميزات الجديدة لـ Wi-Fi 6، على الرغم من أنه، كما سنرى معًا قريبًا، مهم جدًا وجدير بالملاحظة. ليس كل شيء هنا عميقًا بدرجة كافية وبالتأكيد ليس شاملاً (لأن مثل هذا الفيل يصعب تناوله حتى في أجزاء)، لكنني آمل أن نتعلم جميعًا شيئًا جديدًا ومثيرًا للاهتمام لأنفسنا من تماريني اللفظية.

نفس 802.11ax، الذي كنا ننتظره كل يوم للسنة الثانية على الأقل، يحمل معه الكثير من الأشياء الجديدة والمذهلة. أي شخص يريد أن يقول شيئًا عنه دائمًا لديه خيار: إما إجراء سباق نظرة عامة فوق الرؤوس، مع ذكر دلو من الاختصارات والاختصارات، أو محاولة عدم التورط في الآليات المعقدة تحت غطاء كل واحد منهم، أو لف إعداد تقرير مدته ساعة عن شيء واحد يرضي المؤلف كثيرًا. سأجازف بالذهاب إلى أبعد من ذلك: معظم مذكرتي ستخصص لشيء ليس جديدًا حتى!

لذلك، منذ أكثر من عشرين عامًا، تم إنشاء بعض شبكات البيانات اللاسلكية وفقًا لمجموعة من معايير عائلة 802.11، ومثل أي متحدث يحترم نفسه، سيتعين علي استعادة الجدول الزمني للسلسلة بأكملها قليلاً من الأحداث التي منحت العالم مليارات الأجهزة القابلة للتشغيل البيني - ولكن باعتباري مؤلفًا يحترم القارئ، ما زلت أخاطر بعدم القيام بذلك. ومع ذلك، ينبغي لنا أن نذكر بعضنا البعض بشيء ما.

أعطت جميع تكرارات شبكة Wi-Fi الأولوية للموثوقية بدلاً من زيادة الإنتاجية إلى الحد الأقصى. يتبع ذلك آلية الوصول إلى الوسائط (CSMA/CA)، وهي ليست الأكثر مثالية من حيث ضغط آخر كيلوبت في الثانية من وسط الإرسال (يمكنك قراءة المزيد عن عيوب العالم بشكل عام وWi) -فاي على وجه الخصوص في المقال الذي كتبه زميلي السابق skomm هنا البقع)، ولكنها متينة بشكل لا يصدق في أي ظروف تقريبًا. في الواقع، يمكنك كسر جميع أساسيات تصميم شبكة Wi-Fi تقريبًا - وستظل هذه الشبكة تتبادل البيانات! تهدف الآلية الكاملة التي يتمكن عملاء شبكة Wi-Fi من خلالها من إرسال و/أو استقبال أجزاء البيانات الخاصة بهم إلى ضمان ما يسمى باللغة الإنجليزية بكلمة ذات طابع تكنوقراطي ومتانة يصعب ترجمته. تزداد طبقة التعديل بأكملها، ويستمر تجميع الإطارات مع البيانات (ليس هكذا تمامًا، ولكن فليكن!) الملطخة في الأعلى في العمل بعد المبدأين الرئيسيين لـ 802.11، اللذين يوفران هذه الموثوقية غير المسبوقة:

1. "بينما يتكلم أحدهم، يصمت الباقون"؛
2. "كل شيء ما عدا البيانات يُقال ببطء ووضوح."

النقطة الثانية تسبب ضررًا أكبر بكثير لعرض النطاق الترددي للشبكة مما قد يبدو للوهلة الأولى. إليك صورة رائعة توضح جزءًا واحدًا من البيانات المرسلة على شبكة Wi-Fi:

دعونا نتعرف على ما يعنيه بالنسبة للأشخاص العاديين الذين لا يعرفون عدد الصفحات الموجودة في معيار 802.11-2016. سرعة نقل البيانات التي يكتبها النظام في خصائص الشبكة اللاسلكية والتي يعتمد عليها المسوقون من أي مصنع على صناديق نقاط الوصول (حسنًا، ربما تكون قد رأيتها - 1,7 جيجابت/ثانية! 2,4 جيجابت/ثانية! 9000 جيجابت/ثانية!) ، فهي ليست فقط الذروة والحد الأقصى عند 100% من الوقت الذي يستغرقه الإرسال، ولكنها أيضًا السرعة التي سيتم بها إرسال الجزء الأزرق فقط في هذا الرسم البياني الجميل. سيتم إرسال كل شيء آخر بسرعة تسمى معدل الإدارة باللغة الإنجليزية (وبالروسية أيضًا، لأن ترجمة مثل هذه التعبيرات تهدد بمزيد من سوء الفهم بين المهندسين)، وهي أقل ليس فقط بعدة مرات، ولكن أيضًا بعامل مئات مرة واحدة. على سبيل المثال، بدون أي إعدادات إضافية، شبكة 802.11ac، التي يمكنها العمل مع العملاء بسرعة قناة تبلغ 1300 ميجابايت/ثانية، تنقل جميع معلومات الخدمة (كل ما هو غير أزرق في الرسم البياني الرهيب لدينا) بمعدل إدارة قدره 6 ميجا بايت / ثانية . أبطأ بأكثر من مائتي مرة!

والسؤال المنطقي هو: في أي شهر، معذرة، في أي شهر يمكن أن تصبح فكرة التخريب هذه جزءًا من المعيار الذي تعمل به مليارات الأجهزة حول العالم؟ الجواب المنطقي هو التوافق، التوافق، التوافق! يجب أن توفر الشبكة الموجودة على أحدث نقطة وصول القدرة على العمل للأجهزة التي يبلغ عمرها عشرة أو حتى خمسة عشر عامًا، وفي كل هذه القطع "غير الزرقاء" تتطاير المعلومات بحيث تسمع الأجهزة القديمة البطيئة وتفهمها بشكل صحيح و لن تحاول نقل أجزاء من البيانات بسرعة فائقة. القوة تتطلب التضحية!

أنا الآن على استعداد لمنح كل من يهمه الأمر أداة لا غنى عنها للتخلص من الرعب من احتمال فقدان وحدات الميغابت المنقولة بلا هدف في شبكات Wi-Fi الحديثة - وقد أصبح هذا بالفعل إلزاميًا للدراسة في الدوائر الهندسية المعنية حاسبة وقت البث واي فاي بواسطة النرويجي المتحمس 802.11 جيرموند راين. وهي متوفرة في هذا الرابط - نتيجة عمله تبدو كالتالي:

السطر 1 هو الوقت المستغرق في إرسال حزمة بيانات بحجم 1512 بايت بواسطة جهاز 802.11n بعرض قناة يبلغ 20 ميجاهرتز.

السطر 2 هو الوقت المستغرق في إرسال نفس الحزمة بواسطة جهاز له نفس صيغة الهوائي، ولكنه يعمل بالفعل وفقًا لمعيار 802.11ac في قناة بتردد 80 ميجاهرتز.

كيف يمكن أن يكون هذا - تم "إفساد" وقت البث بأربعة أضعاف، وأصبح الحد الأقصى للتشكيل أكثر تعقيدًا من 64QAM إلى 256QAM، وسرعة القناة أعلى SIX مرات (433 ميجا بايت/ثانية بدلاً من 72 ميجا بايت/ثانية)، ولكن تم اكتساب 25% من وقت البث على الأكثر؟

التوافق ومبادئ 802.11، تذكر؟

حسنًا، كيف يمكننا تصحيح هذا الظلم والإسراف - نسأل أنفسنا، كما سألت كل مجموعة عمل في IEEE بدأت في إنشاء معيار نفسها؟ تتبادر إلى الذهن عدة مسارات منطقية:

1. تسريع نقل البيانات في الجزء "الأخضر" من الرسم البياني. ويتم ذلك عند إصدار كل معيار، لأن الأعداد الكبيرة تبدو جميلة على الصناديق. في الممارسة العملية، كما لاحظنا للتو، فإنه يعطي زيادة محدودة - حتى لو قمنا بتسريع سرعة القناة إلى مائة ألف مليون جيجابت في النانو ثانية، فإن جميع الأجزاء الأخرى من الرسم البياني لن تختفي. ولهذا السبب أوصي في جميع القصص المتعلقة بجميع معايير 802.11 الجديدة، بتخطي الفقرات التي تذكر ميغابت في الثانية.
2. تسريع جميع الأجزاء الأخرى من الرسم البياني. في الواقع، إذا قمنا على الأقل بمضاعفة السرعة التي يتم بها نقل كل شيء "غير أخضر" (حسنًا، أو "غير أزرق"، إذا كنت لا تزال تنظر إلى الصورة السابقة)، فسنحصل على أقل قليلاً من 50 زيادة بنسبة٪ في الإنتاجية الحقيقية - ومع ذلك، من خلال فقدان التوافق مع الأجهزة وعدد من الفروق الدقيقة الأخرى التي ستتعرف عليها عندما تذهب للتحضير للامتحان للحصول على لقب CWNA الفخور :) المفسد: لن تتمكن دائمًا من ذلك افعل ذلك بعد التفكير مليًا وفهم ما سيؤدي إليه. في الواقع، يعد هذا انتهاكًا لأحد مبدأي 802.11، لذا عليك أن تكون حذرًا للغاية معه!
3. قم بتجميع عدة إطارات مثل هذه مع الأجزاء الخضراء معًا. كلما زاد طول الجزء الأخضر، زادت فعالية زيادة سرعة القناة. نعم، هذه استراتيجية فعالة تمامًا، ظهرت في 802.11n وهي واحدة من الركائز العديدة لطبيعتها الثورية. المشكلة الوحيدة هي، أولاً، أن عددًا من التطبيقات لم يهتم بمثل هذا التجميع (على سبيل المثال، نفس الصوت المتعطش للدماء عبر شبكة Wi-Fi)، وثانيًا، لم يهتم عدد من الأجهزة أيضًا بهذا (بطريقة ما قررت التقاطها على الرغم من أنه كان من الممكن أن يكون هناك العديد من هذه الإطارات المجمعة على الشبكة الحقيقية للشركة التي أعمل بها، ولكن بالنسبة لأكثر من 500 ألف إطار "ملتقط"، لم يكن هناك أي إطارات مجمعة بالضبط. على الأرجح، المشكلة هي في منهجية جمع البيانات الخاصة بي، ولكنني على استعداد لمناقشتها مع أي شخص في أي مكان. في وقت ما في محادثة شخصية!).
4. قم بانتهاك أول مبدأين من مبادئ 802.11 من خلال البدء في التحدث عندما يتحدث شخص آخر. وهنا يأتي دور 802.11ax للإنقاذ.

إنه لأمر رائع أنني وصلت أخيرًا إلى Wi-Fi 6 نفسها في قصتي عن Wi-Fi 6! إذا كنت لا تزال تقرأ هذا، إما أن تضطر إلى ذلك لسبب ما أو أنك مهتم حقًا. لذا، على الرغم من أن 802.11ax يرث جزءًا كبيرًا من التطورات السابقة لعائلة 802.11 بأكملها (وليس فقط، بالمناسبة - ظهرت بعض الأشياء الرائعة في 802.16، المعروف أيضًا باسم WiMAX)، إلا أن شيئًا ما فيه لا يزال جديدًا وأصليًا. عادةً ما تكون هذه الكلمات مصحوبة بصورة مثل هذه، المتوفرة على موقع Wi-Fi Alliance:

وبما أنني تحفظت منذ البداية، في حدود مقال واحد قابل للقراءة، سنكون قادرين على النظر في واحدة فقط من هذه النقاط الرئيسية، أو بالأحرى، لا شيء من تلك التي تظهر في الصورة (يا لها من مفاجأة!). أنا متأكد من أنك قد قرأت بالفعل مليون وصف سريع لكل عنصر من هذه العناصر الأساسية الثمانية، ولكنني سأواصل قصتي الطويلة المملة حول ما يلي من OFDMA - التحكم في الوصول إلى الوسائط المتعددة (التحكم في الوصول إلى MU)، والذي، كما كما نرى، لم أحصل على الرسم البياني على الإطلاق. ولكن هذا عبثا تماما!

الوصول المتعدد هو شيء بدونه لا يكون تقسيم القناة إلى موجات حاملة فرعية أمرًا منطقيًا على الإطلاق. لماذا تحاول النظر إلى أجزاء مختلفة من الطيف إذا لم تكن هناك آلية يمكنها إجبار عملاء شبكة Wi-Fi 6 الجديدة على كسر إحدى القواعد التي لا تتزعزع حتى الآن والبدء في التحدث في نفس الوقت؟ وبطبيعة الحال، كان من المفترض أن تظهر مثل هذه الآلية ببساطة - وتقلل من تأثير المشكلة "الطويلة" مقارنة ببيانات المعلومات الخاصة. كيف؟ نعم، الأمر بسيط للغاية: دع جزء الخدمة "البطيء" يُرسل بنفس الطريقة كما كان من قبل، لكننا سنرسل الجزء "السريع"، الذي يتم من خلاله إرسال البيانات مباشرة، في وقت واحد من عدة (أو إلى عدة) أجهزة على يأمر! يبدو شيء من هذا القبيل:

يبدو الأمر معقدًا، ولكن في جوهره من السهل جدًا شرحه: تشير نقطة الوصول، باستخدام إطار خاص مفهوم لجميع الأجهزة (ولا حتى Wi-Fi 6!) إلى أنها جاهزة لنقل البيانات في وقت واحد إلى STA1 و STA2. نظرًا لأن "رأس" هذا الإطار مفهوم تمامًا حتى للعملاء القدامى جدًا، فإنهم يتوصلون إلى الاستنتاج الصحيح بأن موجات الأثير ستكون مشغولة لفترة معينة في نقل المعلومات إلى عملاء الشبكة الآخرين، ويبدأون في العد التنازلي للوقت حتى النهاية من هذه الفترة (في الواقع، كما هو الحال دائما في خدمة الواي فاي). لكن الأجهزة STA1 وSTA2 تدرك أنه سيتم الآن نقل البيانات إليهما بطريقة جديدة، في وقت واحد، كل منهما على الجزء الخاص به من القناة، ويستجيبان لنقطة الوصول في نفس الوقت، ثم يؤكدان أيضًا استقبال الاستقبال بشكل متزامن. الإطار (كل جزء خاص به من البيانات!) ويتم تحرير البيئة مرة أخرى. "من الأسفل إلى الأعلى" يعمل بنفس الطريقة تقريبًا:

والفرق الرئيسي والأكثر لفتًا للانتباه هو أن نقطة الوصول في هذه الحالة تخبر المحطات التي يمكنها التحدث في نفس الوقت بموعد بدء الإرسال، وذلك باستخدام إطار خاص يسمى Trigger. هذا، في الواقع، "مشغل" جديد للآلية الكاملة للوصول المتزامن المتعدد إلى الوسيط، وهو، في رأيي المتواضع، أحد أهم الابتكارات "تحت الغطاء" للمعيار الجديد. وفيه يحصل العملاء على "جدول زمني" حول كيفية تقسيم قناة تردد واحدة فيما بينهم؛ ومن هنا يقوم العملاء بإبلاغ نقطة الوصول في نفس الوقت بأنهم تلقوا أجزاء من البيانات الخاصة بهم وتمكنوا من تحليلها. في ذلك، تقوم نقطة الوصول بإخطار كل من يمكنه "التحدث" في نفس الوقت عن بدء نقل البيانات - حيث تبدأ نقطة الوصول في إرسال البيانات المطلوبة إليها. في الواقع، تسمح لك آلية إطار Trigger الجديدة بتقليل الاستخدام غير العقلاني لوقت البث - وبنفس الفعالية التي يمكن للعديد من العملاء استخدامها وإدراكها بشكل صحيح!

الآن دعونا نقوم بصياغة الأطروحات الرئيسية التي تتبع هذه القصة الطويلة بأكملها ونتأهل لـ TL;DR:

1. ستبدأ نقاط الوصول الخاصة بمعيار 802.11ax الجديد، حتى بالاعتماد على واحد فقط من العديد من الابتكارات، في زيادة إجمالي إنتاجية الشبكة بأكملها بالفعل من ثان جهاز عميل متوافق! بمجرد أن يكون هناك عميلان على الأقل يمكنهم التحدث في نفس الوقت، إذن، مع تساوي جميع الأشياء الأخرى (ليس لدي أي سبب لافتراض أن برامج تشغيل وحدات راديو العميل ستتم كتابتها بشكل أفضل من ذي قبل، مما يعني أن تجميع الأجزاء "المفيدة" من الإطارات والعديد من الوظائف الأخرى المعتمدة على العميل ستظل لا تعمل "في المتوسط ​​في حديقة الحيوان") وستؤدي بالفعل إلى زيادة متوسط ​​الإنتاجية. لذا، إذا كنت تفكر في شبكة Wi-Fi جديدة، فمن المنطقي أن تفكر فورًا في أحدث وأفضل نقاط الوصول، لأنه حتى لو كان لا يزال هناك عدد قليل من العملاء لهم الآن، فلن يظل الوضع على هذا النحو لفترة طويلة.
2. ستظل جميع الحيل والحيل الموجودة في ترسانة مهندس لاسلكي جيد اليوم ذات صلة لفترة طويلة - على الرغم من تحديث آلية الوصول إلى الوسيط، مما ينتهك المبادئ الأساسية التي استمرت لأكثر من 20 عامًا، إلا أنها لا تزال قائمة التوافق في المقدمة. لا تزال بحاجة إلى قطع معدلات الإدارة "البطيئة" (ولا تزال بحاجة إلى فهم السبب ومتى)، ولا تزال بحاجة إلى تخطيط الطبقة المادية بشكل صحيح، لأنه لن تعمل أي آلية على مستوى ارتباط البيانات إذا كانت هناك مشاكل على المستوى المادي مستوى. لقد سنحت الفرصة للقيام بذلك حتى أفضل.
3. يتم اتخاذ جميع القرارات في Wi-Fi 6 تقريبًا بواسطة نقطة الوصول. كما نرى، فهو يتحكم في وصول العميل إلى البيئة من خلال تجميع الأجهزة معًا في "فترات" من التشغيل المتزامن. بالانتقال قليلاً إلى الجانب، فإن عمل TWT يقع أيضًا بالكامل على أكتاف نقطة الوصول. الآن، لا يجب على نقطة الوصول "بث الشبكة" وتخزين حركة المرور في طوابير فحسب، بل يجب عليها أيضًا الاحتفاظ بسجلات لجميع العملاء، والتخطيط لكيفية دمجهم بشكل أكثر ربحية مع بعضهم البعض استنادًا إلى النطاق الترددي واحتياجات حركة المرور والبطاريات الخاصة بهم وغير ذلك الكثير. - أنا أسمي هذه العملية "التنسيق". لا يتم تنظيم الخوارزميات التي ستتخذ نقطة الوصول من خلالها كل هذه القرارات، مما يعني أن الجودة الحقيقية والنهج الهيكلي للمصنعين سوف يتجلى بدقة في تطوير خوارزميات التنسيق. كلما كانت النقاط تتنبأ باحتياجات العملاء بشكل أكثر دقة، كلما كان بمقدورهم دمجها في مجموعات وصول متعددة بشكل أفضل وأكثر اتساقًا - وبالتالي، كلما تم استخدام موارد وقت البث بشكل أكثر عقلانية وارتفعت الإنتاجية النهائية لنقطة الوصول هذه سوف يكون. الخوارزمية هي الحدود الأخيرة!
4. يعد الانتقال من Wi-Fi 5 إلى Wi-Fi 6 ثوريًا في طبيعته وأهميته مثل الانتقال من 802.11g إلى 802.11n. ثم حصلنا على تجميع متعدد الخيوط و"الحمولة النافعة" - الآن حصلنا على وصول متزامن إلى الوسيط وأخيرًا العمل على MU-MIMO وBeamforming (أولاً، كما نعلم، هذان هما نفس الشيء تقريبًا؛ ثانيًا، المناقشة "لماذا MU-" تم اختراع MIMO في 802.11ac، ولكن لم يكن من الممكن جعله يعمل" هو موضوع مقالة طويلة منفصلة :) يعمل كل من 802.11n وWi-Fi 6 في كلا النطاقين (2,4 جيجا هرتز و5 جيجا هرتز)، على عكس أسلافهما "المتوسطين" - حقًا، "الستة هي الأربعة الجديدة"!

قليلا عن أصول هذه المقالة
تمت كتابة المقال لمسابقة أقامتها شركة Huawei (نُشرت في الأصل هنا). واعتمدت في كتابتها بشكل كبير على تقريري الخاص في مؤتمر “بيزبروفودوف” الذي انعقد عام 2019 في سانت بطرسبرغ (يمكنكم مشاهدة تسجيل الخطاب على يوتيوب، فقط ضع في اعتبارك - الصوت هناك، بصراحة، ليس رائعًا، على الرغم من أصل الفيديو سانت بطرسبرغ!).

المصدر: www.habr.com