Прывітанне.
Калі верыць тэорыі прастаты Эйнштэйна, галоўны паказчык разумення прадмета – гэта здольнасць максімальна проста яго растлумачыць, то і ў гэтым пасце я пастараюся максімальна проста і падрабязна растлумачыць дзеянне ўсяго адной дэталі новага стандарту, якую чамусьці нават Wi-Fi Alliance лічыць нявартай згадкі ў Інфаграфіцы аб новых магчымасцях Wi-Fi 6, хоць яна, як мы хутка пераканаемся разам, вельмі важная і характэрная. Тут не ўсё досыць глыбока і ўжо сапраўды не ўсёабдымна (таму што такога слана складана ёсць нават па частках), але я спадзяюся, што мы ўсё запазычым з маіх слоўных экзэрсісаў нешта новае і цікавае для сябе.
Той самы 802.11ax, які мы чакаем з дня на дзень вось ужо мінімум другі год, нясе ў сабе масу новага і дзіўнага. Перад кожным, хто жадае пра яго нешта распавесці, заўсёды варта выбар: альбо задаволіць аглядныя скокі па галовах, згадваючы вядро абрэвіятур і скарачэнняў, імкнучыся не ўгразнуць у складаных механізмах пад капотам кожнага з іх, альбо загарнуць гадзінны даклад пра нешта адно. , найбольш прыемнае аўтару. Я рызыкну пайсці яшчэ далей: большая частка маёй нататкі будзе прысвечана нават не новаму!
Такім чынам, вось ужо дваццаць з лішнім гадоў частка бесправадных сетак перадачы дадзеных будуецца па кучы стандартаў сямейства 802.11, і, як любы які паважае сябе дакладчык, я павінен быў бы трохі аднавіць таймлайн усяго падзейнага ланцужка, які падарыў міру мільярды сумяшчальных сябар з сябрам прылад — але , як які паважае чытача аўтар, я рызыкну гэтага ўсё ж не рабіць. Зрэшты, сёе-тое варта было б адно аднаму нагадаць.
Усе ітэрацыі Wi-Fi ставілі ў раздзел кута надзейнасць, але не максімізацыю прапускных здольнасцяў. Гэта вынікае з механізму доступу да асяроддзя (CSMA/CA), не самага аптымальнага з пункту гледжання выціскання апошніх кілабіт у секунду з асяроддзя перадачы (падрабязней аб недасканаласці свету ў цэлым і вайфая ў прыватнасці пры жаданні можна пачытаць у артыкуле майго былога калегі ), але неверагодна жывучага ў практычна любых умовах. На самай справе, можна парушыць практычна ўсе асновы праектавання сетак Wi-Fi – і ў такой сетцы ўсё роўна будзе праходзіць абмен дадзенымі! На забеспячэнне таго, што ў ангельскай мове завецца словам з цяжкаперакладальным флёрам тэхнакратыі, robustness, накіраваны ўвесь механізм, па якім кліенты сеткі Wi-Fi атрымліваюць магчымасць перадаць і/ці прыняць свае порцыі дадзеных. Увесь пласт намазаных па-над падвышэннямі мадуляцый, агрэгацыі фрэймаў з дадзенымі (не зусім так, але хай будзе!) працягвае працаваць ужо пасля двух асноўных прынцыпаў 802.11, якія забяспечваюць гэтую неперасягненую надзейнасць:
- "Пакуль кажа адзін - астатнія маўчаць";
- "Усё, акрамя дадзеных, гаворыцца павольна і выразна".
Другі пункт наносіць прапускной здольнасці сеткі значна большую шкоду, чым можа здацца на першы погляд. Вось класная карцінка, якая ілюструе адзін адпраўлены кавалачак дадзеных у сетцы Wi-Fi:
Давайце разбяромся, што яна азначае для звычайных людзей, якія не ведаюць, колькі старонак у стандарце 802.11-2016. Тая хуткасць перадачы дадзеных, якую ва ўласцівасцях бесправадной сеткі піша сістэма і якую на скрынках кропак доступу малююць маркетолагі любога вытворцы (ну вы ж напэўна бачылі – 1,7 Гб/с! 2,4 Гб/с! 9000 Гб/с!), не толькі з'яўляецца пікавай і максімальнай пры 100% занятага перадачай часу, але яшчэ і з'яўляецца хуткасцю, на якой будзе адпраўляцца толькі сіненькая частка на гэтым прыгожым графіцы. Усё астатняе будзе перасылацца на хуткасці, якая па-ангельску завецца management rate (і па-руску таксама, таму што перакладаць такія выразы пагражае далейшым неразуменнем паміж інжынерамі), і якая ніжэй не проста ў разы, а ў Сотні раз. Напрыклад, без усялякіх дадатковых налад сетку на 802.11ac, якая можа працаваць з кліентамі на канальнай хуткасці 1300 Мб/с, перадае ўсю службовую інфармацыю (усё, што не сіняе на нашым усё больш і больш страшным графіку) на management rate 6 Мб/с . У дзвесце з лішнім раз павольней!
Лагічнае пытанне - якога, прабачце, лікі якога месяца такая шкодніцкая ідэя магла наогул патрапіць у стандарт, па якім працуюць мільярды прылад па ўсім свеце? Лагічны адказ - сумяшчальнасць, сумяшчальнасць, сумяшчальнасць! Сетка на найноўшай кропцы доступу павінна забяспечыць магчымасць працы для дзесяці- і нават пятнаццацігадовых прылад, і менавіта ва ўсіх гэтых "не-сініх" кавалачках і ляціць інфармацыя, якую павольныя пажылыя дэвайсы пачуюць, правільна зразумеюць і не будуць спрабаваць падчас звышхуткасных кавалачкаў дадзеных перадаваць свае. Robustness патрабуе ахвяр!
Зараз я готаў даць кожнаму які цікавіцца незаменная прылада для таго, каб жахнуцца бязмэтна якія губляюцца ў сучасным Wi-Fi патэнцыйным перададзеным мегабітам — гэта сталы ўжо абавязковым да вывучэння ў датычных інжынерных колах. The WiFi AirTime Calculator за аўтарствам нарвежскага энтузіяста ад 802.11 Gjermund Raaen. Ён даступны па - Вынік яго працы выглядае прыкладна вось так:
Радок 1 - час, затрачаны на перадачу пакета дадзеных даўжынёй 1512 байт прыладай 802.11n у шырыні канала 20 Мгц.
Радок 2 – час, затрачаны на перадачу такога ж пакета прыладай з такой жа антэнай формулай, але якія працуюць ужо па стандарце 802.11ac у канале шырынёй 80 Мгц.
Як жа так - "сапсавана" ў чатыры разы больш эфіру, максімальная мадуляцыя ўскладнілася ад 64QAM да 256QAM, канальная хуткасць больш у ШЭСЦЬ раз (433 Мб/с замест 72 Мб/з), а выйграна ад сілы 25% часу занятасці эфіру?
Сумяшчальнасць і два прынцыпы 802.11, памятаеце?
Добра, як можна выправіць такую несправядлівасць і марнатраўнасць – спытаем мы сябе, як, мусіць, пыталася ў сябе кожная працоўная група IEEE, якая прыступала да стварэння стандарту? На розум прыходзіць некалькі лагічных шляхоў:
- Паскараць перадачу дадзеных у "зялёным" кавалачку графіка. Робіцца гэта пры выхадзе кожнага стандарту, таму што вялікія лікі прыгожа глядзяцца на скрынках. На практыцы, як мы толькі што заўважылі, дае канчатковы прырост - нават калі мы паскорым канальную хуткасць да ста тысяч мільёнаў гігабіт у нанасекунду, усе астатнія часткі графіка нікуды не дзенуцца. Менавіта таму я рэкамендую ва ўсіх апавяданнях пра ўсе новыя стандарты 802.11 прапускаць абзацы, дзе згадваюцца мегабіты за секунду.
- Паскараць усе астатнія часткі графіка. Сапраўды, калі мы хаця б падвоім хуткасць, на якой перадаецца ўсё "не-зялёнае" (ну, або "не-сіняе", калі вы ўсё яшчэ глядзіце на папярэднюю карцінку), то мы атрымаем крыху менш за 50% прыросту рэальнай прапускной здольнасці. праўда, шляхам страты сумяшчальнасці з прыладамі і яшчэ побач нюансаў, пра якія вы даведаецеся, калі пойдзеце рыхтавацца да іспыту на ганарлівае званне CWNA 🙂 Спойлер: рабіць гэта атрымаецца не заўсёды, моцна падумаўшы і разумеючы, да чаго гэта прывядзе. Фактычна гэта парушэнне аднаго з двух прынцыпаў 802.11, так што з ім трэба быць вельмі асцярожным!
- Зляпіць разам некалькі такіх вось фрэймаў зялёнымі часткамі разам. Чым даўжэй зялёная частка, тым больш эфектыўна працуе павелічэнне канальнай хуткасці. Так, гэта суцэль працоўная стратэгія, якая з'явілася яшчэ ў 802.11n і што з'яўляецца адным з некалькіх краевугольных камянёў яго рэвалюцыйнасці. Праблема толькі ў тым, што, па-першае, шэраг прыкладанняў пляваць хацеў на такую агрэгацыю (напрыклад, той самы крыважэрны Voice over Wi-Fi), па-другое, шэраг прылад таксама пляваць на яе хацеў (неяк я вырашыў адлавіць хоць б некалькі такіх агрэгаваных фрэймаў на рэальнай сетцы кампаніі, у якой я працую, але за >500к "запікапленых" кадраў агрэгаваных з іх было роўна нуль. Хутчэй за ўсё, праблема ў маёй метадалогіі збору дадзеных, але я готаў абгаварыць яе з любым жадаючым дзе- небудзь у асабістай гутарцы!).
- Парушыць і першы з двух прынцыпаў 802.11, пачаўшы казаць, калі кажа нехта яшчэ. І вось тут, уласна, і прыходзіць на дапамогу 802.11ax.
Як выдатна, нарэшце-то я ў сваім аповядзе пра Wi-Fi 6 дабраўся да ўласна Wi-Fi 6! Калі вы да гэтага часу чытаеце гэта, то вы або абавязаны гэта рабіць па нейкай прычыне, або вам сапраўды цікава. Дык вось, хоць 802.11ax і ўспадкоўвае вялікую частку папярэдніх напрацовак усяго сямейства 802.11 (і не толькі, дарэчы - некаторыя класныя штукі з'явіліся наогул у 802.16, ён жа WiMAX), сёе-тое ў ім усё ж свежа і арыгінальна. Звычайна на гэтых словах лепіцца вось такая карцінка, даступная на сайце Wi-Fi Alliance:
Як я з самага пачатку абмовіўся, досыць добра мы ў межах аднаго удобочитаемого артыкулы зможам разгледзець толькі адзін з гэтых ключавых пунктаў, а дакладней, ніводны з прыведзеных на малюнку (вось так нечаканасць!). Я ўпэўнены, што вы ўжо чыталі мільён збеглых апісанняў кожнага з гэтых васьмі ключавых элементаў, я ж працягну свой стомна доўгі аповяд аб тым, што вынікае з OFDMA – аб множным доступе да асяроддзя (MU-access control), які, як мы бачым, на інфаграфіку зусім не патрапіў. А зусім дарма!
Множны доступ - гэта тое, без чаго дзяленне канала на паднясучыя наогул пазбаўлена сэнсу. Навошта спрабаваць разглядаць розныя кавалачкі спектру, калі не будзе механізму, здольнага прымусіць кліентаў новай сеткі Wi-Fi 6 парушыць адно з непарушных да гэтага моманту правіл і пачаць казаць адначасова? І, вядома, такі механізм проста абавязаны быў з'явіцца - і знізіць уплыў праблемы "доўгай" у параўнанні з дадзенымі службовай інфармацыі. Як? Ды вельмі проста: хай "павольная", службовая частка рассылаецца гэтак жа, як і раней, а вось "хуткую" частку, у якой ходзяць непасрэдна дадзеныя, мы кінем адначасова з некалькіх (ці на некалькі) прылад па камандзе! Выглядае гэта прыкладна так:
Выглядае складана, але па сваёй сутнасці досыць лёгка тлумачыцца: кропка доступу з дапамогай спецыяльнага фрэйма, зразумелага ўсім (нават не Wi-Fi 6!) прыладам, паведамляе, што яна гатова перадаць дадзеныя адначасова STA1 і STA2. Паколькі "загаловак" гэтага фрэйма цалкам зразумелы нават зусім-зусім старым кліентам, яны робяць правільную выснову, што эфір будзе заняты на працягу вызначанага часу перадачай інфармацыі іншым кліентам сеткі, і пачынаюць адлічваць час да заканчэння гэтага перыяду (уласна, як і заўсёды ў Wi -Fi). А вось прылады STA1 і STA2 разумеюць, што зараз ім будуць перададзеныя дадзеныя ўжо па-новаму, адначасова, кожнаму на сваім кавалачку канала, і адказваюць кропцы доступу таксама адначасова, а потым гэтак жа сінхронна пацвярджаюць прыём кадра (кожны са сваёй порцыяй дадзеных!) , і серада зноў вызваляецца. "Знізу ўверх" гэта працуе прыкладна такім жа чынам:
Галоўная і кідаецца ў вочы розніца - кропка доступу і ў гэтай сітуацыі паведамляе станцыям, якія ўмеюць казаць адначасова, калі пачаць перадачу, з дапамогай спецыяльнага кадра, які так і называецца - Trigger. Гэта, у сутнасці, новы спускавы кручок усяго механізму множнага адначасовага доступу да асяроддзя, які і з'яўляецца, на мой сціплы погляд, адной з найважнейшых інавацый пад капотам новага стандарту. Менавіта ў ім кліенты атрымліваюць "расклад", як ім падзяліць паміж сабой адзін частотны канал; менавіта ў ім кліенты адначасова паведамляюць кропцы доступу, што атрымалі свае порцыі даных і змаглі іх разабраць. У ім кропка доступу апавяшчае ўсіх, хто можа "гаварыць" адначасова, аб пачатку перадачы дадзеных - у ім жа кропка доступу і запускае адпраўку ёй патрабаваных дадзеных. Новы механізм Trigger frame, па сутнасці, і дазваляе паменшыць нерацыянальнае выкарыстанне занятасці эфіру - прычым настолькі эфектыўна, наколькі шмат кліентаў могуць ім карыстацца і карэктна ўспрымаць!
А зараз сфармулюем асноўныя тэзы, якія вынікаюць з усяго гэтага доўгага аповяду і прэтэндуюць на TL;DR:
- Кропкі доступу новага стандарту 802.11ax, нават абапіраючыся ўсяго на адно з мноства навін, пачнуць падвышаць сумарную прапускную здольнасць усёй сеткі ўжо са другога сумяшчальнага кліенцкай прылады! Як толькі з'явіцца хаця б два кліенты, якія змогуць казаць адначасова, то пры іншых роўных (у мяне няма ніводнай прычыны меркаваць, што драйверы для кліенцкіх радыёмодуляў будуць пісаць лепш, чым раней, а значыць, што і агрэгацыя "карысных" частак кадраў, і шматлікія іншыя кліентазалежныя функцыі па-ранейшаму "ў сярэднім па заапарку" будуць працаваць не ахці) яны ЎЖО падвысяць сярэднюю прапускную здольнасць. Так што калі вы задумаліся аб новай сетцы Wi-Fi – ёсць сэнс адразу разгледзець самыя новыя і лепшыя кропкі доступу, таму што нават калі кліентаў цяпер для іх яшчэ мала – сітуацыя такой доўга не застанецца.
- Усе трукі і хітрыкі, якія сёння ёсць у арсенале добрага бесправаднога інжынера, яшчэ доўга застануцца актуальнымі – механізм доступу да асяроддзя хоць і абнавіўся, парушыўшы якія пратрымаліся больш за 20 гадоў краевугольныя прынцыпы, але ўсё яшчэ трымае на чале кута сумяшчальнасць. Па-ранейшаму трэба адсякаць "павольныя" management rates (і па-ранейшаму трэба разумець, навошта і калі), па-ранейшаму трэба правільна планаваць фізічны ўзровень, таму што ніякі механізм на канальным узроўні не спрацуе, калі будуць праблемы на фізічным. Проста з'явілася магчымасць рабіць яшчэ больш лепшае.
- Амаль усе рашэнні ў Wi-Fi 6 прымае кропка доступу. Як мы бачым, яна кіруе доступам кліентаў да асяроддзя, аб'ядноўваючы разам прылады ў "перыяды" адначасовай працы. Адыходзячы крыху далей у бок – праца TWT таксама цалкам на плячах кропкі доступу. Цяпер ГД павінна не толькі "вяшчаць сетку" і захоўваць трафік у чэргах, але яшчэ і весці ўлік усіх кліентаў, плануючы, як іх больш выгадна аб'яднаць адзін з адным на падставе іх прапускных здольнасцяў і патрэбаў у трафіку, іх батарэй і шмат чаго яшчэ - я называю гэты працэс "аркестрацыяй". Алгарытмы, па якіх кропка доступу будзе прымаць усе гэтыя рашэнні, не рэгламентаваны, а значыць, што сапраўдная якасць і структурны падыход вытворцаў выявіцца менавіта ў распрацоўцы алгарытмаў аркестрацыі. Чым дакладней кропкі будуць прагназаваць запатрабаванні кліентаў, тым лепш і раўнамерней яны змогуць аб'ядноўваць іх у групы множнага доступу - такім чынам, тым рацыянальна будуць выкарыстоўвацца рэсурсы эфіру і тым вышэй будзе выніковая прапускная здольнасць такой кропкі доступу. Алгарытм - апошні францір!
- Пераход ад Wi-Fi 5 да Wi-Fi 6 па сваёй сутнасці і важнасці гэтак жа рэвалюцыйны, як пераход ад 802.11g да 802.11n. Тады мы атрымалі шматструменнасць і агрэгацыю “карыснай нагрузкі” — зараз мы атрымліваем адначасовы доступ да асяроддзя і працавальныя MU-MIMO і Beamforming (па-першае, як мы ведаем, гэта амаль адно і тое ж; па-другое, дыскусія “ чаму MU-MIMO у 802.11ac прыдумалі, але не змаглі прымусіць працаваць” – гэта тэма асобнага вялікага артыкула 🙂 ). І 802.11n, і Wi-Fi 6 працуюць у абодвух дыяпазонах (2,4 Ггц і 5 Ггц), у адрозненне ад "прамежкавых" папярэднікаў – сапраўды, "шэсць – гэта новае чатыры"!
Трохі аб вытоках гэтага артыкула
Напісаны артыкул быў для конкурсу, які праводзіла кампанія Huawei (першапачаткова была апублікавана ). Шмат у чым я абапіраўся пры яе напісанні на ўласны даклад на канферэнцыі "Безправодаў", якая праходзіла ў 2019 годзе ў Санкт-Пецярбургу (запіс выступу можна паглядзець , толькі майце на ўвазе - гук там, прама скажам, не фантан, нягледзячы на піцерскае паходжанне відэа!).
Крыніца: habr.com