Здравейте.
Ако вярвате на теорията на Айнщайн за простотата, основният показател за разбиране на даден предмет е способността да го обясните възможно най-просто, тогава в тази публикация ще се опитам да обясня възможно най-просто и подробно ефекта само на един детайл от нов стандарт, който по някаква причина дори Wi-Fi Alliance смята за недостоен за споменаване в инфографиката за новите функции на Wi-Fi 6, въпреки че, както скоро ще видим заедно, е много важен и заслужаващ внимание. Не всичко тук е достатъчно дълбоко и със сигурност не е изчерпателно (защото такъв слон е трудно да се яде дори на части), но се надявам, че всички ще научим нещо ново и интересно за себе си от моите словесни упражнения.
Същият този 802.11ax, който чакаме всеки ден от поне втора година, носи със себе си много нови и невероятни неща. Всеки, който иска да разкаже нещо за него, винаги има избор: или да направи обзорна надпревара над главите, като споменава кофа от съкращения и съкращения, опитвайки се да не се затъва в сложните механизми под капака на всеки от тях, или да увие едночасов доклад за едно нещо, най-приятно за автора. Ще рискувам да стигна още по-далеч: по-голямата част от бележката ми ще бъде посветена на нещо, което дори не е ново!
И така, вече повече от двадесет години някои от безжичните мрежи за данни са изградени в съответствие с куп стандарти от семейството 802.11 и, като всеки уважаващ себе си говорител, ще трябва леко да възстановя времевата линия на цялата верига от събития, които дадоха на света милиарди оперативно съвместими устройства - но като автор, който уважава читателя, все още рискувам да не направя това. Трябва обаче да си припомним нещо.
Всички итерации на Wi-Fi имат приоритет на надеждността, а не на максималната пропускателна способност. Това следва от механизма за достъп до средата (CSMA/CA), който не е най-оптималният от гледна точка на изстискване на последните килобита в секунда от преносната среда (можете да прочетете повече за несъвършенствата на света като цяло и Wi -Fi по-специално в статията на мой бивш колега ), но невероятно издръжлив при почти всякакви условия. Всъщност можете да нарушите почти всички основи на дизайна на Wi-Fi мрежата - и такава мрежа пак ще обменя данни! Целият механизъм, чрез който клиентите на Wi-Fi мрежата могат да предават и/или получават своите части от данни, е насочен към осигуряване на това, което на английски се нарича дума с труден за превод привкус на технокрация, здравина. Целият слой на модулация се увеличава, агрегирането на рамки с данни (не точно така, но така да бъде!), размазани отгоре, продължава да работи след двата основни принципа на 802.11, които осигуряват тази ненадмината надеждност:
- „Докато един говори, останалите мълчат“;
- „Всичко освен данните се казва бавно и ясно.“
Втората точка причинява много повече щети на честотната лента на мрежата, отколкото може да изглежда на пръв поглед. Ето готина снимка, илюстрираща част от данните, изпратени в Wi-Fi мрежа:
Нека да разберем какво означава това за обикновените хора, които не знаят колко страници има в стандарта 802.11-2016. Скоростта на пренос на данни, която системата записва в свойствата на безжичната мрежа и която търговците от всеки производител чертаят на кутиите за точки за достъп (е, вероятно сте го виждали - 1,7 Gb/s! 2,4 Gb/s! 9000 Gb/s!) , това не само е пикът и максимумът при 100% от времето, заето от предаването, но е и скоростта, с която ще бъде изпратена само синята част в тази красива графика. Всичко останало ще бъде изпратено със скорост, която се нарича скорост на управление на английски (и на руски също, защото преводът на такива изрази заплашва допълнително недоразумение между инженерите) и която е по-ниска не само няколко пъти, но и фактор СТОТИЦИ веднъж. Например, без никакви допълнителни настройки, мрежа 802.11ac, която може да работи с клиенти при скорост на канала от 1300 Mb/s, предава цялата информация за услугата (всичко, което не е синьо в нашата все по-ужасна графика) при скорост на управление 6 Mb/s . Повече от двеста пъти по-бавно!
Логичният въпрос е - кой, извинете, кой месец подобна саботажна идея изобщо може да стане част от стандарта, по който работят милиарди устройства по света? Логичният отговор е съвместимост, съвместимост, съвместимост! Мрежата на най-новата точка за достъп трябва да осигури възможност за работа за устройства на десет и дори петнадесет години и именно във всички тези „не сини“ части лети информация, която бавните стари устройства ще чуят, разберат правилно и няма да се опитват да предават по време на ултрависокоскоростни части от своите данни. Здравината изисква жертви!
Сега съм готов да дам на всеки, който се интересува, незаменим инструмент за ужас от потенциалните предадени мегабити, които се губят безцелно в съвременния Wi-Fi - това вече е станало задължително за изучаване в заинтересованите инженерни среди WiFi AirTime калкулатор от норвежкия 802.11 ентусиаст Gjermund Raaen. Предлага се на — резултатът от работата му изглежда така:
Ред 1 е времето, прекарано в предаване на 1512 байтов пакет данни от 802.11n устройство в ширина на канала 20 MHz.
Ред 2 е времето, прекарано в предаване на същия пакет от устройство със същата формула на антената, но вече работещо според стандарта 802.11ac в 80 MHz канал.
Как може това - четири пъти повече ефирно време е „развалено“, максималната модулация е станала по-сложна от 64QAM на 256QAM, скоростта на канала е по-висока SIX пъти (433 Mb/s вместо 72 Mb/s), но най-много 25% от ефирното време е спечелено?
Съвместимост и два принципа на 802.11, помните ли?
Е, как да поправим подобна несправедливост и прахосничество – питаме се, както може би всяка работна група на IEEE, започнала да създава стандарт? Няколко логични пътя идват на ум:
- Ускорете трансфера на данни в „зелената“ част от графиката. Това се прави, когато се пуска всеки стандарт, защото големите числа изглеждат добре на кутиите. На практика, както току-що забелязахме, това дава ограничено увеличение - дори ако ускорим скоростта на канала до сто хиляди милиона гигабита за наносекунда, всички останали части от графиката няма да изчезнат. Ето защо препоръчвам във всички истории за всички нови стандарти 802.11 да пропускате параграфите, които споменават мегабита в секунда.
- Ускорете всички други части на графиката. Наистина, ако поне удвоим скоростта, с която се предава всичко „незелено“ (е, или „не синьо“, ако все още гледате предишната снимка), тогава ще получим малко по-малко от 50 % увеличение на реалната пропускателна способност - обаче, чрез загуба на съвместимост с устройства и редица други нюанси, за които ще научите, когато отидете да се подготвите за изпита за гордата титла CWNA :) Спойлер: не винаги ще можете да направете това, след като помислите добре и разберете до какво ще доведе. Всъщност това е нарушение на един от двата принципа на 802.11, така че трябва да сте много внимателни с него!
- Съберете няколко рамки като тази със зелените части заедно. Колкото по-дълга е зелената част, толкова по-ефективно е увеличаването на скоростта на канала. Да, това е напълно работеща стратегия, която се появи още през 802.11n и е един от няколкото крайъгълни камъка на нейната революционност. Единственият проблем е, че, първо, на редица приложения не им пукаше за подобно агрегиране (например същия кръвожаден глас през Wi-Fi), второ, на редица устройства също не им пукаше за това (по някакъв начин реших да го хвана, но щеше да има няколко такива агрегирани кадъра в реалната мрежа на компанията, в която работя, но за >500k „взети“ кадъра имаше точно нула от тях агрегирани. Най-вероятно проблемът е в моята методология за събиране на данни, но съм готов да го обсъдя с всеки, където и да е, в личен разговор!).
- Нарушете първия от двата принципа на 802.11, като започнете да говорите, когато някой друг говори. И тук 802.11ax всъщност идва на помощ.
Страхотно е, че най-накрая стигнах до самия Wi-Fi 6 в моята история за Wi-Fi 6! Ако все още четете това, или трябва по някаква причина, или наистина ви е интересно. Така че, въпреки че 802.11ax наследява огромна част от предишните разработки на цялото семейство 802.11 (и не само, между другото - някои готини неща се появиха в 802.16, известен още като WiMAX), нещо в него все още е свежо и оригинално. Обикновено тези думи са придружени от снимка като тази, достъпна на уебсайта на Wi-Fi Alliance:
Тъй като направих резервация от самото начало, в рамките на една четлива статия ще можем да разгледаме само един от тези ключови моменти или по-скоро нито един от показаните на снимката (каква изненада!). Сигурен съм, че вече сте прочели милиони бързи описания на всеки от тези осем ключови елемента, но ще продължа досадно дългата си история за това, което следва от OFDMA - контрол на достъпа до множество медии (MU-access control), който, като виждаме, изобщо не получих инфографиката. Но е напълно напразно!
Множественият достъп е нещо, без което разделянето на канал на подносители няма никакъв смисъл. Защо да се опитвате да разглеждате различни части от спектъра, ако няма механизъм, който да принуди клиентите на новата Wi-Fi 6 мрежа да нарушат едно от непоклатимите досега правила и да започнат да говорят едновременно? И, разбира се, такъв механизъм просто трябваше да се появи - и да намали въздействието на „дългия“ проблем в сравнение със собствените информационни данни. как? Да, много е просто: нека „бавната“ част от услугата да бъде изпратена по същия начин, както преди, но ние ще изпратим „бързата“ част, в която данните се изпращат директно, едновременно от няколко (или до няколко) устройства при команда! Изглежда нещо подобно:
Изглежда сложно, но по същество е доста лесно за обяснение: точката за достъп, използвайки специална рамка, която е разбираема за всички (дори не Wi-Fi 6!) устройства, съобщава, че е готова да предава данни едновременно към STA1 и STA2. Тъй като „заглавието“ на този кадър е напълно разбираемо дори за много, много стари клиенти, те правят правилния извод, че ефирът ще бъде зает за определено време, предавайки информация на други клиенти на мрежата, и започват да отброяват времето до края на този период (всъщност, както винаги в Wi -Fi). Но устройствата STA1 и STA2 разбират, че сега данните ще бъдат предавани към тях по нов начин, едновременно, всеки на своя собствена част от канала, и те отговарят на точката за достъп едновременно и след това също синхронно потвърждават приемането на рамката (всяка със собствена част от данни!) и средата се освобождава отново. Отдолу нагоре работи почти по същия начин:
Основната и най-забележителна разлика е, че точката за достъп в тази ситуация казва на станциите, които могат да говорят едновременно, кога да започнат да предават, използвайки специална рамка, наречена Trigger. Това всъщност е нов „спусък“ на целия механизъм за многократен едновременен достъп до носителя, което по мое скромно мнение е едно от най-важните нововъведения „под капака“ на новия стандарт. Именно в него клиентите получават “график” как да разделят един честотен канал помежду си; именно тук клиентите едновременно информират точката за достъп, че са получили своите части от данни и са успели да ги анализират. В него точката за достъп уведомява всички, които могат да „говорят“ едновременно за началото на предаването на данни - в него точката за достъп започва да й изпраща необходимите данни. Новият механизъм на Trigger frame всъщност ви позволява да намалите нерационалното използване на ефирно време - и толкова ефективно, колкото много клиенти могат да го използват и възприемат правилно!
Сега нека формулираме основните тези, които следват от цялата тази дълга история и отговарят на условията за TL;DR:
- Точките за достъп на новия стандарт 802.11ax, дори разчитайки само на една от многото иновации, ще започнат да увеличават общата пропускателна способност на цялата мрежа още от второто съвместимо клиентско устройство! Веднага щом има поне два клиента, които могат да говорят едновременно, тогава, при равни други условия (нямам причина да предполагам, че драйверите за клиентски радиомодули ще бъдат написани по-добре от преди, което означава, че агрегирането на „полезни“ части от рамки и много други зависими от клиента функции все още няма да работят „средно в зоопарк“) те ВЕЧЕ ще увеличат средната пропускателна способност. Така че, ако мислите за нова Wi-Fi мрежа, има смисъл незабавно да помислите за най-новите и най-добри точки за достъп, защото дори ако все още има малко клиенти за тях сега, ситуацията няма да остане такава за дълго.
- Всички трикове и трикове, които днес са в арсенала на добър безжичен инженер, ще останат актуални за дълго време - въпреки че механизмът за достъп до средата е актуализиран, нарушавайки крайъгълните принципи, които са продължили повече от 20 години, той все още запазва съвместимост на преден план. Все още трябва да отрежете „бавните“ нива на управление (и все още трябва да разберете защо и кога), все още трябва да планирате правилно физическия слой, защото никой механизъм на ниво връзка за данни няма да работи, ако има проблеми на физическото ниво. Просто имаше възможност да го направя още по-добре.
- Почти всички решения в Wi-Fi 6 се вземат от точката за достъп. Както виждаме, той контролира достъпа на клиента до средата, като групира устройства заедно в „периоди“ на едновременна работа. Премествайки се малко по-встрани, работата на TWT също е изцяло на плещите на точката за достъп. Сега AP трябва не само да „излъчва мрежата“ и да съхранява трафик в опашки, но и да поддържа записи на всички клиенти, като планира как да ги комбинира по-изгодно един с друг въз основа на техните нужди от честотна лента и трафик, техните батерии и много, много повече . — Аз наричам този процес „оркестрация“. Алгоритмите, чрез които точката за достъп ще взема всички тези решения, не са регламентирани, което означава, че истинското качество и структурен подход на производителите ще се проявят именно в разработването на алгоритми за оркестрация. Колкото по-точно точките предсказват нуждите на клиентите, толкова по-добре и по-равномерно ще могат да ги комбинират в множество групи за достъп - следователно, толкова по-рационално ще се използват ресурсите за ефирно време и толкова по-висока е крайната пропускателна способност на такава точка за достъп ще бъде. Алгоритъмът е последната граница!
- Преходът от Wi-Fi 5 към Wi-Fi 6 е също толкова революционен по природа и важност, колкото и преходът от 802.11g към 802.11n. След това получихме многопоточна обработка и агрегиране на „полезен товар“ - сега получаваме едновременен достъп до средата и най-накрая работещи MU-MIMO и Beamforming (първо, както знаем, това са почти едно и също нещо; второ, дискусията „ защо MU- MIMO е изобретен в 802.11ac, но не може да бъде накаран да работи” е темата на отделна дълга статия :) Както 802.11n, така и Wi-Fi 6 работят и в двете ленти (2,4 GHz и 5 GHz), за разлика от техните „междинни“ предшественици - наистина „шест е новите четири“!
Малко за произхода на тази статия
Статията е написана за конкурс, организиран от Huawei (първоначално публикуван ). Когато го написах, до голяма степен разчитах на собствения си доклад на конференцията „Безпроводов“, която се проведе през 2019 г. в Санкт Петербург (можете да гледате записа на речта , само имайте предвид - звукът там, честно казано, не е страхотен, въпреки произхода на видеото от Санкт Петербург!).
Източник: www.habr.com
