Salutacions.
Si creieu la teoria de la simplicitat d'Einstein, el principal indicador de la comprensió d'un tema és la capacitat d'explicar-lo de la manera més senzilla possible, aleshores en aquest post intentaré explicar de la manera més senzilla i completa possible l'efecte d'un sol detall de la nova estàndard, que per alguna raó fins i tot Wi-Fi Alliance considera indigne d'esmentar-se a la infografia sobre les noves característiques de Wi-Fi 6, encara que, com veurem aviat junts, és molt important i destacable. No tot aquí és prou profund i, certament, no exhaustiu (perquè un elefant així és difícil de menjar fins i tot en parts), però espero que tots aprendrem alguna cosa nova i interessant per nosaltres mateixos dels meus exercicis verbals.
Aquest mateix 802.11ax, que hem estat esperant cada dia almenys des de fa segon any, porta amb si moltes coses noves i sorprenents. Qualsevol que vulgui explicar alguna cosa sobre ell sempre té una opció: o fer una carrera de visió general per sobre dels caps, esmentant una galleda d'abreviatures i abreviatures, intentant no empantanar-se en els complexos mecanismes sota el capó de cadascun d'ells, o embolicar-se. un informe d'una hora sobre una cosa, el més agradable per a l'autor. M'arriscaré a anar encara més enllà: la major part de la meva nota estarà dedicada a alguna cosa que ni tan sols és nova!
Per tant, des de fa més de vint anys, algunes de les xarxes de dades sense fil s'han construït d'acord amb un munt d'estàndards de la família 802.11 i, com qualsevol altaveu que es precie, hauria de restaurar lleugerament la línia de temps de tota la cadena. d'esdeveniments que van donar al món milers de milions de dispositius interoperables, però, com a autor que respecta el lector, encara m'arrisco a no fer-ho. Tanmateix, ens hauríem de recordar alguna cosa.
Totes les iteracions de Wi-Fi han prioritzat la fiabilitat en lloc de maximitzar el rendiment. Això es desprèn del mecanisme d'accés al mitjà (CSMA/CA), que no és el més òptim des del punt de vista d'esprémer els últims kilobits per segon del mitjà de transmissió (podeu llegir més sobre les imperfeccions del món en general i Wi -Fi en particular a l'article del meu antic company ), però increïblement durador en gairebé qualsevol condició. De fet, podeu trencar gairebé tots els fonaments del disseny de la xarxa Wi-Fi, i aquesta xarxa encara intercanviarà dades! Tot el mecanisme pel qual els clients de la xarxa Wi-Fi poden transmetre i/o rebre les seves porcions de dades té com a objectiu garantir el que en anglès s'anomena una paraula amb un estil de tecnocràcia i robustesa difícil de traduir. Tota la capa de modulació augmenta, l'agregació de fotogrames amb dades (no exactament així, però que així sigui!) untades a la part superior continua funcionant després dels dos principis principals de 802.11, que proporcionen aquesta fiabilitat insuperable:
- “Mentre un parla, la resta calla”;
- "Tot excepte les dades es diu lentament i clarament".
El segon punt causa molt més dany a l'ample de banda de la xarxa del que podria semblar a primera vista. Aquí teniu una imatge fantàstica que il·lustra una dada enviada a una xarxa Wi-Fi:
Anem a esbrinar què significa per a la gent normal que no sap quantes pàgines hi ha a l'estàndard 802.11-2016. La velocitat de transferència de dades que el sistema escriu a les propietats de la xarxa sense fil i que els venedors de qualsevol fabricant dibuixen a les caixes de punt d'accés (bé, probablement ho heu vist: 1,7 Gb/s! 2,4 Gb/s! 9000 Gb/s!) , no només és el pic i el màxim al 100% del temps ocupat per la transmissió, sinó que també és la velocitat a la qual només s'enviarà la part blava d'aquest bonic gràfic. Tota la resta s'enviarà a una velocitat que s'anomena taxa de gestió en anglès (i també en rus, perquè traduir aquestes expressions amenaça més malentesos entre enginyers), i que és més baixa no només en diverses vegades, sinó en un factor de CENTENARES un cop. Per exemple, sense cap configuració addicional, una xarxa 802.11ac, que pot treballar amb clients a una velocitat de canal de 1300 Mb/s, transmet tota la informació del servei (tot el que no és blau en el nostre gràfic cada cop més terrible) a una velocitat de gestió de 6. Mb/s. Més de dues-centes vegades més lent!
La pregunta lògica és: què, perdoneu, quin mes podria fins i tot una idea de sabotatge convertir-se en part de l'estàndard pel qual milers de milions de dispositius funcionen a tot el món? La resposta lògica és compatibilitat, compatibilitat, compatibilitat! La xarxa del punt d'accés més recent hauria de proporcionar la capacitat de funcionar per a dispositius de deu i fins i tot de quinze anys, i és en totes aquestes peces "no blaves" on vola la informació que els dispositius de gent gran lents escoltaran, entendran correctament i no intentarà transmetre durant peces de dades d'alta velocitat. La robustesa requereix sacrifici!
Ara estic disposat a oferir a tots els interessats una eina indispensable per horroritzar-se pels possibles megabits transmesos que es perden sense rumb a la Wi-Fi moderna; això ja s'ha convertit en obligatori per estudiar als cercles d'enginyeria implicats. La calculadora de temps d'aire WiFi per l'entusiasta noruec de 802.11 Gjermund Raaen. Està disponible a - el resultat del seu treball és una cosa així:
La línia 1 és el temps dedicat a transmetre un paquet de dades de 1512 bytes per un dispositiu 802.11n en una amplada de canal de 20 MHz.
La línia 2 és el temps dedicat a transmetre el mateix paquet per un dispositiu amb la mateixa fórmula d'antena, però que ja funciona segons l'estàndard 802.11ac en un canal de 80 MHz.
Com pot ser això: quatre vegades més temps d'antena s'ha "malapat", la modulació màxima s'ha tornat més complexa de 64QAM a 256QAM, la velocitat del canal és més alta SIS vegades (433 Mb/s en lloc de 72 Mb/s), però com a màxim es va guanyar un 25% del temps d'aire?
Compatibilitat i dos principis de 802.11, recordeu?
Bé, com podem corregir aquesta injustícia i malbaratament, ens preguntem, com probablement tots els grups de treball de l'IEEE que van començar a crear un estàndard? Em vénen al cap diversos camins lògics:
- Accelera la transferència de dades a la part "verda" del gràfic. Això es fa quan s'allibera cada estàndard, perquè els nombres grans es veuen bé a les caixes. A la pràctica, com acabem de notar, dóna un augment finit: fins i tot si accelerem la velocitat del canal a cent mil milions de gigabits per nanosegon, totes les altres parts del gràfic no desapareixeran. És per això que recomano que en totes les històries sobre tots els nous estàndards 802.11, salteu els paràgrafs que mencionen megabits per segon.
- Accelera totes les altres parts del gràfic. De fet, si almenys doblim la velocitat a la qual es transmet tot el que és "no verd" (bé, o "no blau", si encara esteu mirant la imatge anterior), obtindrem una mica menys d'un 50 % d'augment del rendiment real, però, en perdre la compatibilitat amb els dispositius i una sèrie d'altres matisos que aprendràs quan vagis a preparar-te per a l'examen de l'orgullós títol de CWNA :) Spoiler: no sempre podràs fes-ho, després de pensar molt i entendre a què portarà. De fet, es tracta d'una violació d'un dels dos principis de 802.11, per la qual cosa heu de tenir molta cura amb això!
- Ajunteu diversos marcs com aquest amb les parts verdes juntes. Com més llarga sigui la part verda, més efectiu serà l'augment de la velocitat del canal. Sí, aquesta és una estratègia completament funcional, que va aparèixer en 802.11n i és una de les pedres angulars de la seva naturalesa revolucionària. L'únic problema és que, en primer lloc, a una sèrie d'aplicacions no els importava gens aquesta agregació (per exemple, la mateixa veu assedegada de sang per Wi-Fi), en segon lloc, a diversos dispositius tampoc els importava gens. (d'alguna manera vaig decidir agafar-ho, tot i que hi hauria hagut diversos fotogrames agregats a la xarxa real de l'empresa per a la qual treballo, però per a més de 500 fotogrames "recollits", hi havia exactament zero fotogrames agregats. Molt probablement, el problema és en la meva metodologia de recollida de dades, però estic disposat a parlar-ne amb qualsevol persona a qualsevol lloc. En algun moment en una conversa personal!).
- Infringeix el primer dels dos principis de 802.11 començant a parlar quan algú altre parla. I aquí és on realment 802.11ax ve al rescat.
És fantàstic que finalment hagi arribat a Wi-Fi 6 en la meva història sobre Wi-Fi 6! Si encara esteu llegint això, ho heu de fer per algun motiu o esteu realment interessats. Per tant, tot i que 802.11ax hereta una gran part dels desenvolupaments anteriors de tota la família 802.11 (i no només, per cert, algunes coses interessants van aparèixer a 802.16, també conegut com WiMAX), alguna cosa encara és fresca i original. Normalment aquestes paraules van acompanyades d'una imatge com aquesta, disponible al lloc web de Wi-Fi Alliance:
Com que vaig fer una reserva des del primer moment, en el marc d'un article llegible podrem considerar només un d'aquests punts clau, o millor dit, cap dels que es mostren a la imatge (quina sorpresa!). Estic segur que ja heu llegit un milió de descripcions ràpides de cadascun d'aquests vuit elements clau, però continuaré amb la meva llarga història tediosa sobre el que se segueix de OFDMA: control d'accés a múltiples mitjans (control d'accés MU), que, com veiem, no he rebut gens la infografia. Però és completament en va!
L'accés múltiple és una cosa sense la qual dividir un canal en subportadores no té cap sentit. Per què intentar mirar diferents peces de l'espectre si no hi ha cap mecanisme que pugui obligar els clients de la nova xarxa Wi-Fi 6 a trencar una de les regles fins ara inamovibles i començar a parlar al mateix temps? I, per descomptat, aquest mecanisme simplement havia d'aparèixer i reduir l'impacte del problema "llarg" en comparació amb les dades d'informació propietat. Com? Sí, és molt senzill: deixeu que la part de servei "lenta" s'enviï de la mateixa manera que abans, però enviarem la part "ràpida", en la qual les dades s'envien directament, simultàniament des de diversos (o a diversos) dispositius. comandament! Sembla una cosa així:
Sembla complicat, però en essència és bastant fàcil d'explicar: el punt d'accés, utilitzant un marc especial que és comprensible per a tots els dispositius (ni tan sols Wi-Fi 6!), informa que està preparat per transmetre dades simultàniament a STA1 i STA2. Com que la "capçalera" d'aquest marc és completament comprensible fins i tot per a clients molt, molt antics, arriben a la conclusió correcta que les ones estaran ocupades durant un cert temps transmetent informació a altres clients de la xarxa i comencen a comptar el temps fins al final. d'aquest període (de fet, com sempre en Wi -Fi). Però els dispositius STA1 i STA2 entenen que ara les dades se'ls transmetran d'una manera nova, simultàniament, cadascun a la seva pròpia peça del canal, i responen al punt d'accés al mateix temps, i després també confirmen de manera sincrònica la recepció de el marc (cadascú amb la seva pròpia porció de dades!) i l'entorn s'allibera de nou. "A baix a dalt" funciona de la mateixa manera:
La diferència principal i més sorprenent és que el punt d'accés en aquesta situació indica a les estacions que poden parlar al mateix temps quan començar a transmetre, mitjançant un marc especial anomenat Trigger. Aquest és, de fet, un nou "disparador" de tot el mecanisme d'accés simultani múltiple al mitjà, que és, al meu humil opinió, una de les innovacions més importants "sota el capó" del nou estàndard. És en ell que els clients reben un "programa" sobre com dividir un canal de freqüència entre ells; és aquí on els clients informen simultàniament al punt d'accés que han rebut les seves porcions de dades i han pogut analitzar-les. En ell, el punt d'accés notifica a tothom que pugui "parlar" al mateix temps sobre l'inici de la transmissió de dades; en ell, el punt d'accés comença a enviar-li les dades necessàries. El nou mecanisme de marc Trigger, de fet, us permet reduir l'ús irracional del temps d'aire, i amb la màxima eficàcia que molts clients el puguin utilitzar i percebre correctament!
Ara formulem les tesis principals que se segueixen de tota aquesta llarga història i califiquem per a TL;DR:
- Els punts d'accés del nou estàndard 802.11ax, fins i tot basant-se en una de les moltes innovacions, començaran a augmentar el rendiment total de tota la xarxa ja des de el segon dispositiu client compatible! Tan bon punt hi hagi almenys dos clients que puguin parlar al mateix temps, aleshores, tot igual (no tinc cap motiu per suposar que els controladors per als mòduls de ràdio client s'escriuran millor que abans, la qual cosa significa que l'agregació de parts "útils" dels fotogrames, i moltes altres funcions dependents del client encara no funcionaran "de mitjana en un zoo"), JA augmentaran el rendiment mitjà. Per tant, si esteu pensant en una nova xarxa Wi-Fi, té sentit considerar immediatament els punts d'accés més nous i millors, perquè encara que ara hi hagi pocs clients per a ells, la situació no es mantindrà així durant molt de temps.
- Tots els trucs i trucs que avui hi ha a l'arsenal d'un bon enginyer sense fils continuaran sent rellevants durant molt de temps, encara que el mecanisme d'accés al mitjà s'ha actualitzat, violant els principis fonamentals que han durat més de 20 anys, encara es manté. compatibilitat a l'avantguarda. Encara heu de tallar les taxes de gestió "lentes" (i encara heu d'entendre per què i quan), encara heu de planificar correctament la capa física, perquè cap mecanisme a nivell d'enllaç de dades funcionarà si hi ha problemes a la part física. nivell. Només hi havia una oportunitat de fer-ho encara millor.
- Gairebé totes les decisions a Wi-Fi 6 les pren el punt d'accés. Com podem veure, controla l'accés dels clients a l'entorn agrupant els dispositius en "períodes" d'operació simultània. En moure's una mica més cap al costat, el treball de TWT també està totalment a les espatlles del punt d'accés. Ara l'AP no només ha de "emetre la xarxa" i emmagatzemar el trànsit a les cues, sinó que també ha de mantenir registres de tots els clients, planificant com combinar-los de manera més rendible entre ells en funció de les seves necessitats d'ample de banda i trànsit, les seves bateries i molt, molt més. . — Jo anomeno a aquest procés "orquestració". Els algorismes pels quals el punt d'accés prendrà totes aquestes decisions no estan regulats, la qual cosa significa que la qualitat real i l'enfocament estructural dels fabricants es manifestarà precisament en el desenvolupament d'algorismes d'orquestració. Com més precisió els punts prediguin les necessitats dels clients, millor i de manera més uniforme podran combinar-los en múltiples grups d'accés; per tant, més racionalment s'utilitzaran els recursos de temps d'aire i més gran serà el rendiment final d'aquest punt d'accés. serà. L'algoritme és l'última frontera!
- La transició de Wi-Fi 5 a Wi-Fi 6 és tan revolucionària per naturalesa i importància com la transició de 802.11g a 802.11n. Llavors vam obtenir l'agregació de múltiples fils i "càrrega útil"; ara tenim accés simultani al mitjà i finalment treballem MU-MIMO i Beamforming (en primer lloc, com sabem, són gairebé el mateix; en segon lloc, la discussió "per què MU- MIMO es va inventar a 802.11ac, però no es va poder fer funcionar" és el tema d'un article llarg a part :) Tant 802.11n com Wi-Fi 6 operen en ambdues bandes (2,4 GHz i 5 GHz), a diferència dels seus predecessors "intermedis", realment, "sis és el nou quatre"!
Una mica sobre els orígens d'aquest article
L'article va ser escrit per a un concurs organitzat per Huawei (publicat originalment ). A l'hora d'escriure-lo, em vaig basar en gran mesura en el meu propi informe a la conferència "Bezprovodov", que es va celebrar el 2019 a Sant Petersburg (podeu veure l'enregistrament del discurs). , només cal tenir en compte: el so que hi ha, francament, no és genial, malgrat l'origen de Sant Petersburg del vídeo!).
Font: www.habr.com