Hej.
Hvis du tror på Einsteins teori om enkelhed, er hovedindikatoren for at forstå et emne evnen til at forklare det så enkelt som muligt, så vil jeg i dette indlæg forsøge at forklare så enkelt og grundigt som muligt effekten af blot én detalje af det nye. standard, som af en eller anden grund selv Wi-Fi Alliance anser for uværdig at nævne i infografik om de nye funktioner i Wi-Fi 6, selvom det, som vi snart vil se sammen, er meget vigtigt og bemærkelsesværdigt. Ikke alt her er dybt nok og bestemt ikke omfattende (fordi sådan en elefant er svær at spise selv i dele), men jeg håber, at vi alle vil lære noget nyt og interessant for os selv af mine verbale øvelser.
Den samme 802.11ax, som vi har ventet på hver dag i mindst andet år, bringer en masse nye og fantastiske ting med sig. Enhver, der vil fortælle noget om ham, har altid et valg: enten lav et oversigtsløb over hovedet, nævne en bøtte af forkortelser og forkortelser, forsøge ikke at sidde fast i de komplekse mekanismer under hætten på hver af dem, eller pakke ind. op en timelang rapport om én ting, mest glædeligt for forfatteren. Jeg vil risikere at gå endnu længere: det meste af min note vil blive afsat til noget, der ikke engang er nyt!
Så i mere end tyve år nu er nogle af de trådløse datanetværk blevet bygget i overensstemmelse med en række standarder fra 802.11-familien, og som enhver højttaler med respekt for sig selv, ville jeg være nødt til en smule at genoprette tidslinjen for hele kæden af begivenheder, der gav verden milliarder af interoperable enheder - men som forfatter, der respekterer læseren, risikerer jeg stadig ikke at gøre dette. Vi bør dog minde hinanden om noget.
Alle iterationer af Wi-Fi har prioriteret pålidelighed frem for at maksimere gennemløbet. Dette følger af medium access-mekanismen (CSMA/CA), som ikke er den mest optimale ud fra et synspunkt om at presse de sidste kilobits pr. sekund fra transmissionsmediet (du kan læse mere om verdens ufuldkommenheder generelt og Wi -Fi især i artiklen af min tidligere kollega ), men utrolig holdbar under næsten alle forhold. Faktisk kan du bryde næsten alle de grundlæggende elementer i Wi-Fi-netværksdesign - og et sådant netværk vil stadig udveksle data! Hele mekanismen, hvormed Wi-Fi-netværksklienter er i stand til at transmittere og/eller modtage deres dele af data, er rettet mod at sikre, hvad der på engelsk kaldes et ord med en svær at oversætte flair af teknokrati, robusthed. Hele laget af modulering øges, aggregering af frames med data (ikke ligefrem sådan, men så må det være!) smurt på toppen fortsætter med at fungere efter de to hovedprincipper i 802.11, som giver denne uovertrufne pålidelighed:
- "Mens man taler, tier resten";
- "Alt undtagen data bliver sagt langsomt og tydeligt."
Det andet punkt forårsager meget mere skade på netværkets båndbredde, end det kan se ud ved første øjekast. Her er et sejt billede, der illustrerer et stykke data sendt på et Wi-Fi-netværk:
Lad os finde ud af, hvad det betyder for almindelige mennesker, der ikke ved, hvor mange sider der er i 802.11-2016-standarden. Dataoverførselshastigheden, som systemet skriver i det trådløse netværks egenskaber, og som marketingfolk fra enhver producent trækker på adgangspunktsbokse (nå, du har sikkert set det - 1,7 Gb/s! 2,4 Gb/s! 9000 Gb/s!) , ikke kun er det peak og maksimum ved 100% af tiden optaget af transmission, men det er også den hastighed, hvormed kun den blå del i denne smukke graf vil blive sendt. Alt andet vil blive sendt med en hastighed, der kaldes management rate på engelsk (og også på russisk, fordi oversættelse af sådanne udtryk truer med yderligere misforståelser mellem ingeniører), og som er lavere ikke blot flere gange, men med en faktor på HUNDREDE enkelt gang. For eksempel, uden yderligere indstillinger, transmitterer et 802.11ac-netværk, som kan arbejde med klienter med en kanalhastighed på 1300 Mb/s, al serviceinformation (alt, der ikke er blåt i vores stadig mere forfærdelige graf) med en administrationshastighed på 6 Mb/s. Mere end to hundrede gange langsommere!
Det logiske spørgsmål er - hvad, undskyld mig, hvilken måned kunne sådan en sabotageidé overhovedet blive en del af den standard, som milliarder af enheder fungerer efter rundt om i verden? Det logiske svar er kompatibilitet, kompatibilitet, kompatibilitet! Netværket på det nyeste adgangspunkt skulle give mulighed for at fungere for ti- og endda femten år gamle enheder, og det er i alle disse "ikke-blå" stykker, informationsflyver, som langsomme ældre enheder vil høre, forstå korrekt og vil ikke forsøge at transmittere under ultra-højhastigheds stykker data deres. Robusthed kræver ofre!
Nu er jeg klar til at give alle interesserede et uundværligt værktøj til at blive forfærdet over de potentielle transmitterede megabits, der planløst går tabt i moderne Wi-Fi - dette er allerede blevet obligatorisk for studier i de involverede ingeniørkredse WiFi AirTime Lommeregner af den norske 802.11-entusiast Gjermund Raaen. Den er tilgængelig kl — resultatet af hans arbejde ser sådan ud:
Linje 1 er den tid, der bruges på at sende en 1512 byte datapakke af en 802.11n enhed i en 20 MHz kanalbredde.
Linje 2 er den tid, der bruges på at sende den samme pakke af en enhed med den samme antenneformel, men som allerede fungerer i henhold til 802.11ac-standarden i en 80 MHz-kanal.
Hvordan kan det være - fire gange mere sendetid er blevet "forkælet", den maksimale modulering er blevet mere kompleks fra 64QAM til 256QAM, kanalhastigheden er højere SEKS gange (433 Mb/s i stedet for 72 Mb/s), men højst 25 % af sendetiden blev vundet?
Kompatibilitet og to principper for 802.11, husker du?
Nå, hvordan kan vi rette op på en sådan uretfærdighed og sløseri - vi spørger os selv, som enhver IEEE-arbejdsgruppe, der begyndte at skabe en standard sikkert spurgte sig selv? Flere logiske veje kommer til at tænke på:
- Accelerer dataoverførslen i det "grønne" stykke af grafen. Dette gøres, når hver standard udgives, fordi store tal ser pæne ud på boksene. I praksis giver det, som vi lige har bemærket, en endelig stigning – selvom vi accelererer kanalhastigheden til hundrede tusinde millioner gigabits per nanosekund, vil alle andre dele af grafen ikke forsvinde. Det er derfor, jeg anbefaler, at du i alle historier om alle de nye 802.11-standarder springer over de afsnit, der nævner megabit pr. sekund.
- Fremskynd alle andre dele af grafen. Faktisk, hvis vi i det mindste fordobler den hastighed, hvormed alt "ikke-grønt" transmitteres (nå, eller "ikke-blåt", hvis du stadig ser på det forrige billede), så får vi lidt mindre end en 50 % stigning i reel gennemstrømning - dog ved at miste kompatibilitet med enheder og en række andre nuancer, som du vil lære om, når du skal forberede dig til eksamen til den stolte titel CWNA :) Spoiler: du vil ikke altid være i stand til at gør dette, efter at have tænkt grundigt og forstået, hvad det vil føre til. Faktisk er dette en overtrædelse af et af de to principper i 802.11, så du skal være meget forsigtig med det!
- Sæt flere rammer sammen som denne med de grønne dele sammen. Jo længere den grønne del er, jo mere effektiv er stigningen i kanalhastigheden. Ja, dette er en fuldstændig fungerende strategi, som dukkede op tilbage i 802.11n og er en af flere hjørnesten i dens revolutionære karakter. Det eneste problem er, for det første, at en række applikationer ikke brød sig om en sådan aggregering (f.eks. den samme blodtørstige Voice over Wi-Fi), for det andet var en række enheder heller ikke ligeglade med det (på en eller anden måde besluttede jeg dog at fange det. Der ville have været flere sådanne aggregerede frames på det rigtige netværk hos det firma, jeg arbejder for, men for >500 "opsamlede" frames var der nøjagtig nul aggregerede frames. Problemet er højst sandsynligt i min dataindsamlingsmetode, men jeg er klar til at diskutere det med hvem som helst hvor som helst. engang i en personlig samtale!).
- Overtræde det første af de to principper i 802.11 ved at begynde at tale, når en anden taler. Og det er her, 802.11ax faktisk kommer til undsætning.
Det er dejligt, at jeg endelig kom til selve Wi-Fi 6 i min historie om Wi-Fi 6! Hvis du stadig læser dette, er du enten nødt til det af en eller anden grund, eller også er du virkelig interesseret. Så selvom 802.11ax arver en stor del af de tidligere udviklinger af hele 802.11-familien (og ikke kun i øvrigt - nogle fede ting dukkede op i 802.16, alias WiMAX), er noget i den stadig frisk og original. Normalt er disse ord ledsaget af et billede som dette, tilgængeligt på Wi-Fi Alliances hjemmeside:
Da jeg lavede et forbehold helt fra begyndelsen, vil vi inden for rammerne af én læsbar artikel kun være i stand til at overveje ét af disse nøglepunkter, eller rettere sagt ingen af dem, der er vist på billedet (hvilken overraskelse!). Jeg er sikker på, at du allerede har læst en million hurtige beskrivelser af hver af disse otte nøgleelementer, men jeg vil fortsætte min kedelig lange historie om, hvad der følger af OFDMA - adgangskontrol til flere medier (MU-adgangskontrol), som som vi kan se, jeg fik slet ikke infografikken. Men det er fuldstændig forgæves!
Multiple access er noget, uden hvilket det overhovedet ikke giver nogen mening at opdele en kanal i underbærere. Hvorfor prøve at se på forskellige stykker spektrum, hvis der ikke er nogen mekanisme, der kan tvinge klienter af det nye Wi-Fi 6-netværk til at bryde en af de hidtil urokkelige regler og begynde at tale på samme tid? Og selvfølgelig skulle en sådan mekanisme simpelthen dukke op - og reducere virkningen af det "lange" problem sammenlignet med proprietære informationsdata. Hvordan? Ja, det er meget enkelt: Lad den "langsomme" servicedel sendes på samme måde som før, men vi sender den "hurtige" del, hvor data sendes direkte, samtidigt fra flere (eller til flere) enheder på kommando! Det ser sådan ud:
Det ser kompliceret ud, men i bund og grund er det ret nemt at forklare: adgangspunktet, der bruger en speciel ramme, der er forståelig for alle (ikke engang Wi-Fi 6!) enheder, rapporterer, at det er klar til at transmittere data samtidigt til STA1 og STA2. Da "headeren" af denne ramme er fuldstændig forståelig selv for meget, meget gamle klienter, drager de den korrekte konklusion, at radiobølgerne vil være optaget i en vis tid med at sende information til andre klienter på netværket og begynder at tælle tiden ned. indtil udgangen af denne periode (faktisk som altid i Wi-Fi). Men enhederne STA1 og STA2 forstår, at nu vil data blive transmitteret til dem på en ny måde, samtidigt, hver på deres eget stykke af kanalen, og de reagerer på adgangspunktet på samme tid og bekræfter så også synkront modtagelsen af rammen (hver med sin egen portion data!), og miljøet frigøres igen. "Bottom-up" fungerer det på nogenlunde samme måde:
Den vigtigste og mest slående forskel er, at adgangspunktet i denne situation fortæller stationer, der kan tale på samme tid, hvornår de skal begynde at sende, ved hjælp af en speciel ramme kaldet Trigger. Dette er i virkeligheden en ny "trigger" af hele mekanismen med flere samtidige adgange til mediet, som efter min ydmyge mening er en af de vigtigste innovationer "under hætten" af den nye standard. Det er i den, at klienter modtager et "skema" for, hvordan man deler en frekvenskanal imellem sig; det er her, klienter samtidig informerer adgangspunktet om, at de har modtaget deres dele af data og var i stand til at parse dem. I det giver adgangspunktet alle, der kan "tale" på samme tid, om starten af datatransmission - i det begynder adgangspunktet at sende det de nødvendige data. Den nye Trigger-rammemekanisme giver dig faktisk mulighed for at reducere den irrationelle brug af sendetid - og så effektivt som mange kunder kan bruge den og opfatte den korrekt!
Lad os nu formulere hovedteserne, der følger af hele denne lange historie og kvalificere os til TL;DR:
- Adgangspunkter i den nye 802.11ax-standard vil, selv afhængige af blot én af mange innovationer, begynde at øge den samlede gennemstrømning af hele netværket allerede fra kl. den anden kompatibel klientenhed! Så snart der er mindst to klienter, der kan tale på samme tid, så har alt andet lige (jeg har ingen grund til at antage, at drivere til klientradiomoduler vil blive skrevet bedre end tidligere, hvilket betyder, at aggregeringen af "nyttige" dele af rammer og mange andre klientafhængige funktioner vil stadig ikke fungere "i gennemsnit i en zoologisk have"), de vil ALLEREDE øge den gennemsnitlige gennemstrømning. Så hvis du tænker på et nyt Wi-Fi-netværk, giver det mening med det samme at overveje de nyeste og bedste adgangspunkter, for selvom der stadig er få klienter til dem nu, vil situationen ikke forblive sådan længe.
- Alle de tricks og tricks, der er i arsenalet hos en god trådløs ingeniør i dag, vil forblive relevante i lang tid - selvom mekanismen til at få adgang til mediet er blevet opdateret, hvilket krænker hjørnestensprincipperne, der har varet mere end 20 år, holder den stadig kompatibilitet i højsædet. Du skal stadig afskære "langsomme" administrationshastigheder (og du skal stadig forstå hvorfor og hvornår), du skal stadig planlægge det fysiske lag korrekt, fordi ingen mekanisme på datalinkniveau vil fungere, hvis der er problemer på det fysiske. niveau. Muligheden opstod lige for at gøre endnu bedre.
- Næsten alle beslutninger i Wi-Fi 6 træffes af adgangspunktet. Som vi kan se, styrer den klientadgang til miljøet ved at gruppere enheder i "perioder" med samtidig drift. Bevæger man sig lidt længere til siden, er TWT's arbejde også helt på skuldrene af adgangspunktet. Nu skal AP ikke kun "broadcaste netværket" og gemme trafik i køer, men også føre optegnelser over alle klienter og planlægge, hvordan de kan kombineres mere rentabelt med hinanden baseret på deres båndbredde og trafikbehov, deres batterier og meget, meget mere Jeg kalder denne proces "orkestrering." Algoritmerne, som adgangspunktet vil tage alle disse beslutninger med, er ikke reguleret, hvilket betyder, at producenternes reelle kvalitet og strukturelle tilgang vil blive manifesteret netop i udviklingen af orkestreringsalgoritmer. Jo mere præcist punkterne forudsiger kundernes behov, jo bedre og mere ensartet vil de være i stand til at kombinere dem i flere adgangsgrupper - derfor, jo mere rationelt vil lufttidsressourcerne blive brugt, og jo højere er den endelige gennemstrømning af et sådant adgangspunkt. vil være. Algoritmen er den sidste grænse!
- Overgangen fra Wi-Fi 5 til Wi-Fi 6 er lige så revolutionerende af natur og betydning som overgangen fra 802.11g til 802.11n. Så fik vi multi-threading og "payload" aggregering - nu får vi samtidig adgang til mediet og endelig fungerer MU-MIMO og Beamforming (for det første er det som bekendt næsten det samme; for det andet diskussionen "hvorfor MU- MIMO blev opfundet i 802.11ac, men kunne ikke fås til at virke” er emnet for en separat lang artikel :) Både 802.11n og Wi-Fi 6 fungerer i begge bånd (2,4 GHz og 5 GHz), i modsætning til deres "mellemliggende" forgængere - i sandhed, "seks er de nye fire"!
Lidt om oprindelsen af denne artikel
Artiklen er skrevet til en konkurrence afholdt af Huawei (oprindeligt offentliggjort ). Da jeg skrev den, stolede jeg i høj grad på min egen rapport på "Bezprovodov"-konferencen, som blev afholdt i 2019 i St. Petersborg (du kan se optagelsen af talen , bare husk - lyden der, ærlig talt, er ikke fantastisk, på trods af videoens Skt. Petersborg-oprind!).
Kilde: www.habr.com