Tere.
Kui uskuda Einsteini lihtsuse teooriat, siis on teema mõistmise peamine näitaja oskus selgelt ja lihtsalt seda selgitada. Seetõttu püüan ka selles postituses maksimaalselt lihtsalt ja detailselt selgitada ühe elemendi tegevust uuest standardist, mida Wi-Fi Liit mingil põhjusel peab vääriliseks, et seda uue Wi-Fi 6 võimaluste infograafikas mainida. Kuigi me varsti koos veendume, et see on äärmiselt oluline ja tähelepanuväärne. Siin ei ole kõik piisavalt sügavalt käsitletud ja kindlasti mitte kõikjal, sest sellist elevanti on raske isegi tükkideks jagada. Kuid loodan, et saame kõik minu sõnalistest harjutustest midagi uut ja huvitavat enda jaoks.
See 802.11ax, mida me oleme oodanud juba vähemalt kaks aastat, toob endaga kaasa hulgaliselt uut ja hämmastavat. Igaühe ees, kes soovib sellest rääkida, seisab alati valik: kas teha ülevaade, viidates hulgale akronüümidele ja lühenditele, püüdes mitte upuda keeruliste mehhanismide alla, mis nende taga peituvad, või keskenduda ühe teema käsitlemisele, mis autorile kõige rohkem meeldib. Riskin minna veelgi kaugemale: suurem osa minu märkmeid keskendub isegi mitte uuele!
Nii on nüüdseks rohkem kui kakskümmend aastat osa juhtmeta andmeedastusvõrkudest ehitatud 802.11 standardite rikka alusel. Ja nagu iga endast lugupidav esineja, peaksin ma natuke taastama kõikide sündmuste ajatelje, mis on andnud maailmale miljardeid omavahel ühilduvaid seadmeid – kuid lugupidavana lugeja vastu riskin seda siiski mitte teha. Siiski, on asju, mida oleks paslik omavahel meenutada.
Kõik Wi-Fi iteratsioonid on seadnud prioriteediks usaldusväärsuse, mitte maksimaalsete läbilaskvuste saavutamise. See tuleneb keskkonnale juurdepääsu mehhanismist (CSMA/CA), mis ei ole sugugi optimaalne, et viimaseid kilobite sekundi jooksul rakendada. Kui soovid, võid lugeda minu endise kolleegi artiklist maailma üldisest ebatäiuslikkusest ja Wi-Fi-st eraldi. ), kuid uskumatult püsiv praktiliselt igasugustes tingimustes. Tõepoolest, saab rikkuda praktiliselt kõik Wi-Fi-võrkude projekteerimise alused — ja sellises võrgus toimub andmeedastus ikkagi! Kogu mehhanism, mis tagab ingliskeelses keeles keerulise tehnokraatia terminiga robustness, on suunatud sellele, et Wi-Fi võrgu kliendid saaksid edastada ja/või vastu võtta oma andmepakette. Kogu modulatsioonide tõstete kiht, andmefreetide agregatsioon (mitte täpselt nii, aga las olla!) töötab juba pärast kahte põhialust 802.11, mis tagavad selle ületamatu usaldusväärsuse:
- “Kui üks räägib — teised vaikivad”;
- “Kõik muu, välja arvatud andmed, öeldakse aeglaselt ja selgelt”.
Teine punkt põhjustab võrgu läbilaskevõimele palju suuremat kahju, kui alguses tunduda võiks. Siin on kena pilt, mis illustreerib ühte saadetud andmefragmenti Wi-Fi-võrgus:
Uurime, mida see tähendab tavalistele inimestele, kes ei tea, kui palju lehekülgi 802.11-2016 standardis on. See andmevahetuse kiirus, mis kirjutatakse juhtmevaba võrgu omadustesse ja mida turundajad igasuguste tootjate juures juurdepääsupunktide kastidesse joonistavad (noh, te olete kindlasti näinud — 1,7 Gb/s! 2,4 Gb/s! 9000 Gb/s!), ei ole mitte ainult tipp- ja maksimaalne 100% tehingute vahel, vaid on ka kiirus, millega saadetakse ainult see sinine osa sellel ilusal graafikul. Kõik muu edastatakse kiirusel, mida inglise keeles nimetatakse management rate (ja ka vene keeles, sest selliste terminite tõlkimine ähvardab edasist arusaamatust inseneride vahel), ja see on madalam mitte lihtsalt mitu korda, vaid SADA korda. Näiteks ilma igasuguste täiendavate seadistusteta Wi-Fi 802.11ac, mis suudab töötada klientidega kanalikiirusel 1300 Mb/s, edastab kogu teenuseinfo (kõik, mis pole meie kõik üha hirvemal graafikul sinine) management rate 6 Mb/s. Üle kahe sajandi aeglasem!
Loogiline küsimus – millal, vabandage, millise kuu kuupäeval võiks selline kahjulik idee üldse standardisse sattuda, mille kohaselt töötavad miljardid seadmed üle kogu maailma? Loogiline vastus – ühilduvus, ühilduvus, ühilduvus! Uusim punkt päästikus peab tagama töötamise võimaluse kümne ja isegi viieteistkümne aasta vanustele seadmetele, ning just kõigis nendes "mitte-sinistes" lõikudes liikleb info, mida aeglased vanad seadmed kuulevad, õigesti mõistavad ja ei püüa ülikiirete andmepakkide ajal edastada enda omi. Vastupidavus nõuab ohvreid!
Nüüd olen valmis andma igale huvilisele asendamatut tööriista, et jahmuda tänapäeva Wi-Fi potentsiaalsetest edasiantavatest megabittidest – see on juba muutunud kohustuslikuks uurimistööks selles valdkonnas tegutsevates insenerringkondades. WiFi AirTime kalkulaator Norra entusiasti 802.11 Gjermund Raaeni autoriteedist. See on saadaval aadressil — tema töö tulemus näeb välja umbes selline:
Rida 1 – aeg, mis kulus 1512 baiti andmepaketi edastamiseks seadme 802.11n kaudu 20 MHz kanalil.
Rida 2 – aeg, mis kulus sama paketi edastamiseks seadme puhul, millel on sama antenni valem, kuid see töötab juba standardi 802.11ac alusel 80 MHz kanalil.
Kuidas on võimalik – et "rikkus" nelja korda rohkem sagedust, maksimaalne modulatsioon keerustus 64QAM-st 256QAM-ini, kanalikiirus on suurem KUUE kord (433 Mb/s asemel 72 Mb/s), kuid saadakse vaid 25% võrgu ajakasutuse kasu?
Ühilduvus ja kaks 802.11 põhimõtet, kas mäletate?
Oleme küsimiseks üle, kuidas sellist ebaõiglust ja raiskamist parandada – küsime endalt, nagu ilmselt küsis iga IEEE töörühm, kes alustas standardi loomist? Mulle tuleb meelde mitu loogilist teed:
- Kiires edastuses "rohelises" graafiku lõigus. Seda tehakse iga standardi väljatöötamisel, sest suured numbrid näevad kastides ilusad välja. Praktiliselt, nagu just märkisime, annab see lõppkokkuvõttes vähe tõusust – isegi kui kiirus tõuseb sada tuhat miljonit gigabitti nanosekundi jooksul, ei kao graafiku muud osad kuhugi. Just seepärast soovitan iga uue 802.11 standardi juttu kirjutades vahele jätta lõigud, kus mainitakse megabitte sekundis.
- Kiirendada kõiki teisi graafiku osi. Tõepoolest, kui me vähemalt kahekordistame kiiruse, millega edastatakse kõik "mitte-rohelised" (noh, või "mitte-sinised", kui te ikka veel vaatate eelmist pilti), siis saame natuke vähem kui 50% tõelist läbilaskevõimekasvu — tõsi, aga see toob kaasa ühilduvuse kaotamise seadmetega ja veel mitmete nüansside, millest kuulete, kui hakkate valmistuma eksamiks uhke CWNA tiitli nimel 🙂 Spoiler: seda ei õnnestu alati teha, mõeldes hoolikalt, milleni see viib. Tegelikult rikub see üht kahest 802.11 põhimõttest, seega tuleb olla väga ettevaatlik!
- Kududa kokku mitmeid selliseid raame roheliste osadega. Mida pikem on roheline osa, seda efektiivsemalt toimib kanalikiiruse suurendamine. Jah, see on täiesti töötav strateegia, mis ilmus juba 802.11n ja on üks mitmest nurgakivist selle revolutionaarsuses. Probleem on selles, et, esimese, mitmed rakendused ei hooli sellisest agregatsioonist (näiteks see eriti verejanuline Voice over Wi-Fi), teiseks, mitmed seadmed ei hooli ka sellest (mäletan, et üritasin kinni püüda vähemalt mõned sellised agregaatraamid reaalses ettevõtte võrgust, kus töötan, aga >500k "kinni püütud" kaadrilt oli agregaatidega neid täpselt null. Tõenäoliselt on probleem minu andmete kogumise metoodikas, aga olen valmis sellest arutama igaühega, kes soovib kuskil isiklikus vestluses!).
- Rikkuda ka esimest kahest 802.11 põhimõttest, hakates rääkima, kui keegi räägib. Ja siinkohal tuleb appi 802.11ax.
Kauaoodatud, lõpuks olen oma Wi-Fi 6 jutustuses jõudnud tegeliku Wi-Fi 6-ni! Kui te ikka veel seda loete, siis kas olete kohustatud seda tegema mingil põhjusel või olete tõeliselt huvitatud. Nii et, kuigi 802.11ax pärib suure osa eelnevatest arendustest kogu 802.11 pere seas (ja mitte ainult, muide — mõned toredad asjad ilmusid üldiselt 802.16, tuntud ka kui WiMAX), on seal siiski mõned värsked ja originaalsed elemendid. Tavaline on, et nende sõnade puhul pannakse kokku selline pilt, mis on saadaval Wi-Fi Alliance'i veebilehel:
Nii nagu ma alguses ütlesin, suudame me ühe mugavalt loetava artikli raames arutada vaid ühte neist olulistest punktidest, täpsemalt, mitte ühtegi kujutisel esitatud punktidest (üllatus, üllatus!). Olen kindel, et olete juba lugenud miljonit ülevaadet neist kaheksast põhielemendist, aga mina jätkan oma tüütu pika juttu OFDMA-st – mitmekordne juurdepääs keskkonnale (MU-access control), mis, nagu me näeme, infograafikasse ei kuulunud. Ja täiesti põhjusega!
Mitmekordne juurdepääs on see, ilma milleta kanalite jagamine alamvõngeteks poleks mingit mõtet. Miks üritada vaadata erinevaid spektri osi, kui ei ole mehhanismi, mis sundiks uus Wi-Fi 6 võrgu klientide hulka rikkuma üht senituntud reeglit ja hakkama rääkima samal ajal? Ja loomulikult pidi see mehhanism ilmuma – ning vähendama murede mõju “pika” võrreldes teenuste info edastamisega. Kuidas? Väga lihtsalt: laske “aeglast” teenuse osa edastada nagu enne, aga “kiire” osa, kus edastatakse tegelikud andmed, saadame samaaegselt mitmest (või mitme) seadme kaudu korraldusega! Näeb välja umbes nii:
See tundub keeruline, kuid oma olemuselt on see piisavalt lihtsasti seletatav: juurdepääsupunkt teavitab spetsiaalse kaadri abil, mis on arusaadav kõigile (isegi mitte Wi-Fi 6!) seadmetele, et ta on valmis edastama andmeid samaaegselt STA1 ja STA2-le. Kuna selle kaadri “pealkiri” on täiesti arusaadav isegi kõige vanematele klientidele, teevad nad õige järelduse, et eeter on teatud ajaks hõivatud andmete edastamisega teiste võrgu klientide jaoks ja hakkavad lugema aega selle perioodi lõpuni (nagu alati Wi-Fi-s). Kuid seadmed STA1 ja STA2 mõistavad, et neile edastatakse andmed juba uuel viisil, samaaegselt, igaühele oma kanalitükis, ja vastavad juurdepääsupunktile samuti samaaegselt, ning seejärel kinnitavad nad raami vastuvõtmist sünkroonnaalselt (igaühel oma andmeportsjoniga!), ja keskkond vabastatakse taas. „Alt üles“ töötab see umbes sama moodi:
Peamine ja silmatorkav erinevus on see, et juurdepääsupunkt teatab sel juhul jaamadele, mis suudavad samaaegselt rääkida, millal alustada edastamist, kasutades selleks spetsiaalset raami, mida nimetatakse Triggeriks. See on põhimõtteliselt uus "kahur" kogu mitmekordse samaaegse juurdepääsu mehhanismi, mis minu arvates on üks tähtsamaid innovatsioone uue standardi "kapoti all". Just selles saavad kliendid "graafiku", kuidas nad saavad jagada ühte sageduskanalit; just siin teatavad kliendid samaaegselt juurdepääsupunktile, et nad on saanud oma andmepakid ja suudavad neid töödelda. Juurdepääsupunkt teavitab kõiki, kes saavad samaaegselt "rääkida", andmete edastamise algusest — just seal juurdepääsupunkt alustab ka andmete saatmist, mis talle vajalikud on. Uus mehhanism Trigger frame võimaldab tõhusalt vähendada eetris olevate ressursside ebaefektiivset kasutamist — ja seda nii tõhusalt, kui palju kliente suudavad seda kasutada ja õigesti tajuda!
Ja nüüd formuleerime põhiteesid, mis tulenevad kogu sellest pikast jutust ja pretenteerivad TL;DR:
- Uue standardi 802.11ax juurdepääsupunktid, tuginedes isegi vaid ühele paljusid uuendusi, hakkavad juba alates oli ligipääs sisselogimise ja parooli kaudu. ühilduvatest kliendiseadmetest tõstma kogu võrgu kumulatiivset läbilaskevõimet! Niikaua kui vähemalt kaks klienti suudavad samaaegselt rääkida, tõstavad nad võrreldes teiste tingimustega (mul ei ole ühtegi põhjust eeldada, et klientide raadiomoodulite draivereid kirjutatakse paremini kui varem, mis tähendab, et "kasulike" raamide agregatsioon ja paljud teised kliendist sõltuvad funktsioonid töötavad endiselt "keskmiselt" mitte kõige paremini) KUNA nad JUBA tõstavad keskmist läbilaskevõimet. Seega, kui olete mõelnud uuele Wi-Fi võrgule — tasub kohe kaaluda kõige uuemaid ja paremaid juurdepääsupunkte, sest isegi kui kliente on nende jaoks praegu veel vähe — ei jää olukord selliseks kauaks.
- Kõik trikid ja nipid, mis tänapäeval on heade traadita inseneride arsenalis, jäävad pikaks ajaks asjakohaseks — juurdepääsumehhanism keskkonnale on küll värskendatud, rikkudes üle 20 aasta kestnud põhialuseid, kuid see peab endiselt kohal hulka koosolekute kasutamise kompatibiilsust. Jätkuvalt tuleb välja lülitada "aeglased" juhtimise kiirus (ja endiselt tuleb mõista, miks ja millal), samuti on oluline õigesti planeerida füüsilist taset, sest ükski kanali taseme mehhanism ei toimi, kui füüsilisel tasemel on probleeme. Lihtsalt on tekkinud võimalus teha veel paremat.
- Peaaegu kõik Wi-Fi 6 lahendused teeb ligipääsupunkt. Nagu me näeme, haldab ta klientide juurdepääsu keskkonnale, ühendades seadmeid koos „perioodide“ samaaegse töö kaudu. Kui vaadata veel natuke kaugemale — TWT töö sõltub täiesti ligipääsupunktist. Nüüd peab TP mitte ainult „edastama võrku“ ja hoidma liiklust järjekordades, vaid ka arvestama kõiki kliente, planeerides, kuidas neid kasulikult üksteisega ühendada lähtuvalt nende ribalaiustest ja liiklustest, nende akudest ja paljus muust — ma kutsun seda protsessi „orkestreerimiseks“. Algrütmid, mille alusel ligipääsupunkt neid otsuseid teeb, ei ole reguleeritud, seega tuleb tootjate tegelik kvaliteet ja struktureeritud lähenemine esile parandavate algrütmide arendamises. Mida täpsemalt punktid prognoosivad klientide vajadusi, seda paremini ja ühtlasemalt nad saavad neid grupiühendustes koondada - seega on raadioreource kasutamine ratsionaalsem ja lõpuks on sellise ligipääsupunkti läbilaskevõime suurem. Algrütm — viimane piir!
- Üleminek Wi-Fi 5-lt Wi-Fi 6-le on oma olemuselt ja tähtsuselt sama revolutsiooniline kui üleminek 802.11g-lt 802.11n-le. Sel ajal saime me mitme voolu ja koormuse kogumise – nüüd saame me samaaegse juurdepääsu keskkonnale ja lõpuks toimivad MU-MIMO ja Beamforming (esiteks, nagu me teame, on need peaaegu sama; teiseks, arutelu selle üle, miks MU-MIMO 802.11ac-s leiutati, kuid ei suutnud töötada, on tõeliselt suure artikli teema 🙂). Nii 802.11n kui ka Wi-Fi 6 töötavad mõlemal sagedusalal (2,4 GHz ja 5 GHz), erinevalt
keskplatside
eelkäijatest – tõeliselt, kuus on uus neli! Artikkel kirjutati konkursiks, mida korraldas ettevõte Huawei (alguses avaldati see
Allikas: habr.com
