مهمترین چیز در مورد Wi-Fi 6. نه، جدی

سلام

اگر به نظریه سادگی انیشتین اعتقاد دارید، شاخص اصلی درک یک موضوع، توانایی توضیح دادن آن به ساده ترین شکل ممکن است، پس در این پست سعی خواهم کرد تا حد امکان به سادگی و به طور کامل تأثیر تنها یک جزئیات جدید را توضیح دهم. استانداردی که به دلایلی حتی Wi-Fi Alliance نیز در اینفوگرافیک در مورد ویژگی های جدید وای فای 6 بی ارزش می داند که البته همانطور که به زودی با هم خواهیم دید بسیار مهم و قابل توجه است. همه چیز در اینجا به اندازه کافی عمیق و مطمئناً جامع نیست (زیرا خوردن چنین فیلی حتی در قسمت هایی دشوار است) اما امیدوارم همه ما از تمرینات کلامی من چیز جدید و جالبی برای خود یاد بگیریم.

همان 802.11ax که حداقل برای سال دوم هر روز منتظرش بودیم، چیزهای جدید و شگفت انگیز زیادی را به همراه دارد. هر کسی که بخواهد چیزی در مورد او بگوید همیشه یک انتخاب دارد: یا یک مسابقه اجمالی روی سر انجام دهد، سطلی از اختصارات و اختصارات را ذکر کند، سعی کنید در مکانیسم های پیچیده زیر کاپوت هر یک از آنها گرفتار نشوید، یا بپیچید. یک گزارش یک ساعته در مورد یک چیز تهیه کنید که برای نویسنده بسیار خوشایند است. من حتی بیشتر از این هم ریسک می کنم: بیشتر یادداشت من به چیزی اختصاص داده می شود که حتی جدید نیست!

بنابراین، بیش از بیست سال است که برخی از شبکه‌های داده بی‌سیم بر اساس مجموعه‌ای از استانداردهای خانواده 802.11 ساخته شده‌اند، و مانند هر بلندگوی دیگری که به خود احترام می‌گذارد، باید کمی خط زمانی کل زنجیره را بازیابی کنم. رویدادهایی که میلیاردها دستگاه قابل کارکرد را در اختیار جهان قرار دادند - اما، به عنوان نویسنده ای که به خواننده احترام می گذارد، هنوز هم ریسک می کنم که این کار را انجام ندهم. با این حال، ما باید چیزی را به یکدیگر یادآوری کنیم.

همه تکرارهای Wi-Fi به جای به حداکثر رساندن توان، قابلیت اطمینان را در اولویت قرار داده اند. این از مکانیسم دسترسی به رسانه (CSMA/CA) ناشی می شود، که از نظر فشار دادن آخرین کیلوبیت در ثانیه از رسانه انتقال، بهینه ترین نیست (شما می توانید در مورد عیوب جهان به طور کلی و Wi بیشتر بخوانید. -Fi به طور خاص در مقاله توسط همکار سابق من اسکوم در اینجا نقاط وجود دارد، اما تقریباً در هر شرایطی بسیار بادوام است. در واقع، شما می توانید تقریباً تمام اصول طراحی شبکه Wi-Fi را بشکنید - و چنین شبکه ای همچنان داده ها را مبادله می کند! تمام مکانیسمی که توسط آن مشتریان شبکه Wi-Fi قادر به انتقال و/یا دریافت بخش‌هایی از داده‌های خود هستند، با هدف اطمینان از واژه‌ای است که در انگلیسی واژه‌ای با قابلیت ترجمه دشواری از فن‌سالاری، استحکام نامیده می‌شود. کل لایه مدولاسیون افزایش می‌یابد، تجمع فریم‌ها با داده‌ها (نه دقیقاً همین‌طور، اما همین‌طور باشد!) که در بالا آغشته شده‌اند، پس از دو اصل اصلی 802.11 که این قابلیت اطمینان بی‌نظیر را فراهم می‌کنند، به کار خود ادامه می‌دهد:

1. "در حالی که یکی صحبت می کند، بقیه ساکت هستند";
2. "همه چیز به جز داده ها به آرامی و واضح گفته می شود."

نکته دوم بسیار بیشتر از آنچه در نگاه اول به نظر می رسد به پهنای باند شبکه آسیب وارد می کند. در اینجا یک تصویر جالب است که یک قطعه داده ارسال شده در یک شبکه Wi-Fi را نشان می دهد:

بیایید بفهمیم برای مردم عادی که نمی دانند چند صفحه در استاندارد 802.11-2016 وجود دارد چه معنایی دارد. سرعت انتقال داده‌ای که سیستم در ویژگی‌های شبکه بی‌سیم می‌نویسد و بازاریابان هر سازنده‌ای روی جعبه‌های نقطه دسترسی می‌کشند (خوب، احتمالاً آن را دیده‌اید - 1,7 گیگابیت بر ثانیه! 2,4 گیگابیت بر ثانیه! 9000 گیگابیت بر ثانیه!) ، نه تنها اوج و حداکثر در 100٪ زمان اشغال شده توسط ارسال است، بلکه سرعتی است که تنها قسمت آبی رنگ در این نمودار زیبا ارسال می شود. همه چیزهای دیگر با سرعتی ارسال می‌شوند که در انگلیسی نرخ مدیریت نامیده می‌شود (و در روسی نیز، زیرا ترجمه چنین عباراتی باعث سوء تفاهم بیشتر بین مهندسان می‌شود) و این سرعت نه فقط چندین بار، بلکه با یک عامل کمتر است. صدها یک بار. به عنوان مثال، بدون هیچ تنظیمات اضافی، یک شبکه 802.11ac، که می تواند با کلاینت ها با سرعت کانال 1300 مگابیت بر ثانیه کار کند، تمام اطلاعات سرویس (هر چیزی که در نمودار وحشتناک ما آبی نیست) را با نرخ مدیریت 6 انتقال می دهد. Mb/s بیش از دویست برابر کندتر!

سوال منطقی این است - چه، ببخشید، چه ماهی می تواند چنین ایده خرابکاری حتی به بخشی از استانداردی تبدیل شود که میلیاردها دستگاه در سراسر جهان بر اساس آن کار می کنند؟ پاسخ منطقی سازگاری، سازگاری، سازگاری است! شبکه در جدیدترین اکسس پوینت باید قابلیت کار برای دستگاه های ده و حتی پانزده ساله را فراهم کند، و در تمام این قطعات «غیر آبی» است که اطلاعات پرواز می کند که دستگاه های مسن کند را می شنوند، به درستی می فهمند و می فهمند. سعی نمی‌کند در طول سرعت فوق‌العاده داده‌های خود را ارسال کند. استحکام نیاز به فداکاری دارد!

اکنون من آماده هستم تا به هر کسی که علاقه مند است یک ابزار ضروری برای ترسیدن از مگابیت های انتقال داده شده بالقوه که بی هدف در Wi-Fi مدرن از بین می رود - ارائه دهم - این قبلاً برای مطالعه در محافل مهندسی درگیر اجباری شده است. ماشین حساب WiFi AirTime توسط نروژی 802.11 علاقه مندان به Gjermund Raaen. در دسترس است این لینک - نتیجه کار او چیزی شبیه به این است:

خط 1 زمان صرف شده برای انتقال یک بسته داده 1512 بایتی توسط دستگاه 802.11n در عرض کانال 20 مگاهرتز است.

خط 2 زمان صرف شده برای انتقال همان بسته توسط دستگاهی با فرمول آنتن یکسان است، اما در حال حاضر طبق استاندارد 802.11ac در یک کانال 80 مگاهرتز کار می کند.

چگونه ممکن است - چهار برابر زمان پخش بیشتر "فاسد" شده است، حداکثر مدولاسیون از 64QAM به 256QAM پیچیده تر شده است، سرعت کانال بالاتر است شش بار (433 مگابیت بر ثانیه به جای 72 مگابیت بر ثانیه)، اما حداکثر 25 درصد از زمان پخش به دست آمده است؟

سازگاری و دو اصل 802.11، یادتان هست؟

خوب، چگونه می‌توانیم چنین بی‌عدالتی و اسراف را اصلاح کنیم - همانطور که احتمالاً هر گروه کاری IEEE که شروع به ایجاد یک استاندارد کرده است، از خود می‌پرسیم؟ چندین مسیر منطقی به ذهن می رسد:

1. سرعت انتقال داده ها در قطعه "سبز" نمودار. این کار زمانی انجام می شود که هر استاندارد منتشر شود، زیرا اعداد بزرگ روی جعبه ها زیبا به نظر می رسند. در عمل، همانطور که تازه متوجه شدیم، افزایش محدودی را به همراه دارد - حتی اگر سرعت کانال را تا صد هزار میلیون گیگابیت در هر نانوثانیه افزایش دهیم، تمام قسمت های دیگر نمودار از بین نمی روند. به همین دلیل است که توصیه می‌کنم در تمام داستان‌های مربوط به تمام استانداردهای جدید 802.11، از پاراگراف‌هایی که مگابیت در ثانیه را ذکر می‌کنند صرفنظر کنید.
2. سرعت تمام بخش های دیگر نمودار را افزایش دهید. در واقع، اگر ما حداقل سرعت انتقال همه چیزهای "غیر سبز" را دو برابر کنیم (خوب، یا "غیر آبی"، اگر همچنان به تصویر قبلی نگاه می کنید)، کمی کمتر از 50 دریافت خواهیم کرد. ٪ افزایش در توان واقعی - با این حال، با از دست دادن سازگاری با دستگاه ها و تعدادی از تفاوت های ظریف دیگر که هنگام رفتن برای آماده شدن برای امتحان عنوان افتخار CWNA با آنها آشنا می شوید :) اسپویلر: همیشه نمی توانید این کار را پس از فکر کردن و درک اینکه به چه چیزی منجر می شود، انجام دهید. در واقع، این نقض یکی از دو اصل 802.11 است، بنابراین باید بسیار مراقب آن باشید!
3. چندین قاب مانند این را با قسمت های سبز کنار هم قرار دهید. هر چه قسمت سبز طولانی تر باشد، افزایش سرعت کانال موثرتر است. بله، این یک استراتژی کاملاً کارآمد است که در 802.11n ظاهر شد و یکی از چندین سنگ بنای ماهیت انقلابی آن است. تنها مشکل این است که اولاً تعدادی از برنامه ها در مورد چنین تجمعی (مثلاً همان Voice تشنه به خون از طریق Wi-Fi) هیچ اهمیتی نداشتند ، ثانیاً تعدادی از دستگاه ها نیز به آن توجهی نکردند. (به نحوی تصمیم گرفتم آن را به دست بیاورم، اگرچه چندین فریم از این قبیل در شبکه واقعی شرکتی که من در آن کار می کنم وجود داشت، اما برای بیش از 500 هزار فریم "برداشت شده"، دقیقاً هیچ فریم تجمعی وجود نداشت. به احتمال زیاد، مشکل این است که در روش جمع‌آوری داده‌های من، اما من آماده هستم که در هر جایی با هر کسی در مورد آن بحث کنم. گاهی در یک گفتگوی شخصی!).
4. اولین مورد از دو اصل 802.11 را با شروع به صحبت زمانی که شخص دیگری در حال صحبت است، نقض کنید. و اینجاست که 802.11ax در واقع به کمک می آید.

خیلی خوب است که در داستان خود در مورد Wi-Fi 6 بالاخره به وای فای 6 رسیدم! اگر هنوز در حال خواندن این مطلب هستید، یا به دلایلی مجبور به خواندن آن هستید یا واقعاً علاقه مند هستید. بنابراین، اگرچه 802.11ax بخش عظیمی از پیشرفت‌های قبلی کل خانواده 802.11 را به ارث می‌برد (و نه تنها، اتفاقاً - برخی چیزهای جالب در 802.16 ظاهر شد، با نام WiMAX)، چیزی در آن هنوز تازه و اصلی است. معمولاً این کلمات با تصویری مانند این همراه است که در وب سایت Wi-Fi Alliance موجود است:

همانطور که از همان ابتدا رزرو کردم، در محدوده یک مقاله قابل خواندن، تنها یکی از این نکات کلیدی، یا بهتر است بگوییم، هیچ یک از موارد نشان داده شده در تصویر را در نظر بگیریم (چه شگفت انگیز است!). من مطمئن هستم که شما قبلاً میلیون ها توصیف سریع از هر یک از این هشت عنصر کلیدی را خوانده اید، اما من داستان طولانی خسته کننده خود را در مورد آنچه از OFDMA در ادامه می آید - کنترل دسترسی چندگانه به رسانه (کنترل دسترسی MU) ادامه می دهم. می بینیم، من اصلا اینفوگرافیک را دریافت نکردم. اما کاملاً بیهوده است!

دسترسی چندگانه چیزی است که بدون آن تقسیم یک کانال به حامل های فرعی اصلا معنی ندارد. اگر هیچ مکانیزمی وجود ندارد که بتواند مشتریان شبکه جدید وای فای 6 را وادار کند تا یکی از قوانین تا به حال تزلزل ناپذیر را زیر پا بگذارند و همزمان شروع به صحبت کنند، چرا سعی کنید به بخش های مختلف طیف نگاه کنید؟ و، البته، چنین مکانیزمی به سادگی باید ظاهر می شد - و تأثیر مشکل "طولانی" را در مقایسه با داده های اطلاعات اختصاصی کاهش می داد. چگونه؟ بله، بسیار ساده است: اجازه دهید بخش خدمات "آهسته" به همان روش قبلی ارسال شود، اما ما بخش "سریع" را که در آن داده ها مستقیماً به طور همزمان از چندین (یا به چندین) دستگاه ارسال می شود، ارسال می کنیم. فرمان! چیزی شبیه این به نظر می رسد:

به نظر پیچیده است، اما در اصل توضیح آن بسیار آسان است: نقطه دسترسی، با استفاده از یک قاب خاص که برای همه دستگاه‌ها (حتی Wi-Fi 6!) قابل درک است، گزارش می‌دهد که آماده انتقال داده‌ها به طور همزمان به STA1 و STA2. از آنجایی که "هدر" این فریم حتی برای کلاینت‌های بسیار قدیمی کاملاً قابل درک است، آنها به این نتیجه می‌رسند که امواج رادیو برای مدت زمان مشخصی مشغول انتقال اطلاعات به سایر کلاینت‌های شبکه خواهند بود و شروع به شمارش معکوس تا پایان می‌کنند. از این دوره (در واقع، مثل همیشه در Wi-Fi). اما دستگاه‌های STA1 و STA2 می‌دانند که اکنون داده‌ها به روشی جدید، به طور همزمان، هرکدام در قطعه‌ای از کانال خود به آن‌ها منتقل می‌شوند، و همزمان به نقطه دسترسی پاسخ می‌دهند و سپس به طور همزمان دریافت را تأیید می‌کنند. قاب (هر کدام با بخش خاص خود از داده ها!)، و محیط دوباره آزاد می شود. "از پایین به بالا" تقریباً به همین روش کار می کند:

اصلی‌ترین و بارزترین تفاوت این است که نقطه دسترسی در این موقعیت به ایستگاه‌هایی که می‌توانند همزمان صحبت کنند، با استفاده از یک فریم ویژه به نام Trigger می‌گویند که چه زمانی شروع به ارسال کنند. این در واقع یک "ماشه" جدید از کل مکانیسم دسترسی همزمان چندگانه به رسانه است، که به نظر حقیر من، یکی از مهم ترین نوآوری های "زیر سرپوش" استاندارد جدید است. در آن است که مشتریان یک "برنامه" در مورد نحوه تقسیم یک کانال فرکانس بین خود دریافت می کنند. اینجاست که کلاینت ها به طور همزمان به نقطه دسترسی اطلاع می دهند که بخش هایی از داده های خود را دریافت کرده اند و می توانند آنها را تجزیه کنند. در آن، نقطه دسترسی به همه کسانی که می توانند همزمان در مورد شروع انتقال داده ها "صحبت کنند" اطلاع می دهد - در آن، نقطه دسترسی شروع به ارسال داده های مورد نیاز برای آن می کند. مکانیسم جدید Trigger frame در واقع به شما امکان می دهد استفاده غیرمنطقی از زمان پخش را کاهش دهید - و به همان اندازه که بسیاری از مشتریان می توانند از آن استفاده کنند و آن را به درستی درک کنند!

حال بیایید تزهای اصلی را که از کل این داستان طولانی دنبال می‌شود، فرموله کنیم و برای TL;DR واجد شرایط باشیم:

1. نقاط دسترسی استاندارد جدید 802.11ax، حتی با تکیه بر تنها یکی از بسیاری از نوآوری ها، شروع به افزایش توان کل شبکه در حال حاضر از قبل خواهد کرد. دوم دستگاه مشتری سازگار! به محض اینکه حداقل دو مشتری وجود دارد که می توانند همزمان صحبت کنند، پس همه چیزهای دیگر برابر هستند (من دلیلی ندارم که فرض کنم درایورهای ماژول های رادیویی مشتری بهتر از قبل نوشته می شوند، به این معنی که تجمیع بخش‌های «مفید» قاب‌ها، و بسیاری دیگر از توابع وابسته به مشتری هنوز «به طور متوسط ​​در باغ‌وحش» کار نمی‌کنند) آنها از قبل میانگین توان را افزایش می‌دهند. بنابراین اگر به فکر یک شبکه وای فای جدید هستید، منطقی است که فوراً جدیدترین و بهترین نقاط دسترسی را در نظر بگیرید، زیرا حتی اگر در حال حاضر مشتریان کمی برای آنها وجود داشته باشد، وضعیت برای مدت طولانی به این شکل باقی نخواهد ماند.
2. تمام ترفندها و ترفندهایی که امروزه در زرادخانه یک مهندس بی سیم خوب وجود دارد برای مدت طولانی مرتبط باقی خواهند ماند - اگرچه مکانیسم دسترسی به رسانه به روز شده است و اصول سنگ بنای آن را که بیش از 20 سال به طول انجامیده است، نقض می کند، اما همچنان حفظ شده است. سازگاری در خط مقدم شما هنوز باید نرخ های مدیریت "آهسته" را قطع کنید (و هنوز باید دلیل و زمان را درک کنید)، هنوز باید لایه فیزیکی را به درستی برنامه ریزی کنید، زیرا در صورت وجود مشکلات در سطح فیزیکی، هیچ مکانیزمی در سطح پیوند داده کار نخواهد کرد. مرحله. فرصت انجام شد حتی بهتر.
3. تقریباً تمام تصمیمات در وای فای 6 توسط نقطه دسترسی گرفته می شود. همانطور که می بینیم، دسترسی مشتری به محیط را با گروه بندی دستگاه ها در "دوره های" عملکرد همزمان کنترل می کند. کمی جلوتر از کنار، کار TWT نیز کاملا بر دوش نقطه دسترسی است. اکنون AP نه تنها باید «شبکه» را پخش کند و ترافیک را در صف ذخیره کند، بلکه سوابق همه مشتریان را نیز حفظ کند، و بر اساس پهنای باند و نیازهای ترافیک، باتری‌ها و خیلی چیزهای دیگر، برنامه‌ریزی کند که چگونه آنها را با سود بیشتری با یکدیگر ترکیب کند. - من این فرآیند را "ارکستراسیون" می نامم. الگوریتم هایی که نقطه دسترسی تمام این تصمیمات را می گیرد تنظیم نمی شود، به این معنی که کیفیت واقعی و رویکرد ساختاری تولیدکنندگان دقیقاً در توسعه الگوریتم های ارکستراسیون متجلی می شود. هرچه نقاط دقیق‌تر نیازهای مشتریان را پیش‌بینی کنند، بهتر و یکنواخت‌تر می‌توانند آنها را در گروه‌های دسترسی چندگانه ترکیب کنند - بنابراین، منابع زمان پخش منطقی‌تر استفاده می‌شود و توان عملیاتی نهایی چنین نقطه دسترسی بالاتری خواهد داشت. خواهد بود. الگوریتم آخرین مرز است!
4. انتقال از Wi-Fi 5 به Wi-Fi 6 به اندازه انتقال از 802.11g به 802.11n ماهیت و اهمیت انقلابی دارد. سپس ما چند رشته و انباشت "بار" را دریافت کردیم - اکنون دسترسی همزمان به رسانه و در نهایت MU-MIMO و Beamforming را داریم (اول، همانطور که می‌دانیم، اینها تقریباً یکسان هستند؛ دوم، بحث "چرا MU- MIMO در 802.11ac اختراع شد، اما نمی توان آن را به کار انداخت” موضوع یک مقاله طولانی جداگانه است :) هر دو 802.11n و Wi-Fi 6 در هر دو باند (2,4 گیگاهرتز و 5 گیگاهرتز) کار می کنند، برخلاف پیشینیان "واسطه" خود - واقعاً، "شش، چهار جدید است"!

کمی در مورد ریشه های این مقاله
مقاله برای مسابقه ای نوشته شده است که توسط هواوی برگزار شد (در ابتدا منتشر شد اینجا). هنگام نوشتن آن، تا حد زیادی به گزارش خودم در کنفرانس "Bezprovodov" که در سال 2019 در سن پترزبورگ برگزار شد (شما می توانید ضبط سخنرانی را تماشا کنید) تکیه کردم. در یوتیوب، فقط به خاطر داشته باشید - صدا در آنجا، رک و پوست کنده، با وجود منشأ سن پترزبورگ ویدیو عالی نیست!).

منبع: www.habr.com