Hey.
Si l'on en croit la théorie de la simplicité d'Einstein, selon laquelle le principal indicateur de compréhension d'un sujet réside dans la capacité à l'expliquer le plus simplement possible, je vais tenter d'expliquer, dans cet article, de la manière la plus simple et la plus détaillée possible, l'action d'un seul détail de la nouvelle norme. Pour une raison inconnue, même la Wi-Fi Alliance juge indigne d'être mentionné dans l'infographie sur les nouvelles fonctionnalités du Wi-Fi 6, bien qu'il soit, comme nous le verrons bientôt, très important et remarquable. Tout ici n'est pas suffisamment approfondi et certainement pas exhaustif (car un tel éléphant est difficile à manger, même en morceaux), mais j'espère que nous apprendrons tous quelque chose de nouveau et d'intéressant grâce à mes exercices oraux.
Cette même norme 802.11ax que nous attendons avec impatience depuis au moins deux ans apporte son lot de nouveautés et de surprises. Quiconque souhaite en parler est toujours confronté à un choix : soit organiser une analyse comparative des différentes versions, en mentionnant une multitude d’abréviations et d’acronymes, en essayant de ne pas s’enliser dans les mécanismes complexes qui les sous-tendent, soit conclure un rapport d’une heure sur un point qui plaît particulièrement à l’auteur. J’irai même plus loin : la majeure partie de mon article sera consacrée à quelque chose qui n’est même pas nouveau !
Ainsi, depuis vingt ans, certains réseaux de données sans fil reposent sur une multitude de normes 802.11, et, comme tout orateur qui se respecte, je devrais reconstituer un peu la chronologie de la chaîne d'événements qui a donné au monde des milliards d'appareils compatibles entre eux. Mais, en tant qu'auteur respectueux du lecteur, je risque de ne pas le faire. Il y a cependant quelques points à rappeler.
Toutes les versions du Wi-Fi ont privilégié la fiabilité à la maximisation du débit. Cela découle du mécanisme d'accès au support (CSMA/CA), qui n'est pas optimal pour exploiter les derniers kilobits par seconde du support de transmission (vous pouvez en savoir plus sur les imperfections du monde en général et du Wi-Fi en particulier dans l'article de mon ancien collègue). ), mais incroyablement résilient dans presque toutes les conditions. En fait, il est possible de violer presque tous les principes de conception des réseaux Wi-Fi, et les données y seront toujours échangées ! Le mécanisme par lequel les clients Wi-Fi peuvent transmettre et/ou recevoir leurs portions de données vise à garantir ce que l'on appelle en anglais un mot à l'aura technocratique difficile à traduire : la robustesse. La couche de modulation augmente, l'agrégation des trames avec les données (pas tout à fait, mais laissez faire !) réparties sur elle continue de fonctionner selon les deux principes fondamentaux de la norme 802.11, qui assurent cette fiabilité inégalée :
- « Pendant que l’un parle, les autres restent silencieux » ;
- « Tout, sauf les données, est dit lentement et clairement. »
Le deuxième point est bien plus dommageable pour le débit du réseau qu'il n'y paraît à première vue. Voici une image intéressante illustrant une donnée envoyée sur un réseau Wi-Fi :
Voyons ce que cela signifie pour le commun des mortels qui ignorent le nombre de pages de la norme 802.11-2016. Le débit de transfert de données que le système inscrit dans les propriétés du réseau sans fil et que les spécialistes marketing de chaque fabricant inscrivent sur les boîtiers des points d'accès (vous l'avez sans doute déjà vu : 1,7 Gbit/s ! 2,4 Gbit/s ! 9000 100 Gbit/s !) représente non seulement le pic et le maximum à XNUMX % du temps de transmission, mais aussi la vitesse à laquelle seule la partie bleue de ce magnifique graphique sera envoyée. Tout le reste sera envoyé à une vitesse appelée « débit de gestion » en anglais (et aussi en russe, car la traduction de ces expressions risque d'aggraver les malentendus entre ingénieurs), qui est non seulement plusieurs fois inférieure, mais aussi DES CENTAINES fois. Par exemple, sans configuration supplémentaire, un réseau 802.11ac capable de fonctionner avec des clients à un débit de 1300 6 Mbit/s transmet toutes les informations de service (toutes celles qui ne sont pas en bleu sur notre graphique de plus en plus inquiétant) à un débit de gestion de XNUMX Mbit/s. Soit plus de deux cents fois plus lent !
Une question logique se pose : par quel mois, pardon, une idée aussi malveillante a-t-elle pu s'introduire dans la norme utilisée par des milliards d'appareils dans le monde ? La réponse logique est : compatibilité, compatibilité, compatibilité ! Le réseau du point d'accès le plus récent doit pouvoir fonctionner avec des appareils de dix, voire quinze ans, et c'est dans tous ces éléments « non bleus » que transitent les informations, que les appareils lents et anciens entendront, comprendront correctement et n'essaieront pas de transmettre pendant les échanges de données ultra-rapides. La robustesse exige des sacrifices !
Je suis maintenant prêt à donner à tous ceux qui sont intéressés un outil indispensable pour être horrifiés par les mégabits potentiels transmis qui sont perdus sans but dans le Wi-Fi moderne - c'est déjà devenu un sujet d'étude obligatoire dans les cercles d'ingénierie concernés Calculateur de temps d'antenne Wi-Fi par Gjermund Raaen, passionné du norvégien 802.11. Il est disponible à — le résultat de son travail ressemble à ceci :
La ligne 1 indique le temps nécessaire à un périphérique 1512n pour transmettre un paquet de données de 802.11 20 octets dans une largeur de canal de XNUMX MHz.
La ligne 2 est le temps qu'il faut pour transmettre le même paquet par un appareil avec la même formule d'antenne, mais fonctionnant déjà selon la norme 802.11ac dans une largeur de canal de 80 MHz.
Comment est-ce possible ? Quatre fois plus de temps d'antenne est « gâché », la modulation maximale est devenue plus complexe de 64QAM à 256QAM, la vitesse du canal est plus élevée. SIX fois (433 Mbps au lieu de 72 Mbps), et le gain n'était que de 25 % du temps d'antenne ?
La compatibilité et les deux principes du 802.11, vous vous souvenez ?
Comment pouvons-nous corriger cette injustice et ce gaspillage ? Nous nous demandons, comme chaque groupe de travail de l'IEEE s'est probablement demandé lorsqu'il a commencé à créer une norme. Plusieurs pistes logiques me viennent à l'esprit :
- Accélérez le transfert de données dans la partie « verte » du graphique. Ceci est effectué lors de la publication de chaque norme, car les grands nombres sont bien visibles sur les boîtiers. En pratique, comme nous venons de le constater, le gain est limité : même en augmentant la vitesse du canal à cent milliards de gigabits par nanoseconde, les autres parties du graphique resteront inchangées. C'est pourquoi je recommande de sauter les paragraphes où les mégabits par seconde sont mentionnés dans tous les articles sur les nouvelles normes 802.11.
- Accélérez toutes les autres parties du graphique. En effet, si nous doublons au moins la vitesse de transmission de tout ce qui n'est pas vert (ou « non bleu », si vous regardez toujours l'image précédente), nous obtiendrons une augmentation d'un peu moins de 50 % du débit réel. Cependant, au prix d'une perte de compatibilité avec les appareils et de nombreuses autres subtilités que vous découvrirez lors de votre préparation à l'examen pour le prestigieux titre de CWNA 🙂 Spoiler : vous ne pourrez pas toujours y parvenir, si vous réfléchissez bien et comprenez les conséquences. En fait, il s'agit d'une violation de l'un des deux principes de la norme 802.11, il faut donc être très prudent !
- Collez ensemble plusieurs de ces cadres avec les parties vertes ensemble. Plus la partie verte est longue, plus l'augmentation de la vitesse du canal est efficace. Oui, il s'agit d'une stratégie parfaitement fonctionnelle, apparue dès la norme 802.11n, et qui constitue l'un des piliers de sa nature révolutionnaire. Le seul problème est que, premièrement, de nombreuses applications se moquent complètement de cette agrégation (par exemple, cette redoutable voix sur Wi-Fi), et deuxièmement, de nombreux appareils s'en moquent également (j'ai un jour décidé de capturer au moins quelques trames agrégées de ce type sur le réseau réel de l'entreprise où je travaille, mais sur plus de 500 XNUMX trames « sélectionnées », il n'y en avait aucune. Le problème réside probablement dans ma méthodologie de collecte de données, mais je suis prêt à en discuter avec qui que ce soit lors d'un entretien personnel !).
- Violez le premier des deux principes 802.11 en commençant à parler pendant que quelqu’un d’autre parle. Et c’est là que le 802.11ax vient à la rescousse.
Quelle chance, j'ai enfin abordé le Wi-Fi 6 dans mon article sur le Wi-Fi 6 ! Si vous lisez encore ceci, c'est que vous êtes soit obligé de le faire pour une raison quelconque, soit vraiment intéressé. Ainsi, bien que le 802.11ax hérite en grande partie des développements précédents de la famille 802.11 (et pas seulement, d'ailleurs : des fonctionnalités intéressantes sont apparues dans le 802.16, aussi appelé WiMAX), certains éléments restent originaux et originaux. Ces mots sont généralement accompagnés d'une image comme celle-ci, disponible sur le site web de la Wi-Fi Alliance :
Comme je l'ai dit dès le début, un seul de ces points clés ne peut être abordé correctement dans le cadre d'un seul article, ou plutôt, aucun de ceux présentés dans l'image (quelle surprise !). Je suis sûr que vous avez déjà lu un million de brèves descriptions de chacun de ces huit éléments clés, mais je vais poursuivre mon long récit fastidieux sur ce qui suit concernant l'OFDMA – l'accès multiple au média (contrôle d'accès MU), qui, comme on le voit, n'a pas été abordé dans l'infographie. Et en vain !
L'accès multiple rend la division du canal en sous-porteuses totalement inutile. Pourquoi essayer d'analyser différentes portions du spectre s'il n'existe aucun mécanisme capable de forcer les clients du nouveau réseau Wi-Fi 6 à enfreindre l'une des règles inébranlables jusqu'à présent et à communiquer simultanément ? Et, bien sûr, un tel mécanisme devait absolument apparaître, réduisant ainsi l'impact du problème des informations de service « longues » par rapport aux données. Comment ? C'est très simple : la partie « lente », celle du service, est envoyée de la même manière qu'avant, mais la partie « rapide », celle où transitent les données, est envoyée simultanément depuis plusieurs (ou vers plusieurs) appareils, sur commande ! Voici à quoi cela ressemble :
Cela paraît compliqué, mais en réalité, c'est assez simple à expliquer : le point d'accès, utilisant une trame spéciale, compréhensible par tous les appareils (même non Wi-Fi 6 !), signale qu'il est prêt à transmettre simultanément des données à STA1 et STA2. L'en-tête de cette trame étant parfaitement compréhensible même par des clients très anciens, ils en déduisent à juste titre que le réseau sera occupé pendant un certain temps à transmettre des informations aux autres clients du réseau, et commencent le décompte jusqu'à la fin de cette période (comme toujours en Wi-Fi). Mais les appareils STA1 et STA2 comprennent que les données leur seront désormais transmises d'une nouvelle manière, simultanément, chacun sur sa portion de canal. Ils répondent simultanément au point d'accès, puis confirment de manière synchrone la réception de la trame (chacun avec sa propre portion de données !), et le support est à nouveau libéré. Le fonctionnement est similaire :
La principale différence, et la plus frappante, réside dans le fait que le point d'accès, dans ce cas, informe également les stations pouvant communiquer simultanément du début de la transmission, grâce à une trame spéciale appelée « Trigger ». Il s'agit en réalité d'un nouveau « déclencheur » pour l'ensemble du mécanisme d'accès multiple simultané au média, ce qui constitue, à mon humble avis, l'une des innovations les plus importantes de la nouvelle norme. C'est grâce à ce mécanisme que les clients reçoivent un « planning » pour se répartir un canal de fréquence ; c'est grâce à lui qu'ils informent simultanément le point d'accès qu'ils ont reçu leurs portions de données et qu'ils ont pu les analyser. Le point d'accès informe ainsi toutes les stations pouvant communiquer simultanément du début de la transmission ; c'est grâce à lui qu'il commence à lui envoyer les données requises. Le nouveau mécanisme de trame « Trigger » nous permet de réduire l'utilisation irrationnelle du temps d'antenne, et ce, de manière aussi efficace que possible pour que de nombreux clients puissent l'utiliser et le percevoir correctement !
Formulons maintenant les principales thèses qui découlent de toute cette longue histoire et prétendent être TL;DR :
- Les points d'accès de la nouvelle norme 802.11ax, même en s'appuyant sur une seule des nombreuses innovations, commenceront déjà à augmenter le débit total de l'ensemble du réseau second Appareil client compatible ! Dès qu'au moins deux clients peuvent communiquer simultanément, toutes choses égales par ailleurs (je n'ai aucune raison de penser que les pilotes des modules radio clients seront mieux écrits qu'avant, ce qui signifie que l'agrégation des parties « utiles » des trames et de nombreuses autres fonctions dépendantes du client ne fonctionneront toujours pas aussi bien « en moyenne »), ils augmenteront DÉJÀ le débit moyen. Si vous envisagez un nouveau réseau Wi-Fi, il est donc judicieux de considérer d'emblée les points d'accès les plus récents et les plus performants, car même s'il existe encore peu de clients pour eux, la situation ne restera pas ainsi longtemps.
- Toutes les astuces et astuces dont dispose aujourd'hui un bon ingénieur sans fil resteront d'actualité. Le mécanisme d'accès au support, bien que modernisé, a violé les principes fondamentaux en vigueur depuis plus de 20 ans, tout en maintenant la compatibilité au premier plan. Il est toujours nécessaire de supprimer les débits de gestion « lents » (et de comprendre pourquoi et quand), et de planifier correctement la couche physique, car aucun mécanisme de la couche canal ne fonctionnera en cas de problème au niveau de la couche physique. C'est tout simplement possible. encore mieux.
- Presque toutes les décisions concernant le Wi-Fi 6 sont prises par le point d'accès. Comme on peut le constater, il gère l'accès des clients à l'environnement, combinant les appareils en « périodes » de fonctionnement simultané. Pour aller plus loin, le travail du TWT repose entièrement sur le point d'accès. Désormais, le point d'accès doit non seulement « diffuser le réseau » et stocker le trafic dans des files d'attente, mais aussi suivre tous les clients et planifier la combinaison la plus rentable possible en fonction de leurs besoins en bande passante et en trafic, de leur batterie et bien plus encore ; j'appelle ce processus « orchestration ». Les algorithmes qui permettent au point d'accès de prendre toutes ces décisions ne sont pas réglementés, ce qui signifie que la véritable approche qualité et structurelle des fabricants se manifestera précisément dans le développement des algorithmes d'orchestration. Plus les points d'accès anticipent précisément les besoins des clients, plus ils pourront les combiner en plusieurs groupes d'accès de manière efficace et uniforme. Ainsi, plus les ressources en temps d'antenne seront utilisées de manière rationnelle et plus le débit final du point d'accès sera élevé. L'algorithme est la dernière frontière !
- La transition du Wi-Fi 5 au Wi-Fi 6 est aussi révolutionnaire par son essence et son importance que celle du 802.11g au 802.11n. Après le multi-streaming et l'agrégation de « charges utiles », nous bénéficions désormais d'un accès simultané au média et, enfin, du MU-MIMO et du Beamforming (d'une part, comme nous le savons, il s'agit quasiment de la même chose ; d'autre part, la question de savoir « pourquoi le MU-MIMO a été inventé dans le 802.11ac, mais qu'ils n'ont pas réussi à le faire fonctionner » fait l'objet d'un long article distinct 🙂). Le 802.11n et le Wi-Fi 6 fonctionnent dans les deux bandes de fréquences (2,4 GHz et 5 GHz), contrairement à leurs prédécesseurs « intermédiaires » ; véritablement, « six est le nouveau quatre » !
Quelques mots sur les origines de cet article
L'article a été écrit pour un concours organisé par Huawei (initialement publié ). Pour l'écrire, je me suis largement appuyé sur mon propre rapport à la conférence Bezprovodov, qui a eu lieu en 2019 à Saint-Pétersbourg (vous pouvez regarder l'enregistrement du discours , gardez juste à l’esprit que le son là-bas, franchement parlant, n’est pas génial, malgré l’origine de la vidéo à Saint-Pétersbourg !).
Source: habr.com
