Ola
Se cres na teoría da sinxeleza de Einstein, o principal indicador para comprender un tema é a capacidade de explicalo o máis sinxelo posible, entón neste post intentarei explicar o máis sinxelo e completo posible o efecto dun só detalle do novo. estándar, que por algún motivo mesmo a Wi-Fi Alliance considera pouco digno de mención na infografía sobre as novas funcionalidades de Wi-Fi 6, aínda que, como veremos en breve xuntos, é moi importante e destacable. Non todo aquí é o suficientemente profundo e certamente non completo (porque un elefante así é difícil de comer incluso en partes), pero espero que todos aprendamos algo novo e interesante para nós mesmos cos meus exercicios verbais.
Ese mesmo 802.11ax, que levamos agardando todos os días polo menos o segundo ano, trae consigo moitas cousas novas e sorprendentes. Calquera persoa que queira contar algo sobre el sempre ten unha opción: ou facer unha carreira xeral sobre as cabezas, mencionando un balde de abreviaturas e abreviaturas, tratando de non atascarse nos complexos mecanismos baixo o capó de cada un deles, ou envolver. un informe dunha hora sobre unha cousa, o máis agradable para o autor. Arriscarei a ir aínda máis lonxe: a maior parte da miña nota estará dedicada a algo que nin sequera é novo!
Entón, desde hai máis de vinte anos, algunhas das redes de datos sen fíos foron construídas segundo unha morea de estándares da familia 802.11 e, como calquera altofalante que se precie, tería que restaurar lixeiramente a liña de tempo de toda a cadea. de eventos que deron ao mundo miles de millóns de dispositivos interoperables, pero, como autor que respecta ao lector, aínda me arrisco a non facelo. Non obstante, debemos lembrarnos algo.
Todas as iteracións de wifi priorizaron a fiabilidade en lugar de maximizar o rendemento. Isto segue do mecanismo de acceso medio (CSMA/CA), que non é o máis óptimo desde o punto de vista de espremer os últimos kilobits por segundo do medio de transmisión (podes ler máis sobre as imperfeccións do mundo en xeral e Wi -Fi en particular no artigo do meu antigo compañeiro ), pero incriblemente duradeiro en case calquera condición. De feito, pode romper case todos os fundamentos do deseño da rede Wi-Fi, e esa rede aínda intercambiará datos. Todo o mecanismo polo cal os clientes da rede Wi-Fi poden transmitir e/ou recibir as súas porcións de datos ten como obxectivo garantir o que en inglés se chama unha palabra cun toque de tecnocracia difícil de traducir, robustez. Toda a capa de modulación aumenta, a agregación de fotogramas con datos (non exactamente así, pero que así sexa!) untado na parte superior segue funcionando despois dos dous principios principais de 802.11, que proporcionan esta fiabilidade insuperable:
- "Mentres un fala, os demais calan";
- "Todo, excepto os datos, dise lentamente e con claridade".
O segundo punto causa moito máis dano ao ancho de banda da rede do que podería parecer a primeira vista. Aquí tes unha imaxe xenial que ilustra un dato enviado nunha rede wifi:
Imos descubrir o que significa para a xente común que non sabe cantas páxinas hai no estándar 802.11-2016. A velocidade de transferencia de datos que o sistema escribe nas propiedades da rede sen fíos e que os comerciantes de calquera fabricante debuxan nas caixas de puntos de acceso (ben, probablemente o viches - 1,7 Gb/s! 2,4 Gb/s! 9000 Gb/s!) , non só é o pico e o máximo ao 100% do tempo que ocupa a transmisión, senón que tamén é a velocidade á que só se enviará a parte azul deste fermoso gráfico. Todo o demais enviarase a unha velocidade que se chama taxa de xestión en inglés (e tamén en ruso, porque traducir tales expresións ameaza máis malentendidos entre enxeñeiros), e que é máis baixa non só varias veces, senón tamén un factor de CENTOS unha vez. Por exemplo, sen ningunha configuración adicional, unha rede 802.11ac, que pode traballar con clientes a unha velocidade de canle de 1300 Mb/s, transmite toda a información do servizo (todo o que non sexa azul no noso gráfico cada vez máis terrible) a unha taxa de xestión de 6. Mb/s. Máis de duascentas veces máis lento!
A pregunta lóxica é: que, desculpe, en que mes unha idea deste tipo de sabotaxe podería incluso converterse en parte do estándar polo que operan miles de millóns de dispositivos en todo o mundo? A resposta lóxica é compatibilidade, compatibilidade, compatibilidade! A rede do punto de acceso máis novo debería proporcionar a capacidade de funcionar para dispositivos de dez e incluso quince anos, e é en todos estes anacos "non azuis" onde voa a información que lento os dispositivos de idade avanzada escoitarán, comprenderán correctamente e non tentará transmitir durante pezas de datos a ultra-alta velocidade os seus. A robustez require sacrificio!
Agora estou preparado para darlle a todos os interesados unha ferramenta indispensable para sentirse horrorizado polos potenciais megabits transmitidos que se perden sen rumbo na rede Wi-Fi moderna; isto xa se fixo obrigatorio para o estudo nos círculos de enxeñería implicados. Calculadora WiFi AirTime polo entusiasta noruegués 802.11 Gjermund Raaen. Está dispoñible en - o resultado do seu traballo é algo así:
A liña 1 é o tempo empregado en transmitir un paquete de datos de 1512 bytes por un dispositivo 802.11n nun ancho de canle de 20 MHz.
A liña 2 é o tempo que leva transmitindo o mesmo paquete un dispositivo coa mesma fórmula de antena, pero que xa funciona segundo o estándar 802.11ac nunha canle de 80 MHz.
Como pode ser isto: "estropeouse catro veces máis tempo de antena", a modulación máxima volveuse máis complexa de 64QAM a 256QAM, a velocidade da canle é maior SEIS veces (433 Mb/s en lugar de 72 Mb/s), pero como máximo gañouse o 25% do tempo de antena?
Compatibilidade e dous principios de 802.11, lembras?
Ben, como podemos corrixir tal inxustiza e despilfarro - preguntámonos, como probablemente se preguntaron todos os grupos de traballo do IEEE que comezaron a crear un estándar? Varios camiños lóxicos veñen á mente:
- Acelera a transferencia de datos na parte "verde" do gráfico. Isto faise cando cada estándar é lanzado, porque os grandes números quedan ben nas caixas. Na práctica, como acabamos de notar, dá un aumento finito: aínda que aceleremos a velocidade da canle a cen mil millóns de gigabits por nanosegundo, todas as demais partes do gráfico non desaparecerán. É por iso que recomendo que en todas as historias sobre todos os novos estándares 802.11, omita os parágrafos que mencionan megabits por segundo.
- Acelera todas as demais partes do gráfico. De feito, se polo menos duplicamos a velocidade á que se transmite todo o "non-verde" (ben, ou "non-azul", se aínda estás mirando a imaxe anterior), entón obteremos un pouco menos de 50. % de aumento do rendemento real, non obstante, ao perder a compatibilidade cos dispositivos e unha serie de outros matices que aprenderás cando vaias a prepararte para o exame do orgulloso título de CWNA :) Spoiler: non sempre poderás fai isto, despois de pensar moito e comprender a que vai levar. De feito, esta é unha violación dun dos dous principios de 802.11, polo que debes ter moito coidado con el.
- Xunta varios cadros coma este coas partes verdes xuntas. Canto máis longa sexa a parte verde, máis efectivo será o aumento da velocidade da canle. Si, esta é unha estratexia completamente funcional, que apareceu en 802.11n e é unha das varias pedras angulares da súa natureza revolucionaria. O único problema é que, en primeiro lugar, a unha serie de aplicacións non lles importaba un carallo tal agregación (por exemplo, esa mesma voz sedenta de sangue por Wi-Fi), en segundo lugar, a varios dispositivos tampouco lles importaba un carallo. (dalgunha maneira decidín atrapalo aínda que habería varios fotogramas agregados deste tipo na rede real da empresa para a que traballo, pero para máis de 500k fotogramas "recollidos", había exactamente cero fotogramas agregados. O máis probable é que o problema sexa na miña metodoloxía de recollida de datos, pero estou preparado para discutilo con calquera persoa en calquera lugar. nalgún momento nunha conversación persoal!).
- Infrinxe o primeiro dos dous principios de 802.11 comezando a falar cando outra persoa está a falar. E aquí é onde 802.11ax vén realmente ao rescate.
É xenial que finalmente cheguei a Wi-Fi 6 na miña historia sobre Wi-Fi 6! Se aínda estás lendo isto, ou tes que facelo por algún motivo ou estás realmente interesado. Entón, aínda que 802.11ax herda unha gran parte dos desenvolvementos anteriores de toda a familia 802.11 (e non só, por certo - apareceron algunhas cousas interesantes en 802.16, tamén coñecido como WiMAX), algo nel aínda é fresco e orixinal. Normalmente estas palabras van acompañadas dunha imaxe como esta, dispoñible no sitio web da Wi-Fi Alliance:
Como fixen unha reserva dende o primeiro momento, dentro dos límites dun artigo lexible só poderemos considerar un destes puntos clave, ou mellor dito, ningún dos que aparecen na imaxe (que sorpresa!). Estou seguro de que xa liches un millón de descricións rápidas de cada un destes oito elementos clave, pero seguirei a miña tediosamente longa historia sobre o que segue de OFDMA: o control de acceso a varios medios (control de acceso MU), que, como vemos, non me chegaba nada a infografía. Pero é completamente en balde!
O acceso múltiple é algo sen o cal dividir unha canle en subportadoras non ten ningún sentido. Por que tentar mirar diferentes pezas de espectro se non hai ningún mecanismo que poida obrigar aos clientes da nova rede Wi-Fi 6 a romper unha das regras ata agora inquebrantables e comezar a falar ao mesmo tempo? E, por suposto, tal mecanismo simplemente tiña que aparecer e reducir o impacto do problema "longo" en comparación cos datos de información propietaria. Como? Si, é moi sinxelo: deixe que a parte de servizo “lenta” se envíe do mesmo xeito que antes, pero enviaremos a parte “rápida”, na que os datos se envían directamente, simultaneamente desde varios (ou a varios) dispositivos. mando! Parece algo así:
Parece complicado, pero en esencia é bastante fácil de explicar: o punto de acceso, usando un marco especial que é comprensible para todos os dispositivos (nin sequera con Wi-Fi 6!), informa de que está preparado para transmitir datos simultaneamente a STA1 e STA2. Dado que o "encabezado" deste cadro é completamente comprensible incluso para clientes moi, moi antigos, chegan á conclusión correcta de que as ondas de radio estarán ocupadas durante un certo tempo transmitindo información a outros clientes da rede e comezan a contar o tempo ata o final. deste período (de feito, coma sempre en Wi -Fi). Pero os dispositivos STA1 e STA2 entenden que agora os datos se lles transmitirán dunha forma nova, simultaneamente, cada un na súa parte da canle, e responden ao punto de acceso ao mesmo tempo, e despois tamén confirman de forma sincronizada a recepción de o cadro (cada un coa súa propia porción de datos!) e o ambiente volve liberarse. "Abaixo cara arriba" funciona do mesmo xeito:
A diferenza principal e máis rechamante é que o punto de acceso nesta situación indica ás emisoras que poden falar ao mesmo tempo cando comezar a transmitir, mediante un marco especial chamado Trigger. Este é, de feito, un novo "disparador" de todo o mecanismo de acceso múltiple simultáneo ao medio, que é, na miña humilde opinión, unha das innovacións máis importantes "baixo o capó" do novo estándar. É nel que os clientes reciben un "programa" sobre como dividir unha canle de frecuencia entre eles; é aquí onde os clientes informan simultaneamente ao punto de acceso de que recibiron as súas porcións de datos e que puideron analizalas. Nel, o punto de acceso notifica a todos os que poden "falar" ao mesmo tempo sobre o inicio da transmisión de datos; nel, o punto de acceso comeza a enviarlle os datos necesarios. O novo mecanismo de marco Trigger, de feito, permítelle reducir o uso irracional do tempo de antena, e tan eficazmente como moitos clientes poden usalo e percibilo correctamente.
Agora imos formular as teses principais que se derivan de toda esta longa historia e cualifiquemos para TL;DR:
- Os puntos de acceso do novo estándar 802.11ax, aínda que só se basean nunha das moitas innovacións, comezarán a aumentar o rendemento total de toda a rede xa desde o segundo dispositivo cliente compatible! En canto haxa polo menos dous clientes que poidan falar ao mesmo tempo, entón, todas as demais cousas en igualdad de condicións (non teño ningunha razón para asumir que os controladores para os módulos de radio cliente estarán escritos mellor que antes, o que significa que a agregación de partes "útiles" dos cadros e moitas outras funcións dependentes do cliente aínda non funcionarán "de media nun zoolóxico"), XA aumentarán o rendemento medio. Polo tanto, se está a pensar nunha nova rede Wi-Fi, ten sentido considerar de inmediato os puntos de acceso máis novos e mellores, porque aínda que aínda queden poucos clientes para eles agora, a situación non permanecerá así por moito tempo.
- Todos os trucos e trucos que hoxe hai no arsenal dun bo enxeñeiro sen fíos seguirán sendo relevantes durante moito tempo; aínda que o mecanismo de acceso ao medio foi actualizado, violando os principios fundamentais que duraron máis de 20 anos, aínda se mantén. compatibilidade na vangarda. Aínda ten que cortar as taxas de xestión "lentas" (e aínda ten que entender por que e cando), aínda ten que planificar a capa física correctamente, porque ningún mecanismo a nivel de enlace de datos funcionará se hai problemas no físico. nivel. Xurdiu a oportunidade de facelo aínda mellor.
- Case todas as decisións en Wi-Fi 6 son tomadas polo punto de acceso. Como podemos ver, controla o acceso dos clientes ao contorno agrupando os dispositivos en "períodos" de operación simultánea. Movéndose un pouco máis ao lado, o traballo de TWT tamén está totalmente sobre os ombreiros do punto de acceso. Agora o AP non só debe "emitir a rede" e almacenar o tráfico en filas, senón que tamén debe manter rexistros de todos os clientes, planificando como combinalos de xeito máis rendible entre eles en función do seu ancho de banda e das súas necesidades de tráfico, as súas baterías e moito, moito máis. . — A este proceso chamo “orquestración”. Os algoritmos polos que o punto de acceso tomará todas estas decisións non están regulados, o que significa que a calidade real e o enfoque estrutural dos fabricantes se manifestará precisamente no desenvolvemento de algoritmos de orquestración. Canto máis precisión predín os puntos as necesidades dos clientes, mellor e máis uniformemente poderán combinalos en múltiples grupos de acceso; polo tanto, canto máis racional se utilicen os recursos de tempo de antena e maior será o rendemento final deste punto de acceso. será. O algoritmo é a última fronteira!
- A transición de Wi-Fi 5 a Wi-Fi 6 é tan revolucionaria por natureza e importancia como a transición de 802.11g a 802.11n. Despois obtivemos a agregación multi-threading e de "carga útil"; agora temos acceso simultáneo ao medio e, finalmente, traballamos MU-MIMO e Beamforming (en primeiro lugar, como sabemos, son case o mesmo; en segundo lugar, a discusión "por que MU- MIMO foi inventado en 802.11ac, pero non se puido facer funcionar" é o tema dun artigo longo por separado :) Tanto 802.11n como Wi-Fi 6 funcionan en ambas as bandas (2,4 GHz e 5 GHz), a diferenza dos seus predecesores "intermedios", de verdade, "seis son os catro novos"!
Un pouco sobre as orixes deste artigo
O artigo foi escrito para un concurso organizado por Huawei (publicado orixinalmente ). Ao escribíno, confiei en gran parte no meu propio informe na conferencia "Bezprovodov", que se celebrou en 2019 en San Petersburgo (podes ver a gravación do discurso). , só ten en conta: o son alí, francamente falando, non é xenial, a pesar da orixe en San Petersburgo do vídeo!).
Fonte: www.habr.com