Pozdrav.
Ako je vjerovati Einsteinovoj teoriji jednostavnosti, glavni pokazatelj razumijevanja predmeta je sposobnost da se objasni što je moguće jednostavnije, onda ću u ovom postu pokušati što jednostavnije i temeljitije objasniti učinak samo jednog detalja novog standard, koji iz nekog razloga čak i Wi-Fi Alliance smatra nedostojnim spominjanja u infografikama o novim značajkama Wi-Fi 6, iako je on, kako ćemo uskoro zajedno vidjeti, vrlo važan i vrijedan pažnje. Ovdje nije sve dovoljno duboko i svakako ne sveobuhvatno (jer takvog slona je teško pojesti čak iu dijelovima), ali nadam se da ćemo svi naučiti nešto novo i zanimljivo za sebe iz mojih verbalnih vježbi.
Taj isti 802.11ax, kojeg iščekujemo svaki dan već najmanje drugu godinu, sa sobom donosi puno novih i nevjerojatnih stvari. Svatko tko želi reći nešto o njemu uvijek ima izbor: ili napraviti preglednu utrku iznad glava, spominjući kantu kratica i kratica, pokušavajući se ne zaglaviti u složenim mehanizmima ispod haube svakog od njih, ili omotati jednosatnu reportažu o jednoj stvari, koja je autoru vrlo ugodna. Riskirat ću ići i dalje: najveći dio moje bilješke bit će posvećen nečemu što uopće nije novo!
Dakle, već više od dvadeset godina, neke od bežičnih podatkovnih mreža su izgrađene prema hrpi standarda 802.11 obitelji, i, kao svaki govornik koji drži do sebe, morao bih malo vratiti vremensku liniju cijelog lanca. događaja koji su svijetu dali milijarde interoperabilnih uređaja - ali, kao autor koji poštuje čitatelja, ipak riskiram da to ne učinim. Ipak, trebali bismo jedni druge podsjetiti na nešto.
Sve iteracije Wi-Fi-ja imaju prioritet pouzdanosti umjesto maksimiziranja propusnosti. To proizlazi iz mehanizma pristupa mediju (CSMA/CA), koji nije najoptimalniji sa stajališta istiskivanja zadnjih kilobita u sekundi iz prijenosnog medija (možete pročitati više o nesavršenostima svijeta općenito i Wi -Fi posebno u članku mog bivšeg kolege ), ali nevjerojatno izdržljiv u gotovo svim uvjetima. Zapravo, možete pokvariti gotovo sve osnove dizajna Wi-Fi mreže - a takva će mreža i dalje razmjenjivati podatke! Cjelokupni mehanizam kojim klijenti Wi-Fi mreže mogu slati i/ili primati svoje dijelove podataka usmjeren je na to da se osigura ono što se na engleskom naziva riječju s teško prevodivim prizvukom tehnokracije, robusnosti. Cijeli sloj modulacije se povećava, agregacija okvira s podacima (ne baš tako, ali tako je!) razmazanim na vrhu nastavlja raditi nakon dva glavna principa 802.11, koji pružaju ovu nenadmašnu pouzdanost:
- “Dok jedan govori, ostali šute”;
- “Sve osim podataka izgovara se polako i jasno.”
Druga točka uzrokuje mnogo veću štetu propusnosti mreže nego što se može činiti na prvi pogled. Evo zgodne slike koja ilustrira jedan podatak poslan putem Wi-Fi mreže:
Shvatimo što to znači za obične ljude koji ne znaju koliko stranica ima standard 802.11-2016. Brzina prijenosa podataka koju sustav upisuje u svojstva bežične mreže i koju trgovci bilo kojeg proizvođača crtaju na kutijama s pristupnim točkama (pa, vjerojatno ste vidjeli - 1,7 Gb/s! 2,4 Gb/s! 9000 Gb/s!) , ne samo da je to vrhunac i maksimum na 100% vremena koje zauzima prijenos, već je to i brzina kojom će biti poslan samo plavi dio u ovom prekrasnom grafikonu. Sve ostalo bit će poslano brzinom koja se na engleskom (i na ruskom također, jer prevođenje takvih izraza prijeti daljnjim nesporazumom među inženjerima) naziva stopom upravljanja, a koja je niža ne samo nekoliko puta, već faktor od STOTINE jednom. Na primjer, bez ikakvih dodatnih postavki, 802.11ac mreža, koja može raditi s klijentima pri brzini kanala od 1300 Mb/s, prenosi sve servisne informacije (sve što nije plavo u našem sve strašnijem grafikonu) brzinom upravljanja od 6 Mb/s . Više od dvjesto puta sporije!
Postavlja se logično pitanje – koji bi, oprostite, koji mjesec takva sabotažna ideja uopće mogla postati dio standarda po kojem funkcioniraju milijarde uređaja diljem svijeta? Logičan odgovor je kompatibilnost, kompatibilnost, kompatibilnost! Mreža na najnovijoj pristupnoj točki trebala bi omogućiti rad i uređajima starim deset, pa i petnaest godina, a upravo u svim tim “neplavim” komadima lete informacije koje će spori stariji uređaji čuti, ispravno razumjeti i neće pokušati prenijeti svoje podatke tijekom ultra-brze brzine. Robusnost zahtijeva žrtvu!
Sada sam spreman svima koji su zainteresirani dati neophodan alat za užasavanje mogućih prenesenih megabita koji se besciljno gube u modernom Wi-Fiju - ovo je već postalo obavezno za proučavanje u uključenim inženjerskim krugovima WiFi AirTime kalkulator norveški 802.11 entuzijast Gjermund Raaen. Dostupno je na — rezultat njegovog rada izgleda otprilike ovako:
Linija 1 je vrijeme potrošeno na prijenos paketa podataka od 1512 bajta od strane 802.11n uređaja u širini kanala od 20 MHz.
Linija 2 je vrijeme potrošeno na odašiljanje istog paketa od strane uređaja s istom formulom antene, ali koji već radi prema standardu 802.11ac u kanalu od 80 MHz.
Kako to može biti - četiri puta više vremena je "pokvareno", maksimalna modulacija je postala složenija sa 64QAM na 256QAM, brzina kanala je veća ŠEST puta (433 Mb/s umjesto 72 Mb/s), ali dobiveno je najviše 25% vremena emitiranja?
Kompatibilnost i dva principa 802.11, sjećate se?
Pa, kako ispraviti takvu nepravdu i rastrošnost - pitamo se, kao što se vjerojatno pitala svaka IEEE radna grupa koja je krenula u izradu standarda? Pada mi na pamet nekoliko logičnih putova:
- Ubrzajte prijenos podataka u "zelenom" dijelu grafikona. To se radi kada se svaki standard izda, jer veliki brojevi lijepo izgledaju na kutijama. U praksi, kao što smo upravo primijetili, daje konačan porast - čak i ako ubrzamo brzinu kanala na sto tisuća milijuna gigabita po nanosekundi, svi ostali dijelovi grafikona neće nestati. Zato preporučam da u svim pričama o svim novim 802.11 standardima preskočite paragrafe koji spominju megabita u sekundi.
- Ubrzajte sve ostale dijelove grafikona. Dapače, ako barem udvostručimo brzinu kojom se prenosi sve "nezeleno" (dobro, ili "neplavo", ako još uvijek gledate prethodnu sliku), tada ćemo dobiti nešto manje od 50 % povećanja stvarne propusnosti - međutim, gubitkom kompatibilnosti s uređajima i nizom drugih nijansi o kojima ćete naučiti kada se budete pripremali za ispit za ponosnu titulu CWNA :) Spoiler: nećete uvijek moći učinite to nakon što dobro razmislite i shvatite do čega će to dovesti. Zapravo, ovo je kršenje jednog od dva principa 802.11, tako da morate biti vrlo oprezni s tim!
- Sastavite nekoliko ovakvih okvira sa zelenim dijelovima zajedno. Što je duži zeleni dio, to je povećanje brzine kanala učinkovitije. Da, ovo je potpuno radna strategija, koja se pojavila još u 802.11n i jedan je od nekoliko kamena temeljaca svoje revolucionarne prirode. Jedini problem je što, prvo, niz aplikacija nije marilo za takvo združivanje (primjerice taj isti krvoločni Voice over Wi-Fi), drugo, niz uređaja također nije marilo za to. (nekako sam ga ipak odlučio uhvatiti. Bilo bi nekoliko takvih agregiranih okvira na stvarnoj mreži tvrtke za koju radim, ali za >500k "pokupljenih" okvira, bilo je točno nula agregiranih okvira. Najvjerojatnije je problem u tome u mojoj metodologiji prikupljanja podataka, ali spreman sam o tome razgovarati s bilo kim bilo gdje. ponekad u osobnom razgovoru!).
- Prekršite prvo od dva načela 802.11 tako što ćete početi govoriti dok netko drugi govori. I tu 802.11ax zapravo dolazi u pomoć.
Super je da sam konačno došao i do samog Wi-Fi 6 u svojoj priči o Wi-Fi 6! Ako ovo još uvijek čitate, ili morate iz nekog razloga ili vas stvarno zanima. Dakle, iako 802.11ax nasljeđuje veliki dio dosadašnjeg razvoja cijele obitelji 802.11 (i ne samo, usput - neke cool stvari su se pojavile u 802.16, aka WiMAX), nešto u njemu je još uvijek svježe i originalno. Obično su te riječi popraćene slikom poput ove, dostupnom na web stranici Wi-Fi Alliance:
Kao što sam rezervirao od samog početka, u granicama jednog čitljivog članka moći ćemo razmotriti samo jednu od ovih ključnih točaka, odnosno nijednu od onih prikazanih na slici (kakvo iznenađenje!). Siguran sam da ste već pročitali milijun brzih opisa svakog od ovih osam ključnih elemenata, ali nastavit ću svoju zamorno dugu priču o onome što slijedi iz OFDMA - višestruke kontrole pristupa medijima (MU-access control), koja, kao vidimo, uopće nisam dobio infografiku. Ali potpuno je uzalud!
Višestruki pristup je nešto bez čega dijeljenje kanala na podnosače nema smisla. Zašto pokušavati promatrati različite dijelove spektra ako ne postoji mehanizam koji može natjerati klijente nove Wi-Fi 6 mreže da prekrše jedno od dosad nepokolebljivih pravila i istovremeno počnu razgovarati? I, naravno, takav se mehanizam jednostavno morao pojaviti - i smanjiti utjecaj "dugog" problema u usporedbi s vlasničkim informacijskim podacima. Kako? Da, vrlo je jednostavno: neka se "spori" dio usluge šalje na isti način kao i prije, ali mi ćemo poslati "brzi" dio, u kojem se podaci šalju izravno, istovremeno s nekoliko (ili na više) uređaja na naredba! Izgleda otprilike ovako:
Izgleda komplicirano, ali u biti je prilično lako objasniti: pristupna točka, koristeći poseban okvir koji je razumljiv svim (čak ni Wi-Fi 6!) uređajima, javlja da je spremna za prijenos podataka istovremeno na STA1 i STA2. Budući da je “zaglavlje” ovog okvira potpuno razumljivo čak i vrlo, vrlo starim klijentima, oni ispravno zaključuju da će eter određeno vrijeme biti zauzet odašiljanjem informacija drugim mrežnim klijentima, te počinju odbrojavati vrijeme do kraja ovog razdoblja (zapravo, kao i uvijek u Wi-Fi). Ali uređaji STA1 i STA2 shvaćaju da će im se sada podaci prenositi na novi način, simultano, svaki na svom dijelu kanala, i istovremeno odgovaraju pristupnoj točki, a potom i sinkrono potvrđuju prijem okvir (svaki sa svojim dijelom podataka!) i okolina se ponovno oslobađa. "Odozdo prema gore" funkcionira na gotovo isti način:
Glavna i najupečatljivija razlika je u tome što pristupna točka u ovoj situaciji govori stanicama koje mogu govoriti u isto vrijeme kada da počnu emitirati, koristeći poseban okvir koji se zove Trigger. Riječ je, naime, o novom “okidaču” cijelog mehanizma višestrukog istovremenog pristupa mediju, što je, po mom skromnom mišljenju, jedna od najvažnijih inovacija “ispod haube” novog standarda. U njemu klijenti dobivaju “raspored” kako međusobno podijeliti jedan frekvencijski kanal; ovdje klijenti istovremeno obavještavaju pristupnu točku da su primili svoje dijelove podataka i da su ih mogli analizirati. U njemu pristupna točka obavještava sve koji mogu istovremeno "razgovarati" o početku prijenosa podataka - u njemu pristupna točka počinje slati tražene podatke. Novi mehanizam okvira Trigger vam zapravo omogućuje smanjenje neracionalnog korištenja vremena emitiranja - i to onoliko učinkovito koliko ga mnogi klijenti mogu koristiti i ispravno percipirati!
Sada formulirajmo glavne teze koje slijede iz cijele ove duge priče i kvalificiraju se za TL;DR:
- Pristupne točke novog standarda 802.11ax, čak i oslanjajući se na samo jednu od mnogih inovacija, počet će povećavati ukupnu propusnost cijele mreže već od drugi kompatibilan klijentski uređaj! Čim postoje barem dva klijenta koji mogu razgovarati u isto vrijeme, onda, ako su sve ostale stvari jednake (nemam razloga pretpostaviti da će upravljački programi za klijentske radijske module biti napisani bolje nego prije, što znači da će agregacija “korisni” dijelovi okvira i mnoge druge funkcije ovisne o klijentu i dalje neće raditi “u prosjeku u zoološkom vrtu”) oni će VEĆ povećati prosječnu propusnost. Dakle, ako razmišljate o novoj Wi-Fi mreži, ima smisla odmah razmisliti o najnovijim i najboljim pristupnim točkama, jer čak i ako za njih sada ima malo klijenata, situacija neće dugo ostati takva.
- Svi trikovi i trikovi koji su danas u arsenalu dobrog bežičnog inženjera ostat će relevantni još dugo - iako je mehanizam za pristup mediju ažuriran, kršeći temeljna načela koja traju više od 20 godina, još uvijek drži kompatibilnost na čelu. I dalje morate prekinuti "spore" stope upravljanja (i još uvijek morate razumjeti zašto i kada), još uvijek morate pravilno planirati fizički sloj, jer nijedan mehanizam na razini podatkovne veze neće raditi ako postoje problemi na fizičkom razini. Upravo se ukazala prilika za napraviti još bolje.
- Gotovo sve odluke u Wi-Fi 6 donosi pristupna točka. Kao što vidimo, kontrolira pristup klijenta okruženju grupiranjem uređaja zajedno u "razdoblja" istovremenog rada. Pomaknuvši se malo dalje u stranu, rad TWT-a također je u potpunosti na plećima pristupne točke. Sada AP ne mora samo "emitirati mrežu" i pohranjivati promet u redovima čekanja, već i voditi evidenciju o svim klijentima, planirajući kako ih međusobno isplativije kombinirati na temelju njihove propusnosti i prometnih potreba, njihovih baterija i još mnogo, mnogo više . — Taj proces nazivam "orkestracijom". Algoritmi po kojima će pristupna točka donositi sve te odluke nisu regulirani, što znači da će se prava kvaliteta i strukturni pristup proizvođača očitovati upravo u razvoju algoritama orkestracije. Što točnije točke predviđaju potrebe klijenata, to će ih bolje i ravnomjernije moći kombinirati u višestruke pristupne grupe - dakle, to će se resursi emitiranja racionalnije koristiti i veća je konačna propusnost takve pristupne točke bit će. Algoritam je zadnja granica!
- Prijelaz s Wi-Fi 5 na Wi-Fi 6 jednako je revolucionaran po prirodi i važnosti kao i prijelaz s 802.11g na 802.11n. Zatim smo dobili multi-threading i agregaciju "korisnog tereta" - sada imamo istovremeni pristup mediju i konačno radni MU-MIMO i Beamforming (prvo, kao što znamo, to su gotovo iste stvari; drugo, rasprava " zašto MU- MIMO je izumljen u 802.11ac, ali se nije mogao natjerati da radi” tema je zasebnog dugačkog članka :) I 802.11n i Wi-Fi 6 rade u oba pojasa (2,4 GHz i 5 GHz), za razliku od svojih "srednjih" prethodnika - uistinu, "šest je nova četvorka"!
Malo o podrijetlu ovog članka
Članak je napisan za natječaj koji je organizirao Huawei (izvorno objavljen ). Pri pisanju sam se u velikoj mjeri oslanjao na vlastito izvješće na konferenciji “Bezprovodov” koja je održana 2019. u Sankt Peterburgu (možete pogledati snimku govora , samo imajte na umu - zvuk tamo, iskreno govoreći, nije sjajan, unatoč podrijetlu videa iz Sankt Peterburga!).
Izvor: www.habr.com