Helló.
Ha Einstein egyszerűségről szóló elméletére hallgatunk, akkor a téma megértésének fő mutatója — az, hogy mennyire tudjuk azt a lehető legegyszerűbben elmagyarázni. Ebben a bejegyzésben megpróbálom a lehető legegyszerűbben és részletesen elmagyarázni egy új szabvány egyetlen elemének működését, amelyet valamiért még a Wi-Fi Szövetség is méltatlannak tart az új Wi-Fi 6 funkcióit ismertető infografikában való említésre. Pedig, ahogy hamarosan együtt meglátjuk, ez nagyon fontos és figyelemre méltó. Itt nem minden teljesen részletes, és biztosan nem átfogó (mert egy olyan elefántot nehéz még részeire bontva is felfalni), de remélem, hogy mindannyian tanulhatunk valami újat és érdekeset a szavaimból.
Ez az a 802.11ax, amelyre már legalább két éve várunk, és rengeteg újdonságot és meglepetést hoz magával. Mindenki előtt, aki valamit szeretne mondani róla, mindig ott a választás: vagy egy áttekintő ugrálást rendez a fejek között, említve egy vödörnyi rövidítést és mozaikszót, miközben próbálja elkerülni a bonyolult mechanizmusokkal való elmerülést, vagy egy órás előadást tart valami egyedülállóról, amely a szerzőnek a leginkább tetszik. Én merem ezt még tovább feszíteni: a megjegyzésem nagyobb része nem is az újdonságról fog szólni!
Nos, már több mint húsz éve a vezeték nélküli adatátviteli hálózatok a 802.11 szabványcsalád rengeteg szabványa köré épülnek, és mint minden önmagát tisztelő előadó, nekem is valamilyen módon fel kellett volna vázolnom az események idővonalát, amely milliárdnyi, egymással kompatibilis eszközt hozott a világra — de tiszteletben tartva az olvasókat, kockáztatom, hogy ezt nem fogom megtenni. Ettől függetlenül van néhány dolog, amit érdemes lenne emlékeztetni egymásra.
Minden Wi-Fi iteráció alapvetően a megbízhatóságra összpontosított, nem pedig a maximális átviteli sebesség növelésére. Ez a közvetítési mechanizmusból (CSMA/CA) következik, ami nem a legoptimálisabb a legutolsó kilobitek kisajtolása szempontjából a közvetítési médiából (a világ tökéletlenségeiről és a Wi-Fi különböző hibáiról bővebben olvashatunk egy volt kollégám cikkében. ), de rendkívül ellenálló szinte bármilyen körülmény között. Valóban, gyakorlatilag minden Wi-Fi hálózattervezési alapelvet megsérthetünk — és a hálózaton még mindig folyik az adatcsere! Mindez a technokratikus angol kifejezés, robustness, nehezen lefordítható varázsára épül; ez a mechanizmus teszi lehetővé, hogy a Wi-Fi hálózathoz csatlakozó ügyfelek elküldjék és/vagy fogadják az adataikat. Az összes modulálási emelés, az adatok kereteinek aggregálása (nem teljesen pontosan, de legyen így!) továbbra is működik a 802.11 alapelvei után, amelyek biztosítják ezt a páratlan megbízhatóságot:
- „Amíg az egyik beszél — a többiek hallgatnak”;
- „Minden, ami nem adat, lassan és érthetően mondatik.”
A második pont sokkal nagyobb kárt okoz a hálózat sávszélességében, mint elsőre gondolnánk. Íme egy klassz kép, amely illusztrálja, hogyan küldünk el egy adatcsomagot Wi-Fi hálózaton:
Nézzük meg, mit is jelent ez a hétköznapi emberek számára, akik nem tudják, hány oldal van a 802.11-2016 szabványban. Az az adatátviteli sebesség, amelyet a vezeték nélküli hálózat jellemzőiben ír a rendszer, és amelyet a gyártók bármelyik hozzáférési pontjának dobozán feltüntetnek (biztos láttátok már — 1,7 Gb/s! 2,4 Gb/s! 9000 Gb/s!), nemcsak csúcssebességet és maximumot jelent 100%-os használat mellett, hanem ezt a sebességet csak a grafikonunk kék szakaszán fogja elérni. Minden más sebességgel, ami angolul management rate-nek (és oroszul is, mert ezek a kifejezések lefordítása félreértésekhez vezethet a mérnökök között) nevezett, és amely nemcsak sokszorosával, hanem SZÁZ szorosával alacsonyabb. Például, bármilyen további beállítás nélkül, a 802.11ac hálózat, amely 1300 Mb/s csatornával működhet az ügyfelekkel, az összes vezérlőinformációt (mindazt, ami nem kék a félelmetes grafikonunkon) 6 Mb/s management rate sebességgel továbbítja. Több mint kétszázszor lassabban!
Logikus kérdés – mikor, elnézést, melyik hónap hányadika volt az a káros ötlet, ami egyáltalán bekerülhetett a globálisan milliárdnyi eszköz által használt szabványba? Logikus válasz – kompatibilitás, kompatibilitás, kompatibilitás! A legújabb hozzáférési pontnak biztosítania kell, hogy a tíz- sőt tizenöt éves eszközök is működhessenek, és ezekben a „nem-kék” darabokban áramlik az információ, amelyet a lassú, régi készülékek hallanak, helyesen értelmeznek, és nem próbálnak adatátvitel közben a szupergyors adatcsomagjaik segítségével átadni a sajátjaikat. A robusztusság áldozatokat követel!
Most készen állok, hogy mindenkinek, akit érdekel, odaadjam ezt a nélkülözhetetlen eszközt, hogy megrémüljön a modern Wi-Fi potenciálisan elvesző megabitjeibe – ez már kötelező ismeret lett a megfelelő mérnöki körökben. A WiFi AirTime Calculator nórvég lelkesedésével az 802.11 terén, Gjermund Raaen. Elérhető itt: – a munkájának eredménye körülbelül így néz ki:
1. sor – az idő, amelyet egy 1512 bájt hosszúságú adatcsomag átvitelére fordított az 802.11n eszköz 20 MHz sávszélességgel.
2. sor – az idő, amelyet ugyanilyen adag átvitelére fordít egy azonos antennaformulával rendelkező eszköz, de már az 802.11ac szabvány szerint működve 80 MHz szélességű csatornán.
Hogy lehet, hogy az „elfecsérelt” spektrum négyszer nagyobb, a maximális moduláció 64QAM-ról 256QAM-ra bonyolódott, és a csatorna sebessége HAT szoros (433 Mb/s a 72 Mb/s helyett), és mégis mindössze 25% -os időnyerességet nyerek?
A kompatibilitás és az 802.11 két elve, ugye?
Nos, hogyan lehetne kijavítani ezt az igazságtalanságot és pazarlást – ezt kérdezzük magunktól, ahogy valószínűleg minden IEEE munkacsoport is kérdezte magát, amikor a szabvány létrehozásához fogtak? Számos logikus út jut eszünkbe:
- Gyorsítani az adatátvitelt a „zöld” grafikon darabjában. Ezt minden szabvány kiadásakor megtesszük, mert a nagy számok szépen mutatnak a dobozokon. A valóságban, ahogy most észrevettük, a végső növekedés minimális – még ha a csatorna sebességét is százhúsz milliárd gigabitra növeljük nanoszekundumonként, a grafikon többi része nem fog eltűnni. Éppen ezért azt ajánlom, hogy minden új 802.11 szabványról szóló beszélgetés során hagyjuk ki azokat a bekezdéseket, amelyekben a megabitekről beszélnek másodpercenként.
- Gyorsítsuk meg a diagram többi részét. Valóban, ha legalább megduplázzuk a sebességet, amellyel minden „nem-zöld” (vagy „nem-kék”, ha még mindig az előző képet nézi) átvitelre kerül, akkor körülbelül 50%-kal megnöveljük a valódi sávszélességet — igaz, ehhez a kompatibilitás feláldozásával és egy sor egyéb részlettel jár, amelyeket akkor fog megismerni, amikor az CWNA büszke címének megszerzésére készül. 🙂 Spoiler: ez nem mindig lesz lehetséges, alaposan meg kell gondolni, hogy ez mivel jár. Valójában ez az 802.11 egyik két alapelve megsértésének számít, így ezzel nagyon óvatosnak kell lenni!
- Összeállítani néhány ilyen keretet a zöld részekkel együtt. Minél hosszabb a zöld rész, annál hatékonyabban működik a csatorna sebességének növelése. Igen, ez egy működőképes stratégia, amely már az 802.11n-ben megjelent, és az úttörőségének egyik kulcsa. A probléma csak az, hogy egyrészt számos alkalmazás nem törődik ezzel az aggregációval (például a vérre menő VoWiFi), másrészt egyes eszközök is figyelmen kívül hagyják (egyszer úgy döntöttem, hogy megpróbálom elkapni legalább néhány ilyen aggregált keretet egy valós céges hálózaton, de a >500 ezer „elfogott” aggregált képből pontosan nullát kaptam. Valószínű, hogy a módszertanomban van a hiba, de szívesen megvitatnám a dolgot bárkivel egy személyes beszélgetésben!).
- Megszegni a 802.11 első alapelvét, elkezdve beszélni, amikor valaki más már beszél. És itt jön a segítségre az 802.11ax.
Milyen nagyszerű, végre eljutottam a Wi-Fi 6-ról szóló mesémben a tényleges Wi-Fi 6-hoz! Ha eddig olvassa ezt, akkor vagy valamiért kötelező, vagy valóban érdekli. Nos, bár az 802.11ax nagyon sok korábbi fejlesztést örököl az 802.11 családjától (és nem csak az — néhány klassz dolog a 802.16-ban, a WiMAX-ban is megjelent), mégis van néhány friss és eredeti dolog benne. Általában ezekre a szavakra egy ilyen képet szoktak elhelyezni, amely elérhető a Wi-Fi Alliance webhelyén:
Mint az elején említettem, egy könnyen olvasható cikk keretein belül megszámlálhatjuk, hogy csak egy kulcspontot tudunk részletesen tárgyalni, pontosabban, a képen szereplők közül egyet sem (micsoda meglepetés!). Biztos vagyok benne, hogy már olvastál egy csomó rövid leírást mind a nyolc kulcselemről, én pedig folytatom a hosszú, unalmas elbeszélésemet az OFDMA-ról — a többfelhasználós hozzáférési vezérlésről (MU-access control), ami, mint látjuk, a grafikonba nem került bele. Pedig teljesen jogos lett volna!
A többfelhasználós hozzáférés az, aminek nélkülözhetetlen szerepe van az alcsatornákra való bontásnak. Miért is próbálnánk meg különböző frekvenciadarabokat vizsgálni, ha nincs arra mechanizmus, amely lehetővé teszi az új Wi-Fi 6 hálózat ügyfeleinek, hogy megszegjék az eddig megdönthetetlen szabályt és egyszerre beszéljenek? Természetesen egy ilyen mechanizmusnak meg kellett valósulnia — és csökkentenie kellett a „hosszú” időszak hatását az adatforgalomhoz képest. Hogyan? Egyszerűen: a „lassú”, vezérlő részt ugyanúgy továbbítjuk, mint eddig, míg a „gyors” részt, amelyben közvetlenül az adatok találhatók, egyszerre küldjük el több (vagy több) eszközből egy parancsra! Ez körülbelül így néz ki:
Bonyolultnak tűnik, de lényegében viszonylag egyszerűen magyarázható: a hozzáférési pont egy speciális keret segítségével, amely mindenki számára érthető (még a nem Wi-Fi 6) eszközöknek is, közli, hogy készen áll az adatok párhuzamos átkonvertálására az STA1 és STA2 felé. Mivel ennek a keretnek a „fejléce” még a régi ügyfelek számára is teljes mértékben érthető, helyesen következtetnek arra, hogy a levegő egy adott ideig foglalt lesz mások hálózati ügyfelei számára történő információátvitel miatt, és elkezdik számolni az időt, ami a periódus végéig hátra van (tulajdonképpen, mint mindig a Wi-Fi esetében). Az STA1 és STA2 készülékek pedig értik, hogy most már új módon, párhuzamosan, mindegyik a saját frekvenciáján fog adatokat kapni, és szintén egyszerre reagálnak a hozzáférési pontra, majd ugyanígy szinkronizáltan megerősítik a keret átvételét (mindenki a saját adataival!), és a közeg ismét szabaddá válik. „Alulról felfelé” körülbelül így működik:
A fő és figyelemfelkeltő különbség a hozzáférési pont, amely ebben a helyzetben az állomásoknak párhuzamosan jelzi, mikor kezdjék a továbbítást, egy speciális keret segítségével, amelyet Triggernek neveznek. Ez lényegében az új "kioldója" az összes mechanizmus párhuzamos hozzáférésének a médiához, ami az én skrom véleményem szerint az egyik legfontosabb újítás a legújabb szabvány "motorháztetője" alatt. Ebben a rendszerben a kliensek kapnak egy "menetrendet" arról, hogyan oszthatják meg egymással az egyetlen frekvenciasávot; itt a kliensek egyszerre jelzik a hozzáférési pontnak, hogy megkapták az adatcsomagjaikat és képesek voltak azokat feldolgozni. A hozzáférési pont értesíti mindazokat, akik párhuzamosan "beszélhetnek", az adatátvitel kezdetéről — és itt indítja el a szükséges adatok küldését. Az új Trigger frame mechanizmus lényegében csökkenti az éter kihasználatlanságát — mégpedig annyira hatékonyan, ahány kliens ezt párhuzamosan tudja használni és helyesen értelmezni!
Most fogalmazzuk meg a legfontosabb téziseket, amelyek ebből a hosszú mesélésből következnek és megérdemlik a TL;DR-t:
- Az új 802.11ax szabványú hozzáférési pontok, még ha csak egyik újdonságra támaszkodva is, máris növelni fogják az egész hálózat összkapacitását, ahogy megjelenik egy második kompatibilis kliens eszköz! Amint legalább két kliens képes egyszerre kommunikálni, a többi feltétel mellett (nincs okom feltételezni, hogy a kliens rádiómodulokhoz írt illesztőprogramok jobbak lesznek, mint korábban, így az "hasznos" keretek aggregálása és sok más kliensfüggő funkció továbbra is "átlagosan a dzsungelben" nem lesz valami nagyszerű) már MEGEMELIK az átlagos sávszélességet. Tehát ha új Wi-Fi hálózaton gondolkodsz — érdemes azonnal a legújabb és legjobb hozzáférési pontokat fontolóra venni, mert még ha most kevés is a kliens számukra — a helyzet nem marad sokáig ilyen.
- Minden trükk és fortély, ami ma egy jó vezeték nélküli mérnök arzenáljában megtalálható, még hosszú ideig aktuális marad - a hozzáférési mechanizmus a környezethez ugyan frissült, megtörve a több mint 20 éve fennálló alappilléreket, de még mindig a kompatibilitás áll a középpontban. Továbbra is szükség van a „lassú” kezelési ütemek kiszűrésére (és továbbra is szükséges megérteni, hogy miért és mikor), továbbra is fontos a fizikai szint helyes megtervezése, mert semmilyen mechanizmus a láncszinten nem fog működni, ha problémák vannak a fizikai szinten. Csak annyi változott, hogy most még jobbat lehet tenni.
- A Wi-Fi 6 megoldásait szinte teljes mértékben a hozzáférési pont dönti el. Ahogy láthatjuk, ez irányítja az ügyfelek hozzáférését a környezethez, csoportosítva az eszközöket az egyidejű működés „periódusaiba”. Ha egy kicsit távolabbról nézzük - a TWT működése is teljes mértékben a hozzáférési pontra hárul. Most a hozzáférési pontnak nemcsak a „hálózat sugárzása” a feladata, és a forgalom tárolása a sorokban, hanem az összes ügyfél nyilvántartása is, tervezve, hogyan lehet őket a legjobban összekapcsolni a sávszélességük és forgalmi igényeik alapján, valamint az akkumulátorukkal és még sok más tényezővel - ezt a folyamatot „orkesztációnak” nevezem. Az algoritmusok, amelyeket a hozzáférési pont a döntések meghozatalához használ, nincsenek szabályozva, így a gyártók valódi minősége és strukturált megközelítése az orkestrációs algoritmusok kidolgozásában fog megnyilvánulni. Minél pontosabban képesek a pontok előre jelezni az ügyfelek igényeit, annál jobban és egyenletesebben tudják őket csoportosítani a többes hozzáférés érdekében - ennek következtében a légieszközök erőforrásait annál ésszerűbben használják, és annál magasabb lesz a hozzáférési pont végső sávszélessége. Az algoritmus - az utolsó határ!
- A Wi-Fi 5-ről Wi-Fi 6-ra való átmenet lényegében olyan forradalmi, mint a 802.11g-ről 802.11n-re való váltás. Akkor a sokszálúságot és az adatok aggregálását kaptuk — most pedig egyidejű hozzáférést az eszközökhöz, és végre működő MU-MIMO és Beamforming technológiát (először is, amint tudjuk, ez szinte ugyanaz; másrészt a „miért találták ki a MU-MIMO-t az 802.11ac-nél, de miért nem tudták működésbe hozni” téma egy külön nagy cikk lenne 🙂). Az 802.11n és a Wi-Fi 6 mindkét frekvenciatartományban (2,4 GHz és 5 GHz) működik, ellentétben a „köztes” elődökkel — igazán, „a hat az új négy”!
Egy kicsit a cikk eredetéről
A cikket a Huawei által rendezett versenyre írták (eredetileg megjelent ). Nagy mértékben támaszkodtam a saját előadásomra az „Ingyenes vezeték nélküli technológiák” konferencián, amely 2019-ben zajlott Szentpéterváron (a felvételt meg lehet nézni , csak tartsd észben, hogy a hang, hogy finoman fogalmazzak, nem túl jó, annak ellenére, hogy a videó szentpétervári származású!).
Forrás: habr.com
