Hal terpenting tentang Wi-Fi 6. Tidak, serius

Hey.

Jika percaya dengan teori kesederhanaan Einstein, indikator utama pemahaman suatu subjek adalah kemampuan menjelaskannya sesederhana mungkin, maka pada postingan kali ini saya akan mencoba menjelaskan sesederhana dan selengkap mungkin pengaruh satu detail saja dari yang baru. standar, yang karena alasan tertentu bahkan dianggap tidak layak oleh Aliansi Wi-Fi untuk disebutkan dalam infografis tentang fitur-fitur baru Wi-Fi 6, meskipun, seperti yang akan segera kita lihat bersama, ini sangat penting dan patut diperhatikan. Tidak semuanya di sini cukup mendalam dan tentu saja tidak komprehensif (karena gajah seperti itu sulit dimakan bahkan sebagian), tapi saya berharap kita semua akan belajar sesuatu yang baru dan menarik untuk diri kita sendiri dari latihan verbal saya.

802.11ax yang sama, yang telah kita nantikan setiap hari setidaknya selama dua tahun, membawa banyak hal baru dan menakjubkan. Siapa pun yang ingin menceritakan sesuatu tentang dia selalu punya pilihan: membuat ikhtisar berlomba-lomba, menyebutkan sekumpulan singkatan dan singkatan, berusaha untuk tidak terjebak dalam mekanisme rumit di bawah kap masing-masingnya, atau membungkusnya membuat laporan berdurasi satu jam tentang satu hal, yang paling menyenangkan bagi penulis. Saya akan mengambil risiko melangkah lebih jauh: sebagian besar catatan saya akan dikhususkan untuk sesuatu yang bahkan bukan hal baru!

Jadi, selama lebih dari dua puluh tahun sekarang, beberapa jaringan data nirkabel telah dibangun sesuai dengan serangkaian standar keluarga 802.11, dan, seperti pembicara yang menghargai diri sendiri, saya harus sedikit memulihkan garis waktu seluruh rantai. peristiwa yang memberi dunia miliaran perangkat yang dapat dioperasikan - namun, sebagai penulis yang menghormati pembaca, saya tetap mengambil risiko untuk tidak melakukan hal ini. Namun, kita harus saling mengingatkan tentang sesuatu.

Semua iterasi Wi-Fi memprioritaskan keandalan daripada memaksimalkan throughput. Hal ini mengikuti mekanisme akses media (CSMA/CA), yang bukan yang paling optimal dalam hal memeras kilobit per detik terakhir dari media transmisi (Anda dapat membaca lebih lanjut tentang ketidaksempurnaan dunia secara umum dan Wi -Fi khususnya di artikel mantan rekan saya skhomm inilah spotnya), namun sangat tahan lama di hampir semua kondisi. Faktanya, Anda dapat melanggar hampir semua dasar-dasar desain jaringan Wi-Fi - dan jaringan seperti itu akan tetap bertukar data! Seluruh mekanisme di mana klien jaringan Wi-Fi dapat mengirim dan/atau menerima bagian datanya ditujukan untuk memastikan apa yang dalam bahasa Inggris disebut dengan kata yang memiliki bakat teknokrasi yang sulit diterjemahkan, yaitu ketahanan. Seluruh lapisan modulasi meningkat, agregasi bingkai dengan data (tidak persis seperti itu, tapi biarlah!) yang dioleskan di atasnya terus berfungsi setelah dua prinsip utama 802.11, yang memberikan keandalan yang tak tertandingi:

1. “Saat yang satu berbicara, yang lain diam”;
2. “Semuanya kecuali data disampaikan secara perlahan dan jelas.”

Poin kedua menyebabkan lebih banyak kerusakan pada bandwidth jaringan daripada yang terlihat pada pandangan pertama. Berikut gambar keren yang mengilustrasikan sepotong data yang dikirim melalui jaringan Wi-Fi:

Mari kita cari tahu apa artinya bagi orang awam yang tidak mengetahui berapa banyak halaman yang ada dalam standar 802.11-2016. Kecepatan transfer data yang ditulis sistem dalam properti jaringan nirkabel dan yang digunakan oleh pemasar dari produsen mana pun pada kotak titik akses (ya, Anda mungkin melihatnya - 1,7 Gb/s! 2,4 Gb/s! 9000 Gb/s!) , tidak hanya puncak dan maksimum pada 100% waktu yang digunakan untuk transmisi, tetapi juga kecepatan pengiriman hanya bagian biru dalam grafik indah ini. Segala sesuatu yang lain akan dikirim dengan kecepatan yang disebut tingkat manajemen dalam bahasa Inggris (dan juga dalam bahasa Rusia, karena menerjemahkan ekspresi seperti itu dapat menyebabkan kesalahpahaman lebih lanjut di antara para insinyur), dan yang lebih rendah tidak hanya beberapa kali lipat, tetapi juga beberapa kali lipat. RATUSAN sekali. Misalnya, tanpa pengaturan tambahan apa pun, jaringan 802.11ac, yang dapat bekerja dengan klien pada kecepatan saluran 1300 Mb/s, mentransmisikan semua informasi layanan (semua yang tidak berwarna biru dalam grafik kami yang semakin buruk) pada kecepatan manajemen 6 Mb/dtk. Lebih dari dua ratus kali lebih lambat!

Pertanyaan logisnya adalah - pada bulan apa, maaf, pada bulan apa ide sabotase seperti itu bisa menjadi bagian dari standar yang digunakan miliaran perangkat untuk beroperasi di seluruh dunia? Jawaban logisnya adalah kompatibilitas, kompatibilitas, kompatibilitas! Jaringan pada titik akses terbaru harus menyediakan kemampuan untuk bekerja pada perangkat berusia sepuluh dan bahkan lima belas tahun, dan di semua bagian “non-biru” inilah informasi terbang yang memperlambat perangkat tua untuk mendengar, memahami dengan benar, dan tidak akan mencoba mengirimkan data berkecepatan sangat tinggi miliknya. Kekokohan membutuhkan pengorbanan!

Sekarang saya siap memberikan kepada semua orang yang tertarik alat yang sangat diperlukan karena merasa ngeri dengan potensi megabit yang ditransmisikan hilang tanpa tujuan di Wi-Fi modern - ini sudah menjadi wajib untuk dipelajari di kalangan teknik yang terlibat Kalkulator AirTime WiFi oleh penggemar 802.11 Norwegia, Gjermund Raaen. Ini tersedia di link ini — hasil karyanya kira-kira seperti ini:

Jalur 1 adalah waktu yang dihabiskan untuk transmisi paket data 1512 byte oleh perangkat 802.11n dalam lebar saluran 20 MHz.

Jalur 2 adalah waktu yang dihabiskan untuk mentransmisikan paket yang sama oleh perangkat dengan rumus antena yang sama, tetapi sudah beroperasi sesuai standar 802.11ac pada saluran 80 MHz.

Bagaimana ini bisa terjadi - empat kali lebih banyak waktu tayang telah "dimanjakan", modulasi maksimum menjadi lebih kompleks dari 64QAM ke 256QAM, kecepatan saluran lebih tinggi ENAM kali (433 Mb/s bukannya 72 Mb/s), tetapi paling banyak 25% waktu tayang diperoleh?

Kompatibilitas dan dua prinsip 802.11, ingat?

Nah, bagaimana kita bisa memperbaiki ketidakadilan dan pemborosan tersebut - kita bertanya pada diri sendiri, seperti yang mungkin ditanyakan oleh setiap kelompok kerja IEEE yang mulai membuat standar? Beberapa jalur logis muncul dalam pikiran:

1. Mempercepat transfer data di bagian grafik yang “hijau”. Hal ini dilakukan ketika setiap standar dirilis, karena jumlah yang besar terlihat bagus di dalam kotak. Dalam praktiknya, seperti yang baru saja kita ketahui, ini memberikan peningkatan yang terbatas - bahkan jika kita mempercepat kecepatan saluran hingga seratus ribu juta gigabit per nanodetik, semua bagian grafik lainnya tidak akan hilang. Inilah sebabnya saya merekomendasikan bahwa dalam semua cerita tentang semua standar 802.11 yang baru, lewati paragraf yang menyebutkan megabit per detik.
2. Percepat semua bagian grafik lainnya. Memang, jika kita setidaknya menggandakan kecepatan transmisi segala sesuatu yang "non-hijau" (baik, atau "non-biru", jika Anda masih melihat gambar sebelumnya), maka kita akan mendapatkan kurang dari 50 % peningkatan throughput nyata - namun, dengan kehilangan kompatibilitas dengan perangkat dan sejumlah nuansa lain yang akan Anda pelajari saat Anda mempersiapkan ujian untuk gelar kebanggaan CWNA :) Spoiler: Anda tidak akan selalu bisa lakukan ini, setelah berpikir keras dan memahami apa yang akan terjadi. Faktanya, ini merupakan pelanggaran terhadap salah satu dari dua prinsip 802.11, jadi Anda harus sangat berhati-hati!
3. Gabungkan beberapa bingkai seperti ini dengan bagian hijaunya menyatu. Semakin panjang bagian hijaunya, semakin efektif peningkatan kecepatan saluran. Ya, ini adalah strategi yang benar-benar berhasil, yang muncul pada 802.11n dan merupakan salah satu dari beberapa landasan sifat revolusionernya. Satu-satunya masalah adalah, pertama, sejumlah aplikasi tidak peduli dengan agregasi tersebut (misalnya, Voice over Wi-Fi yang haus darah), dan kedua, sejumlah perangkat juga tidak peduli. (entah bagaimana saya memutuskan untuk menangkapnya. Akan ada beberapa frame teragregasi di jaringan nyata perusahaan tempat saya bekerja, tetapi untuk> 500 ribu frame yang “diambil”, tidak ada frame teragregasi. Kemungkinan besar, masalahnya adalah dalam metodologi pengumpulan data saya, namun saya siap mendiskusikannya dengan siapa saja, di mana saja, kapan saja dalam percakapan pribadi!).
4. Langgar prinsip pertama dari dua prinsip 802.11 dengan mulai berbicara ketika orang lain sedang berbicara. Dan di sinilah 802.11ax hadir untuk menyelamatkan.

Senang sekali akhirnya saya mendapatkan Wi-Fi 6 dalam cerita saya tentang Wi-Fi 6! Jika Anda masih membaca ini, Anda harus melakukannya karena alasan tertentu atau Anda benar-benar tertarik. Jadi, meskipun 802.11ax mewarisi sebagian besar pengembangan sebelumnya dari seluruh keluarga 802.11 (dan tidak hanya itu - beberapa hal keren muncul di 802.16, alias WiMAX), ada sesuatu di dalamnya yang masih segar dan asli. Biasanya kata-kata tersebut disertai dengan gambar seperti ini, tersedia di website Wi-Fi Alliance:

Seperti yang saya buat reservasi dari awal, dalam batasan satu artikel yang dapat dibaca, kita hanya dapat mempertimbangkan satu dari poin-poin penting ini, atau lebih tepatnya, tidak satu pun dari poin-poin yang ditunjukkan dalam gambar (sungguh mengejutkan!). Saya yakin Anda sudah membaca sejuta deskripsi singkat dari masing-masing delapan elemen kunci ini, tapi saya akan melanjutkan cerita panjang saya yang membosankan tentang apa yang berikut dari OFDMA - kontrol akses beberapa media (kontrol akses MU), yang, sebagai kita lihat, saya tidak mendapatkan infografisnya sama sekali. Tapi itu sia-sia!

Akses ganda adalah sesuatu yang tanpanya membagi saluran menjadi subcarrier tidak masuk akal sama sekali. Mengapa mencoba melihat bagian spektrum yang berbeda jika tidak ada mekanisme yang dapat memaksa klien jaringan Wi-Fi 6 baru untuk melanggar salah satu aturan yang sampai sekarang tidak tergoyahkan dan mulai berbicara pada saat yang bersamaan? Dan, tentu saja, mekanisme seperti itu harus muncul - dan mengurangi dampak dari masalah “panjang” dibandingkan dengan data informasi kepemilikan. Bagaimana? Ya, sederhana sekali: biarkan bagian layanan "lambat" dikirim dengan cara yang sama seperti sebelumnya, tetapi kami akan mengirimkan bagian "cepat", yang datanya dikirim secara langsung, secara bersamaan dari beberapa (atau ke beberapa) perangkat sekaligus memerintah! Ini terlihat seperti ini:

Kelihatannya rumit, namun pada intinya cukup mudah untuk dijelaskan: titik akses, menggunakan bingkai khusus yang dapat dimengerti oleh semua perangkat (bahkan tidak Wi-Fi 6!), melaporkan bahwa ia siap mengirimkan data secara bersamaan ke STA1 dan STA2. Karena "tajuk" dari bingkai ini sepenuhnya dapat dimengerti bahkan oleh klien yang sangat, sangat tua, mereka membuat kesimpulan yang benar bahwa gelombang udara akan sibuk untuk waktu tertentu mengirimkan informasi ke klien lain di jaringan, dan mulai menghitung mundur waktu. hingga akhir periode ini (sebenarnya, seperti biasa di Wi -Fi). Tetapi perangkat STA1 dan STA2 memahami bahwa sekarang data akan dikirimkan kepada mereka dengan cara baru, secara bersamaan, masing-masing melalui bagian salurannya sendiri, dan mereka merespons titik akses pada saat yang sama, dan kemudian juga secara serempak mengonfirmasi penerimaan. frame (masing-masing dengan porsi datanya sendiri!), dan lingkungan dibebaskan kembali. “Bottom-up” cara kerjanya hampir sama:

Perbedaan utama dan paling mencolok adalah bahwa titik akses dalam situasi ini memberi tahu stasiun-stasiun yang dapat berbicara pada saat yang sama kapan harus mulai melakukan transmisi, menggunakan bingkai khusus yang disebut Trigger. Faktanya, ini adalah “pemicu” baru dari seluruh mekanisme akses simultan terhadap media, yang, menurut pendapat saya, merupakan salah satu inovasi terpenting “di balik terpal” standar baru ini. Di dalamnya klien menerima “jadwal” tentang bagaimana membagi satu saluran frekuensi di antara mereka sendiri; di sinilah klien secara bersamaan memberi tahu titik akses bahwa mereka telah menerima bagian datanya dan mampu menguraikannya. Di dalamnya, titik akses memberi tahu semua orang yang dapat "berbicara" pada saat yang sama tentang dimulainya transmisi data - di dalamnya, titik akses mulai mengirimkan data yang diperlukan. Faktanya, mekanisme kerangka Pemicu yang baru memungkinkan Anda mengurangi penggunaan waktu tayang yang tidak rasional - dan seefektif banyak klien yang dapat menggunakannya dan memahaminya dengan benar!

Sekarang mari kita rumuskan tesis utama yang mengikuti keseluruhan cerita panjang ini dan memenuhi syarat untuk TL;DR:

1. Titik akses standar 802.11ax yang baru, meskipun hanya mengandalkan salah satu dari banyak inovasi, akan mulai meningkatkan total throughput seluruh jaringan dari kedua perangkat klien yang kompatibel! Segera setelah setidaknya ada dua klien yang dapat berbicara pada saat yang sama, semua hal dianggap sama (saya tidak punya alasan untuk berasumsi bahwa driver untuk modul radio klien akan ditulis lebih baik dari sebelumnya, yang berarti agregasi dari bagian frame yang "berguna", dan banyak fungsi lain yang bergantung pada klien masih tidak berfungsi "rata-rata di kebun binatang") mereka SUDAH meningkatkan throughput rata-rata. Jadi jika Anda berpikir tentang jaringan Wi-Fi baru, masuk akal untuk segera mempertimbangkan titik akses terbaru dan terbaik, karena meskipun kliennya saat ini masih sedikit, situasinya tidak akan bertahan lama.
2. Semua trik dan trik yang ada di gudang insinyur nirkabel yang baik saat ini akan tetap relevan untuk waktu yang lama - meskipun mekanisme untuk mengakses media telah diperbarui, melanggar prinsip-prinsip dasar yang telah bertahan lebih dari 20 tahun, mekanisme tersebut masih tetap berlaku. kompatibilitas di garis depan. Anda masih perlu memotong tingkat pengelolaan yang “lambat” (dan Anda masih perlu memahami mengapa dan kapan), Anda masih perlu merencanakan lapisan fisik dengan benar, karena tidak ada mekanisme di tingkat data link yang akan berfungsi jika ada masalah di lapisan fisik. tingkat. Kesempatan baru saja muncul untuk melakukan bahkan lebih baik.
3. Hampir semua keputusan di Wi-Fi 6 dibuat oleh titik akses. Seperti yang bisa kita lihat, ia mengontrol akses klien ke lingkungan dengan mengelompokkan perangkat ke dalam “periode” operasi simultan. Bergerak sedikit lebih jauh ke samping, pekerjaan TWT juga sepenuhnya berada di pundak titik akses. Sekarang AP tidak hanya harus “menyiarkan jaringan” dan menyimpan lalu lintas dalam antrian, tetapi juga menyimpan catatan semua klien, merencanakan bagaimana menggabungkan mereka secara lebih menguntungkan berdasarkan bandwidth dan kebutuhan lalu lintas, baterai mereka dan masih banyak lagi. .— Saya menyebut proses ini “orkestrasi.” Algoritme yang digunakan titik akses untuk membuat semua keputusan ini tidak diatur, yang berarti bahwa kualitas nyata dan pendekatan struktural dari produsen akan diwujudkan secara tepat dalam pengembangan algoritma orkestrasi. Semakin akurat titik-titik tersebut memprediksi kebutuhan klien, semakin baik dan seragam mereka dapat menggabungkannya ke dalam beberapa kelompok akses - oleh karena itu, semakin rasional penggunaan sumber daya airtime dan semakin tinggi throughput akhir dari titik akses tersebut. akan. Algoritme adalah batas terakhir!
4. Transisi dari Wi-Fi 5 ke Wi-Fi 6 bersifat revolusioner dan penting seperti transisi dari 802.11g ke 802.11n. Kemudian kami mendapatkan agregasi multi-threading dan “payload” - sekarang kami mendapatkan akses simultan ke media dan akhirnya menjalankan MU-MIMO dan Beamforming (pertama, seperti yang kita tahu, ini adalah hal yang hampir sama; kedua, diskusi “ mengapa MU- MIMO ditemukan pada 802.11ac, tetapi tidak dapat berfungsi” adalah topik artikel panjang yang terpisah :) Baik 802.11n maupun Wi-Fi 6 beroperasi di kedua band (2,4 GHz dan 5 GHz), tidak seperti pendahulunya yang “menengah” - sungguh, “enam adalah empat yang baru”!

Sedikit tentang asal usul artikel ini
Artikel ini ditulis untuk kompetisi yang diadakan oleh Huawei (awalnya diterbitkan di sini). Saat menulisnya, saya sangat mengandalkan laporan saya sendiri di konferensi “Bezprovodov”, yang diadakan pada tahun 2019 di St. Petersburg (Anda dapat menonton rekaman pidatonya di Youtube, perlu diingat - suaranya di sana, sejujurnya, tidak bagus, meskipun videonya berasal dari Sankt Peterburg!).

Sumber: www.habr.com