הדבר הכי חשוב ב-Wi-Fi 6. לא, ברצינות

שלום.

אם אתה מאמין לתיאוריית הפשטות של איינשטיין, המדד העיקרי להבנת נושא הוא היכולת להסביר אותו בצורה פשוטה ככל האפשר, אז בפוסט זה אנסה להסביר בצורה פשוטה ויסודית ככל האפשר את ההשפעה של פרט אחד בלבד של הפרט החדש. תקן, שמשום מה אפילו ה-Wi-Fi Alliance רואה בו לא ראוי להזכיר באינפוגרפיקה על התכונות החדשות של Wi-Fi 6, למרות שהוא, כפי שנראה יחד בקרוב, חשוב מאוד וראוי לציון. לא הכל כאן מספיק עמוק ובטח לא מקיף (כי פיל כזה קשה לאכול אפילו בחלקים), אבל אני מקווה שכולנו נלמד לעצמנו משהו חדש ומעניין מהתרגילים המילוליים שלי.

אותו 802.11ax, לו חיכינו כל יום לפחות השנה השנייה, מביא איתו הרבה דברים חדשים ומדהימים. לכל מי שרוצה לספר עליו משהו תמיד יש ברירה: או לעשות מרוץ סקירה מעל הראש, להזכיר דלי של קיצורים וקיצורים, לנסות לא להסתבך במנגנונים המורכבים מתחת למכסה המנוע של כל אחד מהם, או לעטוף העלה דוח בן שעה על דבר אחד, המשמח ביותר את המחבר. אני אסתכן בהרחקה עוד יותר: רוב הפתק שלי יוקדש למשהו שהוא אפילו לא חדש!

אז, כבר יותר מעשרים שנה, חלק מרשתות הנתונים האלחוטיות נבנו על פי שורה של סטנדרטים של משפחת 802.11, וכמו כל רמקול שמכבד את עצמו, אצטרך לשחזר מעט את ציר הזמן של כל השרשרת. של אירועים שהעניקו לעולם מיליארדי מכשירים הניתנים להפעלה הדדית - אבל, כסופר שמכבד את הקורא, אני עדיין מסתכן שלא אעשה זאת. עם זאת, עלינו להזכיר זה לזה משהו.

לכל האיטרציות של Wi-Fi יש עדיפות לאמינות במקום למקסם את התפוקה. הדבר נובע ממנגנון הגישה הבינונית (CSMA/CA), שאינו האופטימלי ביותר מבחינת סחיטת הקילוביטים האחרונים לשנייה ממדיום השידור (תוכלו לקרוא עוד על פגמי העולם בכלל ו-Wi -Fi במיוחד במאמר של עמיתי לשעבר skomm הנה הכתמים), אבל עמיד להפליא כמעט בכל תנאי. למעשה, אתה יכול לשבור כמעט את כל היסודות של עיצוב רשת Wi-Fi - ורשת כזו עדיין תחליף נתונים! כל המנגנון שבאמצעותו לקוחות רשת Wi-Fi מסוגלים לשדר ו/או לקבל את חלקי הנתונים שלהם נועד להבטיח את מה שנקרא באנגלית מילה עם כשרון קשה לתרגום של טכנוקרטיה, חוסן. כל השכבה של אפנון גדלה, צבירה של מסגרות עם נתונים (לא בדיוק כאלה, אבל כך יהיה!) מרוח למעלה ממשיכה לעבוד אחרי שני העקרונות העיקריים של 802.11, המספקים את המהימנות הבלתי נעלמה הזו:

1. "בזמן שאחד מדבר, השאר שותקים";
2. "הכל מלבד הנתונים נאמר לאט וברור".

הנקודה השנייה גורמת להרבה יותר נזק ברוחב הפס של הרשת ממה שזה נראה במבט ראשון. הנה תמונה מגניבה הממחישה פיסת נתונים אחת שנשלחה ברשת Wi-Fi:

בואו להבין מה זה אומר לאנשים רגילים שלא יודעים כמה עמודים יש בתקן 802.11-2016. מהירות העברת הנתונים שהמערכת כותבת במאפייני הרשת האלחוטית וששווקים מכל יצרן מציירים על קופסאות נקודות גישה (טוב, בטח ראיתם את זה - 1,7 Gb/s! 2,4 Gb/s! 9000 Gb/s!) , לא רק שזהו השיא והמקסימום ב-100% מהזמן שנכבש על ידי שידור, אלא שזו גם המהירות שבה יישלח רק החלק הכחול בגרף היפה הזה. כל השאר יישלחו במהירות שנקראת ניהול קצב באנגלית (וגם ברוסית, כי תרגום ביטויים כאלה מאיים על אי הבנה נוספת בין מהנדסים), והיא נמוכה יותר לא רק בכמה פעמים, אלא בפקטור של מאות פַּעַם. לדוגמה, ללא הגדרות נוספות, רשת 802.11ac, שיכולה לעבוד עם לקוחות במהירות ערוץ של 1300 Mb/s, מעבירה את כל מידע השירות (כל מה שלא כחול בגרף הנורא שלנו) בקצב ניהול של 6 Mb/s . יותר מפי מאתיים לאט יותר!

השאלה ההגיונית היא - מה, תסלחו לי, באיזה חודש רעיון חבלה שכזה בכלל יכול להפוך לחלק מהסטנדרט שלפיו פועלים מיליארדי מכשירים ברחבי העולם? התשובה ההגיונית היא תאימות, תאימות, תאימות! הרשת בנקודת הגישה החדשה ביותר אמורה לספק את היכולת לעבוד עבור מכשירים בני עשר ואפילו חמש עשרה שנים, ובכל הקטעים ה"לא כחולים" האלה המידע עף שמכשירים קשישים איטיים ישמעו, יבינו נכון. לא ינסה לשדר במהלך מהירות במיוחד פיסות נתונים שלהם. איתנות דורשת הקרבה!

עכשיו אני מוכן לתת לכל מי שמתעניין כלי הכרחי כדי להחריד מהמגה-ביטים המשודרים הפוטנציאליים שאבדו ללא מטרה ב-Wi-Fi המודרני - זה כבר הפך לחובה ללימוד בחוגי ההנדסה המעורבים מחשבון ה-WiFi AirTime מאת חובב 802.11 הנורבגי Gjermund Raaen. זה זמין ב קישור זה - התוצאה של עבודתו נראית בערך כך:

קו 1 הוא הזמן המושקע בהעברת חבילת נתונים של 1512 בתים על ידי התקן 802.11n ברוחב ערוץ של 20 מגה-הרץ.

קו 2 הוא הזמן המושקע בהעברת אותה חבילה על ידי מכשיר עם אותה נוסחת אנטנה, אך כבר פועל לפי תקן 802.11ac בערוץ 80 מגה-הרץ.

איך זה יכול להיות - פי ארבעה יותר זמן אוויר "התקלקל", האפנון המקסימלי הפך מורכב יותר מ-64QAM ל-256QAM, מהירות הערוץ גבוהה יותר שֵׁשׁ פעמים (433 Mb/s במקום 72 Mb/s), אבל לכל היותר 25% מזמן האוויר הושג?

תאימות ושני עקרונות של 802.11, זוכרים?

ובכן, איך נוכל לתקן חוסר צדק ובזבוז שכזה – אנחנו שואלים את עצמנו, כפי שוודאי שאלה את עצמה כל קבוצת עבודה של IEEE שהחלה ליצור תקן? מספר דרכים לוגיות עולות בראש:

1. האץ את העברת הנתונים בחלק ה"ירוק" של הגרף. זה נעשה כאשר כל תקן משוחרר, כי מספרים גדולים נראים יפה על הקופסאות. בפועל, כפי שרק עכשיו שמנו לב, זה נותן עלייה סופית - גם אם נאיץ את מהירות הערוץ למאה אלף מיליון גיגה-ביט לננו-שנייה, כל שאר חלקי הגרף לא ייעלמו. זו הסיבה שאני ממליץ בכל הסיפורים על כל תקני 802.11 החדשים, לדלג על הפסקאות שמזכירות מגה-ביט לשנייה.
2. האיץ את כל שאר החלקים של הגרף. ואכן, אם לפחות נכפיל את המהירות שבה כל דבר "לא ירוק" משודר (טוב, או "לא כחול", אם אתה עדיין מסתכל על התמונה הקודמת), אז נקבל קצת פחות מ-50 % עלייה בתפוקה האמיתית - עם זאת, על ידי אובדן תאימות למכשירים ועוד מספר ניואנסים שתלמדו עליהם כשתלכו להתכונן לבחינה לתואר הגאה של CWNA :) ספוילר: לא תמיד תוכלו לעשות זאת, לאחר מחשבה קשה והבנת למה זה יוביל. למעשה, מדובר בהפרה של אחד משני העקרונות של 802.11, אז אתה צריך להיות זהיר מאוד עם זה!
3. חבר כמה מסגרות ככה עם החלקים הירוקים ביחד. ככל שהחלק הירוק ארוך יותר, כך העלייה במהירות הערוץ יעילה יותר. כן, זו אסטרטגיה עובדת לחלוטין, שהופיעה עוד ב-802.11n והיא אחת מכמה אבני יסוד באופייה המהפכני. הבעיה היחידה היא שראשית, למספר אפליקציות לא היה אכפת מהצטברות כזו (לדוגמה, אותו קול צמא דם ב-Wi-Fi), שנית, למספר מכשירים גם לא התייחסו לזה. (איכשהו החלטתי לתפוס את זה אמנם היו כמה פריימים מצטברים כאלה ברשת האמיתית של החברה שבה אני עובד, אבל עבור יותר מ-500 אלף פריימים "אספו" היו בדיוק אפס פריימים מצטברים. סביר להניח שהבעיה היא במתודולוגיית איסוף הנתונים שלי, אבל אני מוכן לדון בזה עם כל אחד בכל מקום. מתישהו בשיחה אישית!).
4. הפר את הראשון מבין שני העקרונות של 802.11 על ידי התחלת לדבר כאשר מישהו אחר מדבר. וכאן בעצם 802.11ax בא להציל.

זה נהדר שסוף סוף הגעתי ל-Wi-Fi 6 עצמו בסיפור שלי על Wi-Fi 6! אם אתה עדיין קורא את זה, או שאתה חייב מסיבה כלשהי או שאתה באמת מעוניין. אז למרות ש-802.11ax יורש חלק עצום מהפיתוחים הקודמים של כל משפחת ה-802.11 (ולא רק, אגב - כמה דברים מגניבים הופיעו ב-802.16, הלא הוא WiMAX), משהו בו עדיין טרי ומקורי. בדרך כלל מילים אלו מלוות בתמונה כזו, הזמינה באתר Wi-Fi Alliance:

כפי שהזמנתי כבר מההתחלה, בגבולות מאמר אחד קריא נוכל לשקול רק אחת מנקודות המפתח הללו, או ליתר דיוק, אף אחת מאלה המוצגות בתמונה (איזו הפתעה!). אני בטוח שכבר קראת מיליון תיאורים מהירים של כל אחד משמונת מרכיבי המפתח האלה, אבל אני אמשיך את הסיפור הארוך והמייגע שלי על מה שנובע מ-OFDMA - בקרת גישה מרובת מדיה (בקרת גישה MU), אשר, כמו אנחנו רואים, לא קיבלתי את האינפוגרפיקה בכלל. אבל זה לגמרי לשווא!

גישה מרובה היא משהו שבלעדיו חלוקת ערוץ לספקי משנה אינה הגיונית כלל. למה לנסות להסתכל על חלקים שונים של ספקטרום אם אין מנגנון שיכול לאלץ לקוחות של רשת ה-Wi-Fi 6 החדשה לשבור את אחד הכללים הבלתי מעורערים עד כה ולהתחיל לדבר באותו הזמן? וכמובן, מנגנון כזה פשוט היה צריך להופיע - ולהפחית את ההשפעה של הבעיה ה"ארוכה" בהשוואה לנתוני מידע קנייניים. אֵיך? כן, זה מאוד פשוט: תן לחלק השירות "האיטי" להישלח באותו אופן כמו קודם, אבל אנחנו נשלח את החלק ה"מהיר", שבו הנתונים נשלחים ישירות, בו זמנית מכמה (או לכמה) מכשירים על פקודה! זה נראה בערך כך:

זה נראה מסובך, אבל במהותו די קל להסביר: נקודת הגישה, באמצעות מסגרת מיוחדת המובנת לכל המכשירים (אפילו לא Wi-Fi 6!), מדווחת שהיא מוכנה לשדר נתונים בו-זמנית ל-STA1 ו STA2. מכיוון שה"כותרת" של המסגרת הזו מובן לחלוטין אפילו ללקוחות ותיקים מאוד, הם מסיקים את המסקנה הנכונה שגלי האתר יהיו עסוקים במשך זמן מסוים בהעברת מידע ללקוחות רשת אחרים, ומתחילים לספור לאחור את הזמן עד הסוף של תקופה זו (למעשה, כמו תמיד ב-Wi-Fi). אבל המכשירים STA1 ו-STA2 מבינים שכעת ישודרו אליהם נתונים בצורה חדשה, בו-זמנית, כל אחד בקטע שלו בערוץ, והם מגיבים לנקודת הגישה בו-זמנית, ואז גם מאשרים באופן סינכרוני את הקליטה של המסגרת (כל אחד עם חלק הנתונים שלו!), והסביבה משוחררת שוב. "מלמטה למעלה" זה עובד בערך באותו אופן:

ההבדל העיקרי והבולט ביותר הוא שנקודת הגישה במצב זה אומרת לתחנות שיכולות לדבר בו-זמנית מתי להתחיל לשדר, באמצעות מסגרת מיוחדת הנקראת Trigger. זהו למעשה "טריגר" חדש של כל המנגנון של גישה מרובה בו זמנית למדיום, שהוא לעניות דעתי אחד החידושים החשובים ביותר "מתחת למכסה המנוע" של התקן החדש. בו הלקוחות מקבלים "לוח זמנים" כיצד לחלק ביניהם ערוץ תדר אחד; זה כאן שלקוחות מודיעים בו-זמנית לנקודת הגישה שהם קיבלו את חלקי הנתונים שלהם והיו מסוגלים לנתח אותם. בה, נקודת הגישה מודיעה לכל מי שיכול "לדבר" בו זמנית על תחילת העברת הנתונים - בה, נקודת הגישה מתחילה לשלוח לה את הנתונים הנדרשים. מנגנון מסגרת טריגר החדש מאפשר למעשה לצמצם את השימוש הבלתי רציונלי בזמן אוויר - וביעילות ככל שלקוחות רבים יכולים להשתמש בו ולתפוס אותו נכון!

עכשיו בואו ננסח את התזות העיקריות הנובעות מכל הסיפור הארוך הזה ונזכה ל-TL;DR:

1. נקודות גישה של תקן 802.11ax החדש, אפילו בהסתמכות על חידוש אחד מני רבים, יתחילו להגדיל את התפוקה הכוללת של הרשת כולה כבר מ השני מכשיר לקוח תואם! ברגע שיש לפחות שני לקוחות שיכולים לדבר בו זמנית, אז, כל שאר הדברים שווים (אין לי סיבה להניח שדרייברים למודולי רדיו של הלקוח ייכתבו טוב יותר מבעבר, מה שאומר שהצבירה של חלקים "שימושיים" של מסגרות ופונקציות רבות אחרות התלויות בלקוח עדיין לא יעבדו "בממוצע בגן חיות"), הם כבר יגדילו את התפוקה הממוצעת. אז אם אתה חושב על רשת Wi-Fi חדשה, זה הגיוני לשקול מיד את נקודות הגישה החדשות והטובות ביותר, כי גם אם עדיין יש מעט לקוחות עבורם כעת, המצב לא יישאר כך לאורך זמן.
2. כל הטריקים והטריקים שנמצאים היום בארסנל של מהנדס אלחוטי טוב יישארו רלוונטיים לאורך זמן - למרות שמנגנון הגישה למדיום עודכן, תוך הפרה של עקרונות אבן היסוד שנמשכו יותר מ-20 שנה, הוא עדיין שומר תאימות בחזית. אתה עדיין צריך לחתוך קצבי ניהול "איטיים" (ועדיין צריך להבין למה ומתי), אתה עדיין צריך לתכנן נכון את השכבה הפיזית, כי שום מנגנון ברמת קישור הנתונים לא יעבוד אם יש בעיות בפיזית רָמָה. פשוט נוצרה ההזדמנות לעשות אפילו יותר טוב.
3. כמעט כל ההחלטות ב-Wi-Fi 6 מתקבלות על ידי נקודת הגישה. כפי שאנו יכולים לראות, הוא שולט בגישה של הלקוח לסביבה על ידי קיבוץ מכשירים יחד ל"תקופות" של פעולה בו זמנית. כשנעים קצת יותר הצידה, העבודה של TWT היא גם כולה על הכתפיים של נקודת הגישה. כעת על ה-AP לא רק "לשדר את הרשת" ולאחסן תעבורה בתורים, אלא גם לשמור תיעוד של כל הלקוחות, לתכנן כיצד לשלב אותם בצורה רווחית יותר זה עם זה בהתבסס על צורכי רוחב הפס ותעבורה, הסוללות שלהם ועוד הרבה, הרבה יותר. אני קורא לתהליך הזה "תזמור". האלגוריתמים שבאמצעותם נקודת הגישה תקבל את כל ההחלטות הללו אינם מוסדרים, מה שאומר שהגישה האיכותית והמבנית האמיתית של היצרנים יבואו לידי ביטוי דווקא בפיתוח אלגוריתמי תזמור. ככל שהנקודות מנבאות בצורה מדויקת יותר את צרכי הלקוחות, כך הן יוכלו לשלב אותן בצורה טובה ואחידה יותר למספר קבוצות גישה - לפיכך, ככל שהשימוש במשאבי זמן האוויר יהיה רציונלי יותר ותפוקה הסופית של נקודת גישה כזו תהיה גבוהה יותר. יהיה. האלגוריתם הוא הגבול האחרון!
4. המעבר מ-Wi-Fi 5 ל-Wi-Fi 6 הוא מהפכני באופיו ובחשיבותו כמו המעבר מ-802.11g ל-802.11n. אחר כך קיבלנו ריבוי פתילים וצבירת "עומס" - עכשיו אנחנו מקבלים גישה בו-זמנית למדיום ולבסוף פועלים MU-MIMO ו-Beamforming (ראשית, כידוע, אלה כמעט אותו דבר; שנית, הדיון "מדוע MU- MIMO הומצא ב-802.11ac, אך לא ניתן היה לגרום לכך שיפעל" הוא הנושא של מאמר ארוך נפרד :) גם 802.11n וגם Wi-Fi 6 פועלים בשתי הרצועות (2,4 גיגה-הרץ ו-5 גיגה-הרץ), בניגוד לקודמיהם "הבינוניים" - באמת, "שישה הם הארבעה החדשים"!

קצת על מקורות המאמר הזה
המאמר נכתב לתחרות שערכה Huawei (פורסם במקור כאן). כשכתבתי אותו, הסתמכתי במידה רבה על הדיווח שלי בכנס "בזפרובודוב", שהתקיים ב-2019 בסנט פטרסבורג (תוכלו לצפות בהקלטה של ​​הנאום ביוטיוב, רק זכור - הסאונד שם, בכנות, לא נהדר, למרות המקור של סנט פטרסבורג של הסרטון!).

מקור: www.habr.com