Wi-Fi 6 について最も重要なこと。いいえ、真剣に考えます。

挨拶。

アインシュタインの単純さの理論を信じるなら、主題を理解するための主な指標は、それをできるだけ簡単に説明する能力です。この記事では、新しい概念のほんの 6 つの詳細の影響をできるだけ簡単かつ徹底的に説明しようとします。この規格は、何らかの理由で Wi​​-Fi Alliance ですら、Wi-Fi XNUMX の新機能に関するインフォグラフィックで言及する価値がないと考えていますが、すぐに見ていただくように、非常に重要で注目に値します。 ここですべてが十分に深いわけではありませんし、確かに包括的ではありません（なぜなら、そのような象は部分的にさえ食べるのが難しいからです）が、私は皆が私の言語訓練から自分自身にとって何か新しくて興味深いことを学ぶことを願っています。

少なくとも 802.11 年間、私たちが毎日待ち望んでいた同じ XNUMXax は、多くの新しくて素晴らしいものをもたらします。 彼について何かを伝えたい人には、常に選択肢があります。略語や略語のバケツに言及しながら、それぞれの内部にある複雑な仕組みに囚われないようにしながら、頭の中で概要を競い合うか、ラップするかのどちらかです。著者にとって最も喜ばしいことについて XNUMX 時間のレポートを作成します。 さらに危険を冒してみると、私のメモのほとんどは新しいものでもないことに費やされることになります。

そのため、802.11 年以上にわたり、ワイヤレス データ ネットワークの一部は XNUMX ファミリーの多数の標準に従って構築されており、自尊心のあるスピーカーと同様に、チェーン全体のタイムラインを少し復元する必要があります。世界に何十億もの相互運用可能なデバイスをもたらした一連の出来事 - しかし、読者を尊重する著者として、私はそれでもこれを行わないリスクを負います。 しかし、私たちはお互いに何かを思い出さなければなりません。

Wi-Fi のすべての反復では、スループットを最大化することよりも信頼性を優先してきました。 これは、メディア アクセス メカニズム (CSMA/CA) によるものですが、伝送メディアから XNUMX 秒あたりの最後のキロビットを絞り出すという観点からは、最適とは言えません (世界一般と Wi-Fi の不完全性について詳しくは、こちらをご覧ください) -特に私の元同僚の記事について スコム ここにスポットがあります）しかし、ほとんどどんな状況でも信じられないほど耐久性があります。 実際、Wi-Fi ネットワーク設計のほぼすべての基本を破ることができます。そして、そのようなネットワークでもデータが交換されます。 Wi-Fi ネットワーク クライアントがデータの一部を送信および/または受信できるようにするメカニズム全体は、英語で言うところの、翻訳が難しい技術主義、堅牢性を保証することを目的としています。 変調層全体が増加し、上部に塗りつぶされたデータ (まったく同じではありませんが、それでも構いません!) を含むフレームの集約は、この比類のない信頼性を提供する 802.11 の XNUMX つの主要原則の後も機能し続けます。

1. 「一人が話している間、残りは沈黙している」。
2. 「データ以外のことはすべてゆっくりと明確に語られます。」

XNUMX 番目の点は、一見したよりもネットワーク帯域幅に大きなダメージを与えます。 これは、Wi-Fi ネットワーク上で送信される XNUMX つのデータを示す素晴らしい図です。

802.11-2016 標準に何ページあるのか知らない一般の人にとって、それが何を意味するのかを考えてみましょう。 システムがワイヤレス ネットワークのプロパティに書き込むデータ転送速度、およびどのメーカーのマーケティング担当者もアクセス ポイント ボックスに反映するデータ転送速度 (おそらく見たことがあるでしょう - 1,7 Gb/s! 2,4 Gb/s! 9000 Gb/s!) , これは、送信が占有する時間の 100% におけるピークと最大値だけでなく、この美しいグラフの青い部分のみが送信される速度でもあります。 他のものはすべて、英語 (ロシア語でも同様です。このような表現を翻訳するとエンジニア間の誤解がさらに深まる恐れがあるため) で管理レートと呼ばれる速度で送信されます。この速度は、数倍だけでなく、数倍低くなります。 数百 一度。 たとえば、追加の設定を行わなくても、802.11 Mb/s のチャネル速度でクライアントと連携できる 1300ac ネットワークは、すべてのサービス情報 (ますますひどいグラフで青以外のすべて) を管理レート 6 で送信します。 MB/秒。 XNUMX 倍以上遅いのです。

論理的な疑問は、失礼ですが、このような妨害行為のアイデアが、世界中で数十億台のデバイスが動作する基準の一部になるなんて、いったい何月のことだったのでしょうか? 論理的な答えは、互換性、互換性、互換性です。 最新のアクセス ポイント上のネットワークは、XNUMX 年、さらには XNUMX 年前のデバイスでも動作する機能を提供する必要があります。これらすべての「青くない」情報が飛び交う中で、速度の遅い古いデバイスが聞き取り、正しく理解して、超高速データの間は送信を試みません。 堅牢性を実現するには犠牲が必要です。

今、私は興味のある人全員に、現代の Wi-Fi で目的もなく送信メガビットが失われる可能性を恐れるために不可欠なツールを提供する準備ができています。これは、関係するエンジニアリング サークルの研究ではすでに必須になっています。 WiFi 通信時間計算ツール ノルウェーの 802.11 愛好家 Gjermund Raaen による。 で入手可能です このリンク — 彼の作業の結果は次のようになります。

行 1 は、1512n デバイスが 802.11 MHz チャネル幅で 20 バイトのデータ パケットを送信するのに費やした時間です。

行 2 は、同じアンテナ方式を持つデバイスが同じパケットを送信するのに費やした時間ですが、すでに 802.11 MHz チャネルで 80ac 標準に従って動作しています。

これはどうしてでしょうか - 64 倍の通信時間が「損なわれ」、最大変調は 256QAM から XNUMXQAM へとより複雑になり、チャネル速度は高速化しています。 XNUMX の倍 (433 Mb/s ではなく 72 Mb/s) ですが、通信時間の最大 25% しか得られませんでした。

802.11 の互換性と XNUMX つの原則を覚えていますか?

では、このような不公平と無駄をどうすれば正すことができるのでしょうか。標準の作成を開始したすべての IEEE ワーキング グループがおそらく自問しているように、私たちは自問します。 いくつかの論理的なパスが思い浮かびます。

1. グラフの「緑色」の部分でデータ転送を高速化します。 これは、各規格がリリースされるときに行われます。これは、箱に大きな数字が見栄えよく見えるためです。 実際には、先ほど気づいたように、増加は有限です。たとえチャネル速度を 802.11 ナノ秒あたり XNUMX 億ギガビットまで加速したとしても、グラフの他の部分はすべて消えるわけではありません。 これが、すべての新しい XNUMX 標準に関するすべての記事で、メガビット/秒について言及している段落をスキップすることをお勧めする理由です。
2. グラフの他のすべての部分を高速化します。 実際、「緑色以外」のすべて (つまり、前の図をまだご覧になっている場合は「青色以外」) が送信される速度を少なくとも 50 倍にすると、802.11 を少し下回る結果が得られます。実際のスループットの % の増加 - ただし、デバイスとの互換性や、CWNA という誇り高き称号の試験の準備をするときに学ぶその他の多くのニュアンスが失われることによって :) ネタバレ: 常にできるわけではありません。よく考えて、それが何をもたらすかを理解してから実行してください。 実際、これは XNUMX の XNUMX つの原則のうちの XNUMX つに違反しているため、十分に注意する必要があります。
3. このように緑色のパーツを合わせていくつかのフレームを組み合わせます。 緑色の部分が長いほど、チャネル速度の向上効果が高くなります。 はい、これは完全に機能する戦略であり、802.11n に登場し、その革新的な性質のいくつかの基礎の 500 つです。 唯一の問題は、第一に、多くのアプリケーションがそのような集約を気にしなかったこと (たとえば、同じ血に飢えた Wi-Fi 経由のボイス)、第二に、多くのデバイスもそれを気にしなかったことです。 (どういうわけか、私はそれをキャッチすることにしましたが、私が働いている会社の実際のネットワーク上には、そのような集約フレームがいくつかあったはずですが、XNUMX を超える「ピックアップされた」フレームについては、集約フレームはまったくありませんでした。おそらく、問題は次のとおりです。私のデータ収集方法論ではありますが、いつでもどこでも誰とでもそれについて話し合うつもりです。いつか個人的な会話で!)。
4. 他の人が話しているときに話し始めると、802.11 の XNUMX つの原則のうちの XNUMX つ目に違反します。 ここで 802.11ax が実際に役に立ちます。

Wi-Fi 6 についての話で、ついに Wi-Fi 6 自体に到達できてうれしいです。 あなたがまだこれを読んでいるなら、あなたは何らかの理由でそうする必要があるか、または本当に興味があるかのどちらかです。 したがって、802.11ax は 802.11 ファミリ全体の以前の開発の大部分を継承していますが (ちなみに、それだけではありません。802.16 (別名 WiMAX) にはいくつかの優れた機能が登場しました)、その中にあるものは依然として新鮮で独創的です。 通常、これらの単語には次のような画像が付いています。この画像は、Wi-Fi Alliance の Web サイトで入手できます。

最初から予約していたので、XNUMX つの読みやすい記事の範囲内では、これらの重要なポイントのうちの XNUMX つだけを検討することができます。むしろ、写真に示されているポイントはどれも検討できません (なんと驚きです!)。 皆さんは、これら XNUMX つの主要な要素のそれぞれに関する簡単な説明をすでに XNUMX 万回読んだと思いますが、OFDMA から派生するもの、つまりマルチメディア アクセス制御 (MU アクセス制御) についての退屈な長い話を続けます。なるほど、インフォグラフィックがまったく理解できませんでした。 しかし、それは完全に無駄です！

多重アクセスは、それがなければチャネルを副搬送波に分割することはまったく意味がありません。 新しい Wi-Fi 6 ネットワークのクライアントに、これまで揺るぎないルールの XNUMX つを破らせ、同時に通話を開始することを強制できるメカニズムがないのに、なぜさまざまなスペクトルを調べようとするのでしょうか? そしてもちろん、そのようなメカニズムが単に出現する必要があり、独自の情報データと比較して「長い」問題の影響を軽減できました。 どうやって？ はい、とても簡単です。「遅い」サービス部分は以前と同じ方法で送信しますが、データが直接送信される「速い」部分は、複数の (または複数の) デバイスから同時に送信します。指示！ 次のようになります。

複雑そうに見えますが、本質的には非常に簡単に説明できます。アクセス ポイントは、すべての (Wi-Fi 6 さえも) デバイスが理解できる特別なフレームを使用して、STA1 と STA2 に同時にデータを送信する準備ができていることを報告します。 STA1。 このフレームの「ヘッダー」は、非常に古いクライアントでも完全に理解できるため、放送波が他のネットワーク クライアントに情報を送信するために一定時間ビジーになるという正しい結論を下し、終了までの時間をカウントダウンし始めます。 (実際、Wi-Fi ではいつものように)。 しかし、デバイス STA2 と STAXNUMX は、データが新しい方法で、それぞれのチャネル上で同時に送信されることを理解しており、同時にアクセス ポイントに応答し、同期的にデータの受信を確認します。フレーム (それぞれに独自のデータ部分が含まれています!) が作成され、環境が再び解放されます。 「ボトムアップ」でもほぼ同じように機能します。

主で最も顕著な違いは、この状況におけるアクセス ポイントが、トリガーと呼ばれる特別なフレームを使用して、同時に通話できるステーションにいつ送信を開始するかを指示することです。 実際、これはメディアへの複数の同時アクセスのメカニズム全体の新しい「トリガー」であり、私の謙虚な意見では、これは新しい標準の「内部」で最も重要な革新の XNUMX つです。 この中で、クライアントは XNUMX つの周波数チャネルをどのように分割するかに関する「スケジュール」を受け取ります。 ここで、クライアントはデータの一部を受信し、それらを解析できたことをアクセス ポイントに同時に通知します。 その中で、アクセス ポイントは同時に「話す」ことができる全員にデータ送信の開始を通知します。その中で、アクセス ポイントは必要なデータの送信を開始します。 実際、新しいトリガー フレーム メカニズムにより、通信時間の不合理な使用を減らすことができ、多くのクライアントがそれを効果的に使用し、正しく認識できるようになります。

ここで、この長いストーリー全体から派生して TL;DR の資格を得る主なテーゼを定式化しましょう。

1. 新しい 802.11ax 標準のアクセス ポイントは、多くの技術革新のうちの XNUMX つに依存するだけでも、すでにネットワーク全体の合計スループットを向上させ始めます。 第2 互換性のあるクライアントデバイス! 同時に通信できるクライアントが少なくとも XNUMX つ存在すると、他の条件がすべて同じになります (クライアント無線モジュールのドライバーが以前よりも適切に作成されると仮定する理由はありません。つまり、フレームの「有用な」部分や、その他多くのクライアント依存機能は依然として「動物園では平均的に」動作しません)、それらはすでに平均スループットを向上させます。 したがって、新しい Wi-Fi ネットワークを検討している場合は、最新かつ最高のアクセス ポイントをすぐに検討するのが理にかなっています。現時点ではクライアントの数がまだ少ないとしても、この状況が長く続くわけではないからです。
2. 今日、優れたワイヤレス エンジニアが持っているテクニックやテクニックはすべて、長期間にわたって意味を持ち続けるでしょう。メディアにアクセスするためのメカニズムは更新され、20 年以上続いてきた基礎原則に違反していますが、依然としてそれが維持されています。最前線の互換性。 「遅い」管理速度を遮断する必要があり (そして、その理由と時期を理解する必要もあります)、物理層に問題がある場合はデータ リンク レベルのメカニズムが機能しないため、物理層を正しく計画する必要があります。レベル。 まさにそうする機会が生じました さらに良い.
3. Wi-Fi 6 におけるほぼすべての決定はアクセス ポイントによって行われます。 ご覧のとおり、デバイスを同時操作の「期間」にグループ化することで、環境へのクライアント アクセスを制御します。 もう少し横に移動すると、TWT の仕事も完全にアクセス ポイントの肩にかかっています。 現在、AP は「ネットワークをブロードキャスト」してトラフィックをキューに保存するだけでなく、すべてのクライアントの記録を保持し、帯域幅やトラフィックのニーズ、バッテリーなどに基づいてクライアントをより有利に組み合わせる方法を計画する必要があります。 . — 私はこのプロセスを「オーケストレーション」と呼んでいます。 アクセス ポイントがこれらすべての決定を行うアルゴリズムは規制されていません。つまり、メーカーの実際の品質と構造的アプローチは、オーケストレーション アルゴリズムの開発に正確に反映されます。 ポイントがクライアントのニーズをより正確に予測するほど、それらをより適切かつ均一に複数のアクセス グループに組み合わせることができるようになります。したがって、通信時間リソースがより合理的に使用され、そのようなアクセス ポイントの最終的なスループットが高くなります。になります。 アルゴリズムは最後のフロンティアです！
4. Wi-Fi 5 から Wi-Fi 6 への移行は、802.11g から 802.11n への移行と同じくらい革命的な性質と重要性を持っています。 その後、マルチスレッドと「ペイロード」集約が実現しました。今ではメディアへの同時アクセスが可能になり、最終的には MU-MIMO とビームフォーミングが機能します (第一に、ご存知のとおり、これらはほぼ同じものです。第二に、「なぜ MU- MIMO は 802.11ac で発明されましたが、機能させることはできませんでした」については、別の長い記事で説明します :) 802.11n と Wi-Fi 6 は両方とも、「中間」の前任者とは異なり、両方の帯域 (2,4 GHz と 5 GHz) で動作します。まさに「XNUMX は新しい XNUMX」です。

この記事の由来について少し
この記事はファーウェイが開催したコンテストのために書かれたものです（初出記事 ここで）。 この論文を執筆する際、私は主に、2019年にサンクトペテルブルクで開催された「ベズプロボドフ」会議での私自身の報告書に依存しました（スピーチの録画を見ることができます） ユーチューブで、心に留めておいてください - ビデオの起源がサンクトペテルブルクであるにもかかわらず、率直に言って、そこでの音声はあまり良くありません!)。

出所： habr.com