Wi-Fi 6에서 가장 중요한 것. 아니, 진지하게

안녕.

아인슈타인의 단순성 이론을 믿는다면, 주제를 이해하는 주요 지표는 가능한 한 간단하게 설명하는 능력입니다. 그렇다면 이 게시물에서는 새로운 주제의 한 가지 세부 사항의 효과를 최대한 간단하고 철저하게 설명하려고 노력할 것입니다. 이 표준은 Wi-Fi Alliance조차도 Wi-Fi 6의 새로운 기능에 대한 인포그래픽에서 언급할 가치가 없다고 간주하지만, 곧 함께 살펴보겠지만 매우 중요하고 주목할 만합니다. 여기에 있는 모든 것이 충분히 깊지는 않고 확실히 포괄적이지는 않지만(그러한 코끼리는 부분적으로도 먹기 어렵기 때문에), 우리 모두가 내 언어 연습을 통해 새롭고 흥미로운 것을 배우기를 바랍니다.

우리가 적어도 802.11년 동안 매일 기다려온 동일한 XNUMXax는 새롭고 놀라운 것들을 많이 가져옵니다. 그에 대해 무언가를 말하고 싶은 사람은 항상 선택의 여지가 있습니다. 머리 위로 개요 경주를하거나, 약어 및 약어 버킷을 언급하거나, 각각의 후드 아래에있는 복잡한 메커니즘에 얽매이지 않도록 노력하거나 포장하는 것입니다. 저자에게 가장 만족스러운 한 가지에 대해 한 시간 동안 보고서를 작성합니다. 나는 더 나아가서 위험을 감수할 것입니다: 내 노트의 대부분은 심지어 새롭지도 않은 것에 전념할 것입니다!

따라서 802.11년이 넘도록 무선 데이터 네트워크 중 일부는 XNUMX 제품군의 여러 표준에 따라 구축되었으며, 자존심이 강한 다른 연설가와 마찬가지로 전체 체인의 타임라인을 약간 복원해야 합니다. 세상에 수십억 개의 상호 운용 가능한 장치를 제공한 사건들 - 하지만 독자를 존중하는 작가로서 나는 여전히 이 일을 하지 않을 위험이 있습니다. 하지만 우리는 서로에게 한 가지를 상기시켜 주어야 합니다.

Wi-Fi의 모든 반복은 처리량을 극대화하기보다는 안정성을 우선시했습니다. 이는 전송 매체에서 초당 마지막 킬로비트를 짜내는 관점에서 가장 최적이 아닌 매체 액세스 메커니즘(CSMA/CA)을 따릅니다(일반적으로 세계와 Wi의 불완전성에 대해 자세히 알아볼 수 있음). - 특히 내 전 동료의 기사에서 Fi 스코옴 여기 명소가 있어요), 그러나 거의 모든 조건에서 믿을 수 없을 정도로 내구성이 뛰어납니다. 실제로 Wi-Fi 네트워크 설계의 거의 모든 기본 사항을 깨뜨릴 수 있으며 이러한 네트워크는 여전히 데이터를 교환합니다! Wi-Fi 네트워크 클라이언트가 자신의 데이터 부분을 전송 및/또는 수신할 수 있는 전체 메커니즘은 영어로 번역하기 어려운 기술주의적 감각과 견고성을 갖춘 단어를 보장하는 것을 목표로 합니다. 변조의 전체 레이어가 증가하고, 데이터가 포함된 프레임의 집합(정확히는 아니지만 그렇게 됩니다!)이 위에 번져 있는 것은 802.11의 두 가지 주요 원칙에 따라 계속 작동하여 탁월한 신뢰성을 제공합니다.

1. “한 사람이 말하는 동안 나머지는 침묵합니다”;
2. "데이터를 제외한 모든 것은 천천히 명확하게 말합니다."

두 번째 점은 언뜻 보이는 것보다 네트워크 대역폭에 훨씬 더 많은 손상을 초래합니다. 다음은 Wi-Fi 네트워크에서 전송되는 데이터 중 하나를 보여주는 멋진 그림입니다.

802.11-2016 표준에는 몇 페이지가 있는지 모르는 일반 사람들에게 이것이 무엇을 의미하는지 알아봅시다. 시스템이 무선 네트워크 속성에 기록하는 데이터 전송 속도와 모든 제조업체의 마케팅 담당자가 액세스 포인트 박스에 그리는 데이터 전송 속도(글쎄, 아마도 보셨을 것입니다 - 1,7Gb/s! 2,4Gb/s! 9000Gb/s!) , 전송이 차지하는 시간을 100%로 했을 때의 최고치이자 최대치일 뿐만 아니라, 이 아름다운 그래프에서 파란색 부분만 전송되는 속도이기도 합니다. 그 밖의 모든 것은 영어로 관리 속도라고 불리는 속도로 전송되며(러시아어도 마찬가지입니다. 이러한 표현을 번역하면 엔지니어들 사이에 더 많은 오해가 발생할 위험이 있기 때문입니다) 이는 몇 배뿐만 아니라 몇 배나 더 낮은 속도입니다. 수백 한 번. 예를 들어, 추가 설정 없이 802.11Mb/s의 채널 속도로 클라이언트와 작동할 수 있는 1300ac 네트워크는 모든 서비스 정보(점점 더 끔찍한 그래프에서 파란색이 아닌 모든 정보)를 관리 속도 6으로 전송합니다. 메가바이트/초. XNUMX배 이상 느립니다!

논리적인 질문은 이렇습니다. 실례합니다. 이러한 방해 행위 아이디어가 전 세계 수십억 대의 장치가 작동하는 표준의 일부가 될 수 있는 달은 언제일까요? 논리적인 대답은 호환성, 호환성, 호환성입니다! 최신 액세스 포인트의 네트워크는 XNUMX년, 심지어 XNUMX년 된 장치에서도 작동할 수 있는 기능을 제공해야 하며, 이러한 "파란색이 아닌" 부분에는 느린 노인 장치가 듣고 올바르게 이해하고 이동하는 정보가 있습니다. 초고속 데이터 중에는 전송을 시도하지 않습니다. 견고함에는 희생이 필요합니다!

이제 나는 현대 Wi-Fi에서 전송되는 메가비트의 잠재적인 손실이 목적 없이 손실되는 것에 대해 관심이 있는 모든 사람에게 없어서는 안될 도구를 제공할 준비가 되었습니다. 이는 관련 엔지니어링 분야에서 이미 연구에 필수가 되었습니다. WiFi AirTime 계산기 노르웨이의 802.11 매니아인 Gjermund Raaen이 작성했습니다. 다음에서 이용 가능합니다. 이 링크 — 그의 작업 결과는 다음과 같습니다.

라인 1은 1512MHz 채널 폭에서 802.11n 장치가 20바이트 데이터 패킷을 전송하는 데 소요된 시간입니다.

라인 2는 동일한 안테나 공식을 사용하지만 이미 802.11MHz 채널에서 80ac 표준에 따라 작동 중인 장치가 동일한 패킷을 전송하는 데 소요된 시간입니다.

어떻게 그럴 수 있습니까? 64배 더 많은 방송 시간이 "손상"되었고, 최대 변조가 256QAM에서 XNUMXQAM으로 더욱 복잡해졌으며, 채널 속도가 더 빨라졌습니다. 육 시간(433 Mb/s 대신 72 Mb/s)이지만 최대 25%의 방송 시간을 얻었습니까?

802.11의 호환성과 두 가지 원칙을 기억하시나요?

글쎄, 우리는 그러한 불의와 낭비를 어떻게 바로잡을 수 있습니까? 표준을 만들기 시작한 모든 IEEE 작업 그룹이 아마도 스스로에게 물었듯이 우리도 스스로에게 묻습니다. 몇 가지 논리적 경로가 떠오릅니다.

1. 그래프의 "녹색" 부분에서 데이터 전송을 가속화합니다. 이는 각 표준이 출시될 때 수행됩니다. 상자에 큰 숫자가 보기 좋게 표시되기 때문입니다. 실제로 방금 알아차린 것처럼 채널 속도를 나노초당 802.11억 기가비트로 가속하더라도 그래프의 다른 모든 부분은 사라지지 않습니다. 이것이 바로 내가 새로운 XNUMX 표준에 관한 모든 기사에서 초당 메가비트를 언급하는 단락을 건너뛰도록 권장하는 이유입니다.
2. 그래프의 다른 모든 부분의 속도를 높입니다. 실제로, "녹색이 아닌" 모든 것이 전송되는 속도를 최소한 두 배로 늘리면(아직 이전 그림을 보고 있다면 "파란색이 아닌") 50보다 약간 작은 값을 얻게 됩니다. 실제 처리량 % 증가 - 그러나 자랑스러운 CWNA 타이틀 시험을 준비할 때 배우게 될 장치와의 호환성 및 기타 여러 가지 뉘앙스를 잃음으로써 :) 스포일러: 항상 가능하지는 않습니다. 열심히 생각하고 그것이 무엇으로 이어질지 이해한 후에 이것을 하십시오. 실제로 이는 802.11의 두 가지 원칙 중 하나를 위반하는 것이므로 매우 주의해야 합니다!
3. 이렇게 여러 개의 프레임을 녹색 부분과 함께 결합해 보세요. 녹색 부분이 길수록 채널 속도 증가 효과가 더 좋습니다. 예, 이것은 802.11n에서 등장한 완전히 작동하는 전략이며 혁신적인 성격의 여러 초석 중 하나입니다. 유일한 문제는 첫째, 많은 응용 프로그램이 그러한 집계에 대해 신경 쓰지 않았다는 것입니다 (예를 들어 피에 굶주린 동일한 Voice over Wi-Fi). 둘째, 많은 장치도 그것에 대해 신경 쓰지 않았습니다. (제가 일하는 회사의 실제 네트워크에는 이러한 집계된 프레임이 여러 개 있었을 텐데 어떻게든 잡기로 결정했습니다. 하지만 "선택된" 프레임이 500개가 넘는 경우 집계된 프레임이 정확히 XNUMX개였습니다. 문제는 아마도 다음과 같습니다. 내 데이터 수집 방법론은 있지만 언제 어디서나 개인적인 대화를 통해 누구와도 논의할 준비가 되어 있습니다!).
4. 다른 사람이 말하고 있을 때 말하기 시작하면 802.11의 두 가지 원칙 중 첫 번째를 위반합니다. 그리고 이것이 바로 802.11ax가 실제로 구출되는 곳입니다.

Wi-Fi 6에 관한 내 이야기에서 마침내 Wi-Fi 6 자체에 도달하게 되어 정말 기쁩니다! 아직도 이 글을 읽고 계시다면, 어떤 이유로든 읽어야 하거나 정말 관심이 있으신 것입니다. 따라서 802.11ax가 전체 802.11 제품군의 이전 개발 중 상당 부분을 상속하더라도(그런데 뿐만 아니라 WiMAX라고도 알려진 802.16에 몇 가지 멋진 기능이 등장함) 그 안에 있는 무언가는 여전히 신선하고 독창적입니다. 일반적으로 이러한 단어에는 Wi-Fi Alliance 웹사이트에서 볼 수 있는 다음과 같은 그림이 함께 제공됩니다.

처음부터 예약했기 때문에 읽을 수 있는 기사 하나의 한계 내에서 이러한 핵심 사항 중 하나만 고려하거나 오히려 그림에 표시된 내용 중 전혀 고려할 수 없습니다(놀랍습니다!). 여러분은 이미 이러한 XNUMX가지 핵심 요소 각각에 대해 간략한 설명을 백만 개 읽었을 것입니다. 하지만 OFDMA에서 이어지는 다중 미디어 액세스 제어(MU 액세스 제어)에 대한 지루하고 긴 이야기를 계속하겠습니다. 알다시피, 나는 인포그래픽을 전혀 얻지 못했습니다. 그러나 그것은 완전히 헛된 일입니다!

다중 액세스는 채널을 하위 캐리어로 나누는 것이 전혀 의미가 없는 것입니다. 새로운 Wi-Fi 6 네트워크의 클라이언트가 지금까지 흔들리지 않았던 규칙 중 하나를 깨고 동시에 대화를 시작하도록 강제할 수 있는 메커니즘이 없다면 다양한 스펙트럼 부분을 살펴보려고 할 이유가 무엇입니까? 그리고 물론 그러한 메커니즘이 나타나야 했고 독점 정보 데이터에 비해 "장기" 문제의 영향을 줄여야 했습니다. 어떻게? 예, 매우 간단합니다. "느린" 서비스 부분은 이전과 같은 방식으로 전송되지만, "빠른" 서비스 부분은 여러 장치(또는 여러 장치)에서 동시에 직접 전송되는 "빠른" 부분을 보냅니다. 명령! 다음과 같이 보입니다.

복잡해 보이지만 본질적으로 설명하기는 매우 쉽습니다. 모든(Wi-Fi 6도 포함) 장치가 이해할 수 있는 특수 프레임을 사용하는 액세스 포인트는 STA1에 동시에 데이터를 전송할 준비가 되었음을 보고하고 STA2. 이 프레임의 "헤더"는 매우 오래된 클라이언트라도 완전히 이해할 수 있으므로 전파가 다른 네트워크 클라이언트에 정보를 전송하는 특정 시간 동안 바쁠 것이라는 올바른 결론을 내리고 끝까지 시간을 카운트다운하기 시작합니다. 이 기간 동안(사실 Wi-Fi에서는 항상 그렇듯이). 그러나 장치 STA1과 STA2는 이제 데이터가 각각의 채널에서 새로운 방식으로 동시에 전송되고 동시에 액세스 포인트에 응답한 다음 동기적으로 수신을 확인한다는 것을 이해합니다. 프레임(각각 고유한 데이터 부분이 있음)이 생성되고 환경이 다시 해제됩니다. "상향식"은 거의 같은 방식으로 작동합니다.

주요하고 가장 눈에 띄는 차이점은 이 상황에서 액세스 포인트가 트리거라는 특수 프레임을 사용하여 동시에 말할 수 있는 스테이션에 언제 전송을 시작할지 알려준다는 것입니다. 사실 이것은 매체에 대한 다중 동시 액세스의 전체 메커니즘에 대한 새로운 "트리거"입니다. 제 생각에는 이것이 새로운 표준의 "내부"에서 가장 중요한 혁신 중 하나입니다. 클라이언트는 하나의 주파수 채널을 서로 분할하는 방법에 대한 "일정"을 받습니다. 클라이언트가 자신의 데이터 부분을 수신하고 이를 구문 분석할 수 있다는 사실을 액세스 포인트에 동시에 알리는 곳이 바로 여기입니다. 여기에서 액세스 포인트는 동시에 "대화"할 수 있는 모든 사람에게 데이터 전송 시작에 대해 알립니다. 즉, 액세스 포인트는 필요한 데이터를 전송하기 시작합니다. 실제로 새로운 트리거 프레임 메커니즘을 사용하면 방송 시간의 비합리적인 사용을 줄일 수 있으며 많은 클라이언트가 이를 사용하고 올바르게 인식할 수 있는 만큼 효과적으로 사용할 수 있습니다!

이제 이 긴 이야기 전체에서 따르고 TL;DR의 자격을 갖춘 주요 논제를 공식화해 보겠습니다.

1. 새로운 802.11ax 표준의 액세스 포인트는 많은 혁신 중 하나에만 의존하더라도 이미 초 호환되는 클라이언트 장치! 동시에 대화할 수 있는 클라이언트가 두 개 이상 있으면 다른 모든 조건은 동일합니다(클라이언트 무선 모듈용 드라이버가 이전보다 더 잘 작성될 것이라고 가정할 이유가 없습니다. 프레임의 "유용한" 부분과 기타 많은 클라이언트 종속 기능은 여전히 ​​"동물원에서 평균적으로" 작동하지 않습니다.) 이미 평균 처리량이 증가합니다. 따라서 새로운 Wi-Fi 네트워크에 대해 생각하고 있다면 최신 및 최고의 액세스 포인트를 즉시 고려하는 것이 합리적입니다. 왜냐하면 현재 클라이언트가 아직 적더라도 상황이 오랫동안 이런 상태로 유지되지 않기 때문입니다.
2. 오늘날 훌륭한 무선 엔지니어의 무기고에 있는 모든 트릭과 트릭은 오랫동안 관련성을 유지합니다. 매체에 액세스하는 메커니즘이 업데이트되어 20년 이상 지속된 초석 원칙을 위반했지만 여전히 유지됩니다. 호환성이 최우선입니다. 여전히 "느린" 관리 속도를 차단해야 하며(이유와 시기를 여전히 이해해야 함), 물리적 계층에 문제가 있는 경우 데이터 링크 수준의 메커니즘이 작동하지 않기 때문에 물리적 계층을 올바르게 계획해야 합니다. 수준. 방금 할 수 있는 기회가 생겼습니다. 더 나은.
3. Wi-Fi 6의 거의 모든 결정은 액세스 포인트에 의해 이루어집니다. 보시다시피, 장치를 동시 작업 "기간"으로 그룹화하여 환경에 대한 클라이언트 액세스를 제어합니다. 조금 더 측면으로 이동하면 TWT의 작업도 전적으로 액세스 포인트의 어깨에 있습니다. 이제 AP는 "네트워크를 브로드캐스트"하고 트래픽을 대기열에 저장할 뿐만 아니라 모든 클라이언트에 대한 기록을 유지하고 대역폭 및 트래픽 요구 사항, 배터리 등을 기반으로 클라이언트를 더 수익성 있게 결합하는 방법을 계획해야 합니다. — 저는 이 과정을 '오케스트레이션'이라고 부릅니다. 액세스 포인트가 이러한 모든 결정을 내리는 알고리즘은 규제되지 않습니다. 즉, 제조업체의 실제 품질과 구조적 접근 방식은 오케스트레이션 알고리즘 개발에서 정확하게 드러납니다. 포인트가 클라이언트의 요구 사항을 더 정확하게 예측할수록 클라이언트는 이를 여러 액세스 그룹으로 더 좋고 더 균일하게 결합할 수 있습니다. 따라서 방송 시간 리소스가 더 합리적으로 사용되며 해당 액세스 포인트의 최종 처리량이 높아집니다. 될거야. 알고리즘은 최후의 개척지입니다!
4. Wi-Fi 5에서 Wi-Fi 6으로의 전환은 802.11g에서 802.11n으로의 전환만큼이나 그 성격과 중요성이 혁신적입니다. 그런 다음 멀티 스레딩 및 "페이로드" 집계를 얻었습니다. 이제 매체에 동시에 액세스하고 마지막으로 MU-MIMO 및 Beamforming 작업을 수행합니다(첫 번째로 우리가 알고 있듯이 이는 거의 동일합니다. 두 번째로 " 왜 MU- MIMO는 802.11ac에서 발명되었지만 작동하도록 만들 수 없었습니다.”는 별도의 긴 기사의 주제입니다 :) 802.11n과 Wi-Fi 6은 모두 "중간" 이전 제품과 달리 두 대역(2,4GHz 및 5GHz)에서 작동합니다. 실제로 "XNUMX이 새로운 XNUMX"입니다!

이 기사의 출처에 대해 조금
이 기사는 Huawei가 주최한 대회를 위해 작성되었습니다(원래 게시됨). 여기에). 이 글을 쓸 때 저는 2019년 상트페테르부르크에서 열린 "Bezprovodov" 컨퍼런스에서 제가 작성한 보고서에 크게 의존했습니다(연설 녹음을 시청하실 수 있습니다) YouTube에서, 명심하십시오. 솔직히 말해서 비디오의 상트 페테르부르크 출처에도 불구하고 그곳의 소리는 좋지 않습니다!).

출처 : habr.com