Hallo.
Als je de eenvoudstheorie van Einstein gelooft, de belangrijkste indicator voor het begrijpen van een onderwerp is het vermogen om het zo eenvoudig mogelijk uit te leggen, dan zal ik in dit bericht proberen het effect van slechts één detail van het nieuwe zo eenvoudig en grondig mogelijk uit te leggen. standaard, die om de een of andere reden zelfs de Wi-Fi Alliance onwaardig acht om te vermelden in de infographic over de nieuwe functies van Wi-Fi 6, hoewel deze, zoals we binnenkort samen zullen zien, erg belangrijk en opmerkelijk is. Niet alles is hier diep genoeg en zeker niet alomvattend (want zo'n olifant is zelfs in delen moeilijk op te eten), maar ik hoop dat we allemaal iets nieuws en interessants voor onszelf zullen leren van mijn verbale oefeningen.
Diezelfde 802.11ax, waar we al minstens het tweede jaar elke dag op wachten, brengt een heleboel nieuwe en verbazingwekkende dingen met zich mee. Iedereen die iets over hem wil vertellen, heeft altijd de keuze: óf een overzichtsrace over de hoofden maken, een emmer met afkortingen en afkortingen noemen, proberen niet te verzanden in de complexe mechanismen onder de motorkap van elk van hen, óf inpakken een rapport van een uur opstellen over één ding, wat de auteur zeer verheugt. Ik durf nog verder te gaan: het grootste deel van mijn aantekening zal gewijd zijn aan iets dat niet eens nieuw is!
Dus al meer dan twintig jaar worden sommige draadloze datanetwerken gebouwd volgens een aantal standaarden van de 802.11-familie, en net als elke zichzelf respecterende spreker zou ik de tijdlijn van de hele keten enigszins moeten herstellen. van gebeurtenissen die de wereld miljarden interoperabele apparaten hebben opgeleverd - maar als auteur die de lezer respecteert, loop ik nog steeds het risico dit niet te doen. We moeten elkaar echter ergens aan herinneren.
Bij alle versies van Wi-Fi is betrouwbaarheid prioriteit gegeven in plaats van het maximaliseren van de doorvoer. Dit volgt uit het mediumtoegangsmechanisme (CSMA/CA), dat niet het meest optimaal is vanuit het oogpunt van het uitpersen van de laatste kilobits per seconde uit het transmissiemedium (je kunt meer lezen over de onvolkomenheden van de wereld in het algemeen en Wi -Fi in het bijzonder in het artikel van mijn oud-collega ), maar ongelooflijk duurzaam onder vrijwel alle omstandigheden. In feite kun je bijna alle basisprincipes van het ontwerp van een Wi-Fi-netwerk doorbreken - en zo'n netwerk zal nog steeds gegevens uitwisselen! Het hele mechanisme waarmee Wi-Fi-netwerkclients hun gegevensporties kunnen verzenden en/of ontvangen, is gericht op het garanderen van wat in het Engels een woord wordt genoemd met een moeilijk te vertalen flair van technocratie, robuustheid. De hele modulatielaag neemt toe, de aggregatie van frames met gegevens (niet precies zo, maar het zij zo!) erbovenop uitgesmeerd blijft werken volgens de twee belangrijkste principes van 802.11, die deze onovertroffen betrouwbaarheid bieden:
- “Terwijl iemand spreekt, zwijgt de rest”;
- “Alles behalve de gegevens wordt langzaam en duidelijk gezegd.”
Het tweede punt veroorzaakt veel meer schade aan de netwerkbandbreedte dan het op het eerste gezicht lijkt. Hier is een coole afbeelding die een stuk gegevens illustreert dat via een Wi-Fi-netwerk wordt verzonden:
Laten we eens kijken wat dit betekent voor gewone mensen die niet weten hoeveel pagina's er zijn in de 802.11-2016-standaard. De gegevensoverdrachtsnelheid die het systeem in de eigenschappen van het draadloze netwerk schrijft en die marketeers van welke fabrikant dan ook gebruiken op access point-boxen (nou ja, je hebt het waarschijnlijk gezien - 1,7 Gb/s! 2,4 Gb/s! 9000 Gb/s!) , het is niet alleen de piek en het maximum bij 100% van de tijd die door verzending wordt in beslag genomen, maar het is ook de snelheid waarmee alleen het blauwe gedeelte in deze prachtige grafiek wordt verzonden. Al het andere wordt verzonden met een snelheid die in het Engels managementsnelheid wordt genoemd (en ook in het Russisch, omdat het vertalen van dergelijke uitdrukkingen nog meer misverstanden tussen ingenieurs dreigt te veroorzaken), en die niet alleen een paar keer lager is, maar ook een factor HONDERDEN eenmaal. Zonder extra instellingen verzendt een 802.11ac-netwerk, dat met clients kan werken met een kanaalsnelheid van 1300 Mb/s, bijvoorbeeld alle service-informatie (alles wat niet blauw is in onze steeds verschrikkelijker wordende grafiek) met een beheersnelheid van 6 Mb/s. Ruim tweehonderd keer langzamer!
De logische vraag is: in welke maand, neem me niet kwalijk, zou zo’n sabotage-idee überhaupt onderdeel kunnen worden van de standaard waarmee miljarden apparaten over de hele wereld werken? Het logische antwoord is compatibiliteit, compatibiliteit, compatibiliteit! Het netwerk op het nieuwste toegangspunt zou de mogelijkheid moeten bieden om te werken met apparaten van tien en zelfs vijftien jaar oud, en het is in al deze ‘niet-blauwe’ stukken dat informatie vliegt die langzame oudere apparaten zullen horen, correct zullen begrijpen en zal niet proberen tijdens ultrasnelle stukjes gegevens te verzenden. Robuustheid vereist opoffering!
Nu ben ik klaar om iedereen die geïnteresseerd is een onmisbaar hulpmiddel te geven om geschokt te zijn door de potentiële verzonden megabits die doelloos verloren gaan in moderne Wi-Fi - dit is al verplicht geworden voor studie in de betrokken technische kringen De WiFi AirTime-calculator van de Noorse 802.11-liefhebber Gjermund Raaen. Het is verkrijgbaar bij — het resultaat van zijn werk ziet er ongeveer zo uit:
Lijn 1 is de tijd die wordt besteed aan het verzenden van een datapakket van 1512 bytes door een 802.11n-apparaat in een kanaalbreedte van 20 MHz.
Lijn 2 is de tijd die wordt besteed aan het verzenden van hetzelfde pakket door een apparaat met dezelfde antenneformule, maar dat al werkt volgens de 802.11ac-standaard in een 80 MHz-kanaal.
Hoe kan dit - vier keer meer zendtijd is "verwend", de maximale modulatie is complexer geworden van 64QAM naar 256QAM, de kanaalsnelheid is hoger SIX keer (433 Mb/s in plaats van 72 Mb/s), maar werd er maximaal 25% van de zendtijd gewonnen?
Compatibiliteit en twee principes van 802.11, weet je nog?
Welnu, hoe kunnen we dergelijke onrechtvaardigheid en verspilling corrigeren – vragen we ons af, zoals elke IEEE-werkgroep die een standaard begon te creëren zich waarschijnlijk afvroeg? Er komen een aantal logische paden in me op:
- Versnel de gegevensoverdracht in het “groene” deel van de grafiek. Dit gebeurt bij elke standaard die wordt uitgebracht, omdat grote cijfers er mooi uitzien op de dozen. In de praktijk levert dit, zoals we zojuist hebben opgemerkt, een eindige toename op - zelfs als we de kanaalsnelheid verhogen tot honderdduizend miljoen gigabits per nanoseconde, zullen alle andere delen van de grafiek niet verdwijnen. Daarom raad ik aan om in alle verhalen over alle nieuwe 802.11-standaarden de paragrafen over te slaan waarin megabits per seconde worden genoemd.
- Versnel alle andere delen van de grafiek. Als we tenminste de snelheid verdubbelen waarmee alles wat ‘niet-groen’ is (nou ja, of ‘niet-blauw’, als je nog naar de vorige afbeelding kijkt), dan komen we iets minder dan 50 uit. % toename van de werkelijke doorvoer - echter door het verlies van compatibiliteit met apparaten en een aantal andere nuances waarover u zult leren als u zich gaat voorbereiden op het examen voor de trotse titel van CWNA :) Spoiler: dat zult u niet altijd kunnen doe dit, nadat u er goed over heeft nagedacht en begrijpt waar dit toe zal leiden. In feite is dit een schending van een van de twee principes van 802.11, dus je moet er heel voorzichtig mee zijn!
- Zet meerdere van dit soort frames in elkaar met de groene delen bij elkaar. Hoe langer het groene gedeelte, hoe effectiever de verhoging van de kanaalsnelheid is. Ja, dit is een volledig werkende strategie, die al in 802.11n verscheen en een van de hoekstenen van het revolutionaire karakter ervan is. Het enige probleem is dat ten eerste een aantal applicaties zich niets aantrok van zo'n samenvoeging (bijvoorbeeld diezelfde bloeddorstige Voice over Wi-Fi), ten tweede dat een aantal apparaten er ook niets om gaf (op de een of andere manier besloot ik het op te vangen. Er zouden verschillende van dergelijke geaggregeerde frames zijn geweest op het echte netwerk van het bedrijf waar ik voor werk, maar voor> 500 'opgepikte' frames waren er precies nul geaggregeerde frames. Hoogstwaarschijnlijk is het probleem in mijn methodologie voor gegevensverzameling, maar ik ben bereid om dit met iedereen waar dan ook te bespreken, soms in een persoonlijk gesprek!).
- Schend het eerste van de twee principes van 802.11 door te beginnen praten terwijl iemand anders aan het praten is. En dit is waar 802.11ax daadwerkelijk te hulp komt.
Het is geweldig dat ik in mijn verhaal over Wi-Fi 6 eindelijk bij Wi-Fi 6 zelf terecht ben gekomen! Als je dit nog steeds aan het lezen bent, moet je dat om de een of andere reden doen, of ben je echt geïnteresseerd. Dus hoewel 802.11ax een groot deel van de eerdere ontwikkelingen van de hele 802.11-familie erft (en trouwens niet alleen - er verschenen een aantal coole dingen in 802.16, ook bekend als WiMAX), is er nog steeds iets fris en origineels in. Meestal gaan deze woorden vergezeld van een afbeelding als deze, beschikbaar op de website van de Wi-Fi Alliance:
Omdat ik vanaf het allereerste begin een voorbehoud heb gemaakt, zullen we binnen de grenzen van één leesbaar artikel slechts één van deze kernpunten kunnen overwegen, of beter gezegd, geen van de punten die op de afbeelding worden weergegeven (wat een verrassing!). Ik weet zeker dat je al een miljoen korte beschrijvingen van elk van deze acht sleutelelementen hebt gelezen, maar ik zal mijn saai lange verhaal voortzetten over wat volgt uit OFDMA: toegangscontrole voor meerdere media (MU-toegangscontrole), die, zoals we zien het, ik heb de infographic helemaal niet gekregen. Maar het is volkomen tevergeefs!
Meervoudige toegang is iets zonder welke het verdelen van een kanaal in subdraaggolven helemaal geen zin heeft. Waarom proberen naar verschillende delen van het spectrum te kijken als er geen mechanisme is dat klanten van het nieuwe Wi-Fi 6-netwerk kan dwingen een van de tot nu toe onwrikbare regels te overtreden en tegelijkertijd te beginnen praten? En natuurlijk moest zo'n mechanisme gewoon verschijnen - en de impact van het 'lange' probleem verminderen in vergelijking met propriëtaire informatiegegevens. Hoe? Ja, het is heel eenvoudig: laat het “langzame” servicegedeelte op dezelfde manier worden verzonden als voorheen, maar we zullen het “snelle” gedeelte, waarin de gegevens rechtstreeks, gelijktijdig worden verzonden vanaf meerdere (of naar meerdere) apparaten op commando! Het ziet er ongeveer zo uit:
Het ziet er ingewikkeld uit, maar in essentie is het vrij eenvoudig uit te leggen: het toegangspunt, dat gebruik maakt van een speciaal frame dat begrijpelijk is voor alle (zelfs Wi-Fi 6!) apparaten, meldt dat het klaar is om tegelijkertijd gegevens naar STA1 te verzenden en STA2. Omdat de “header” van dit frame volledig begrijpelijk is, zelfs voor heel, heel oude klanten, trekken ze de juiste conclusie dat de ether een bepaalde tijd bezig zal zijn met het verzenden van informatie naar andere netwerkclients, en beginnen ze de tijd af te tellen tot het einde. van deze periode (in feite, zoals altijd bij Wi-Fi). Maar de apparaten STA1 en STA2 begrijpen dat er nu op een nieuwe manier gegevens naar hen worden verzonden, tegelijkertijd, elk op hun eigen deel van het kanaal, en ze reageren tegelijkertijd op het toegangspunt en bevestigen dan ook synchroon de ontvangst van het frame (elk met zijn eigen portie gegevens!), en de omgeving wordt weer bevrijd. “Bottom-up” werkt op vrijwel dezelfde manier:
Het belangrijkste en meest opvallende verschil is dat het toegangspunt in deze situatie de stations die tegelijkertijd kunnen spreken, vertelt wanneer ze moeten beginnen met zenden, met behulp van een speciaal frame genaamd Trigger. Dit is in feite een nieuwe ‘trigger’ van het hele mechanisme van meervoudige gelijktijdige toegang tot het medium, wat naar mijn bescheiden mening een van de belangrijkste innovaties ‘onder de motorkap’ van de nieuwe standaard is. Daarin ontvangen klanten een "schema" over hoe ze één frequentiekanaal onder elkaar kunnen verdelen; Het is hier dat clients tegelijkertijd het toegangspunt informeren dat ze hun gegevensgedeelten hebben ontvangen en deze hebben kunnen parseren. Daarin informeert het toegangspunt iedereen die tegelijkertijd kan "praten" over het begin van de gegevensoverdracht - daarin begint het toegangspunt de vereiste gegevens te verzenden. Met het nieuwe Triggerframe-mechanisme kunt u het irrationele gebruik van zendtijd verminderen - en net zo effectief als veel cliënten het kunnen gebruiken en correct kunnen waarnemen!
Laten we nu de belangrijkste stellingen formuleren die uit dit hele lange verhaal volgen en in aanmerking komen voor TL;DR:
- Toegangspunten van de nieuwe 802.11ax-standaard zullen, zelfs als ze slechts op één van de vele innovaties vertrouwen, de totale doorvoer van het hele netwerk beginnen te vergroten, al vanaf de tweede compatibel clientapparaat! Zodra er tenminste twee clients zijn die tegelijkertijd kunnen praten, dan, als al het andere gelijk blijft (ik heb geen reden om aan te nemen dat stuurprogramma's voor clientradiomodules beter zullen worden geschreven dan voorheen, wat betekent dat de aggregatie van ‘nuttige’ delen van frames en vele andere klantafhankelijke functies zullen ‘gemiddeld in een dierentuin’ nog steeds niet werken, ze zullen de gemiddelde doorvoer al verhogen. Dus als je nadenkt over een nieuw Wi-Fi-netwerk, is het verstandig om meteen de nieuwste en beste toegangspunten te overwegen, want ook al zijn daar nu nog weinig klanten voor, de situatie zal niet lang zo blijven.
- Alle trucs en trucs die tegenwoordig in het arsenaal van een goede draadloze ingenieur aanwezig zijn, zullen nog lange tijd relevant blijven - hoewel het mechanisme voor toegang tot het medium is bijgewerkt en daarmee de hoeksteenprincipes schendt die al meer dan twintig jaar bestaan, blijft het nog steeds bestaan compatibiliteit voorop. Je moet nog steeds de ‘langzame’ beheersnelheden afsnijden (en je moet nog steeds begrijpen waarom en wanneer), je moet nog steeds de fysieke laag correct plannen, omdat geen enkel mechanisme op datalinkniveau zal werken als er problemen zijn op de fysieke laag. niveau. De kans deed zich gewoon voor om het te doen nog beter.
- Bijna alle beslissingen in Wi-Fi 6 worden genomen door het toegangspunt. Zoals we kunnen zien, controleert het de toegang van klanten tot de omgeving door apparaten te groeperen in “perioden” van gelijktijdig gebruik. Iets verder opzij, ligt het werk van TWT ook volledig op de schouders van het access point. Nu moet het AP niet alleen “het netwerk uitzenden” en verkeer in wachtrijen opslaan, maar ook gegevens bijhouden van alle clients, en plannen hoe ze winstgevender met elkaar kunnen worden gecombineerd op basis van hun bandbreedte en verkeersbehoeften, hun batterijen en nog veel, veel meer. – Ik noem dit proces ‘orkestratie’. De algoritmen waarmee het toegangspunt al deze beslissingen zal nemen, zijn niet gereguleerd, wat betekent dat de echte kwaliteit en structurele aanpak van fabrikanten juist tot uiting zal komen in de ontwikkeling van orkestratie-algoritmen. Hoe nauwkeuriger de punten de behoeften van klanten voorspellen, hoe beter en uniformer ze deze in meerdere toegangsgroepen kunnen combineren. Hoe rationeler de zendtijdbronnen zullen worden gebruikt en hoe hoger de uiteindelijke doorvoer van een dergelijk toegangspunt. zal zijn. Het algoritme is de laatste grens!
- De overgang van Wi-Fi 5 naar Wi-Fi 6 is net zo revolutionair van aard en belang als de overgang van 802.11g naar 802.11n. Toen kregen we multi-threading en “payload”-aggregatie - nu krijgen we gelijktijdige toegang tot het medium en tenslotte werken we met MU-MIMO en Beamforming (ten eerste, zoals we weten, zijn dit bijna hetzelfde; ten tweede de discussie “waarom MU- MIMO is uitgevonden in 802.11ac, maar kon niet werkend worden gemaakt” is het onderwerp van een apart lang artikel :) Zowel 802.11n als Wi-Fi 6 werken in beide banden (2,4 GHz en 5 GHz), in tegenstelling tot hun ‘tussenliggende’ voorgangers – echt waar, ‘zes is de nieuwe vier’!
Iets over de oorsprong van dit artikel
Het artikel is geschreven voor een wedstrijd van Huawei (oorspronkelijk gepubliceerd ). Bij het schrijven ervan heb ik grotendeels vertrouwd op mijn eigen verslag van de “Bezprovodov”-conferentie, die in 2019 in Sint-Petersburg werd gehouden (je kunt de opname van de toespraak bekijken Houd er rekening mee dat het geluid daar eerlijk gezegd niet geweldig is, ondanks de oorsprong van de video in St. Petersburg!).
Bron: www.habr.com