Hei.
Hvis du tror på Einsteins teori om enkelhet, er hovedindikatoren for å forstå et emne evnen til å forklare det så enkelt som mulig, så vil jeg i dette innlegget prøve å forklare så enkelt og grundig som mulig effekten av bare én detalj av den nye standard, som av en eller annen grunn til og med Wi-Fi Alliance anser som uverdig å nevne i infografikk om de nye funksjonene til Wi-Fi 6, selv om den, som vi snart vil se sammen, er veldig viktig og bemerkelsesverdig. Ikke alt her er dypt nok og absolutt ikke omfattende (fordi en slik elefant er vanskelig å spise selv delvis), men jeg håper at vi alle vil lære noe nytt og interessant for oss selv fra mine verbale øvelser.
Den samme 802.11ax, som vi har ventet på hver dag i minst det andre året, bringer med seg mange nye og fantastiske ting. Alle som vil fortelle noe om ham har alltid et valg: enten lage et oversiktsløp over hodene, nevne en bøtte med forkortelser og forkortelser, prøve å ikke sette seg fast i de komplekse mekanismene under panseret på hver av dem, eller pakk inn opp en timelang rapport om én ting, mest gledelig for forfatteren. Jeg risikerer å gå enda lenger: det meste av notatet mitt vil være viet til noe som ikke engang er nytt!
Så, i mer enn tjue år nå, har noen av de trådløse datanettverkene blitt bygget i henhold til en rekke standarder fra 802.11-familien, og som enhver høyttaler med respekt for seg selv, ville jeg måtte gjenopprette tidslinjen til hele kjeden litt. av hendelser som ga verden milliarder av interoperable enheter - men som en forfatter som respekterer leseren, risikerer jeg fortsatt å ikke gjøre dette. Vi bør imidlertid minne hverandre på noe.
Alle gjentakelser av Wi-Fi har prioritert pålitelighet i stedet for å maksimere gjennomstrømningen. Dette følger av medium tilgangsmekanismen (CSMA/CA), som ikke er den mest optimale med tanke på å presse de siste kilobitene per sekund fra overføringsmediet (du kan lese mer om verdens ufullkommenheter generelt og Wi -Fi spesielt i artikkelen til min tidligere kollega ), men utrolig holdbar under nesten alle forhold. Faktisk kan du bryte nesten alle grunnleggende for Wi-Fi-nettverksdesign - og et slikt nettverk vil fortsatt utveksle data! Hele mekanismen som Wi-Fi-nettverksklienter er i stand til å overføre og/eller motta deler av data med, er rettet mot å sikre det som på engelsk kalles et ord med en vanskelig å oversette teknokrati, robusthet. Hele laget med modulasjon øker, aggregering av rammer med data (ikke akkurat slik, men så det være!) smurt på toppen fortsetter å fungere etter de to hovedprinsippene til 802.11, som gir denne uovertruffen påliteligheten:
- "Mens en snakker, tier resten";
- "Alt bortsett fra dataene blir sagt sakte og tydelig."
Det andre punktet forårsaker mye mer skade på nettverksbåndbredden enn det kan virke ved første øyekast. Her er et kult bilde som illustrerer ett stykke data sendt på et Wi-Fi-nettverk:
La oss finne ut hva det betyr for vanlige folk som ikke vet hvor mange sider det er i 802.11-2016-standarden. Dataoverføringshastigheten som systemet skriver i egenskapene til det trådløse nettverket og som markedsførere fra en hvilken som helst produsent trekker på tilgangspunktbokser (vel, du så det sikkert - 1,7 Gb/s! 2,4 Gb/s! 9000 Gb/s!) , ikke bare er det peak og maksimum ved 100 % av tiden okkupert av overføring, men det er også hastigheten som bare den blå delen i denne vakre grafen vil bli sendt. Alt annet vil bli sendt med en hastighet som kalles management rate på engelsk (og på russisk også, fordi oversettelse av slike uttrykk truer med ytterligere misforståelser mellom ingeniører), og som er lavere ikke bare flere ganger, men med en faktor på HUNDRE en gang. For eksempel, uten noen ekstra innstillinger, overfører et 802.11ac-nettverk, som kan jobbe med klienter med en kanalhastighet på 1300 Mb/s, all tjenesteinformasjon (alt som ikke er blått i vår stadig mer forferdelige graf) med en administrasjonshastighet på 6 Mb/s . Mer enn to hundre ganger tregere!
Det logiske spørsmålet er - hva, unnskyld meg, hvilken måned kan en slik sabotasjeide til og med bli en del av standarden som milliarder av enheter opererer rundt om i verden? Det logiske svaret er kompatibilitet, kompatibilitet, kompatibilitet! Nettverket på det nyeste tilgangspunktet skal gi muligheten til å fungere for ti- og til og med femten år gamle enheter, og det er i alle disse "ikke-blå" delene informasjonen flyr som trege eldre enheter vil høre, forstå riktig og vil ikke prøve å overføre under ultra-høyhastighets biter av data deres. Robusthet krever ofre!
Nå er jeg klar til å gi alle som er interessert et uunnværlig verktøy for å bli forferdet over de potensielle overførte megabitene som går målløst tapt i moderne Wi-Fi - dette har allerede blitt obligatorisk for studier i de involverte ingeniørsirklene WiFi AirTime-kalkulatoren av den norske 802.11-entusiast Gjermund Raaen. Den er tilgjengelig kl — Resultatet av arbeidet hans ser omtrent slik ut:
Linje 1 er tiden brukt på å sende en 1512 byte datapakke av en 802.11n-enhet i en 20 MHz kanalbredde.
Linje 2 er tiden brukt på å sende den samme pakken av en enhet med samme antenneformel, men som allerede opererer i henhold til 802.11ac-standarden i en 80 MHz-kanal.
Hvordan kan dette være - fire ganger mer sendetid har blitt "bortskjemt", den maksimale modulasjonen har blitt mer kompleks fra 64QAM til 256QAM, kanalhastigheten er høyere SEKS ganger (433 Mb/s i stedet for 72 Mb/s), men på det meste ble 25 % av sendetiden vunnet?
Kompatibilitet og to prinsipper for 802.11, husker du?
Vel, hvordan kan vi rette opp slik urettferdighet og sløsing – spør vi oss selv, som enhver IEEE-arbeidsgruppe som begynte å lage en standard sannsynligvis spurte seg selv? Flere logiske veier kommer til tankene:
- Akselerer dataoverføringen i den "grønne" delen av grafen. Dette gjøres når hver standard slippes, fordi store tall ser bra ut på boksene. I praksis, som vi nettopp la merke til, gir det en begrenset økning – selv om vi akselererer kanalhastigheten til hundre tusen millioner gigabit per nanosekund, vil ikke alle andre deler av grafen forsvinne. Dette er grunnen til at jeg anbefaler at du hopper over avsnittene som nevner megabit per sekund i alle historier om alle de nye 802.11-standardene.
- Få fart på alle andre deler av grafen. Faktisk, hvis vi i det minste dobler hastigheten som alt "ikke-grønt" overføres med (vel, eller "ikke-blått", hvis du fortsatt ser på det forrige bildet), vil vi få litt mindre enn 50 % økning i reell gjennomstrømning - imidlertid ved å miste kompatibilitet med enheter og en rekke andre nyanser som du vil lære om når du går for å forberede deg til eksamen for den stolte tittelen CWNA :) Spoiler: du vil ikke alltid være i stand til å gjør dette, etter å ha tenkt grundig og forstått hva det vil føre til. Faktisk er dette et brudd på ett av de to prinsippene i 802.11, så du må være veldig forsiktig med det!
- Sett sammen flere rammer som dette med de grønne delene sammen. Jo lengre den grønne delen er, desto mer effektiv er økningen i kanalhastighet. Ja, dette er en helt fungerende strategi, som dukket opp tilbake i 802.11n og er en av flere hjørnesteiner i dens revolusjonerende natur. Det eneste problemet er at for det første brydde en del applikasjoner seg ikke så mye om slik aggregering (for eksempel den samme blodtørstige stemmen over Wi-Fi), for det andre ga en del enheter heller ikke noe om det (på en eller annen måte bestemte jeg meg for å fange det skjønt. Det ville ha vært flere slike aggregerte rammer på det virkelige nettverket til selskapet jeg jobber for, men for >500 XNUMX "hentede" rammer var det nøyaktig null aggregerte rammer. Mest sannsynlig er problemet i min datainnsamlingsmetodikk, men jeg er klar til å diskutere det med hvem som helst hvor som helst. en gang i en personlig samtale!).
- Bryt det første av de to prinsippene i 802.11 ved å begynne å snakke når noen andre snakker. Og det er her 802.11ax faktisk kommer til unnsetning.
Det er flott at jeg endelig kom til selve Wi-Fi 6 i historien min om Wi-Fi 6! Hvis du fortsatt leser dette, må du enten av en eller annen grunn, eller så er du virkelig interessert. Så selv om 802.11ax arver en stor del av den tidligere utviklingen av hele 802.11-familien (og ikke bare, forresten - noen kule ting dukket opp i 802.16, aka WiMAX), er noe i den fortsatt friskt og originalt. Vanligvis er disse ordene ledsaget av et bilde som dette, tilgjengelig på Wi-Fi Alliance-nettstedet:
Ettersom jeg gjorde en reservasjon helt fra begynnelsen, vil vi innenfor rammen av én lesbar artikkel kun kunne vurdere ett av disse nøkkelpunktene, eller rettere sagt, ingen av de som er vist på bildet (for en overraskelse!). Jeg er sikker på at du allerede har lest en million raske beskrivelser av hvert av disse åtte nøkkelelementene, men jeg fortsetter min langtekkelig lange historie om det som følger av OFDMA - tilgangskontroll for flere medier (MU-tilgangskontroll), som, som vi ser, jeg fikk ikke infografikken i det hele tatt. Men det er helt forgjeves!
Multippel tilgang er noe uten at det ikke gir noen mening å dele en kanal i underbærere. Hvorfor prøve å se på forskjellige deler av spekteret hvis det ikke er noen mekanisme som kan tvinge klienter til det nye Wi-Fi 6-nettverket til å bryte en av de hittil urokkelige reglene og begynne å snakke samtidig? Og selvfølgelig måtte en slik mekanisme ganske enkelt dukke opp - og redusere virkningen av det "lange" problemet sammenlignet med proprietære informasjonsdata. Hvordan? Ja, det er veldig enkelt: la den "sakte" tjenestedelen sendes på samme måte som før, men vi sender den "raske" delen, der dataene sendes direkte, samtidig fra flere (eller til flere) enheter på kommando! Det ser omtrent slik ut:
Det ser komplisert ut, men i hovedsak er det ganske enkelt å forklare: tilgangspunktet, ved hjelp av en spesiell ramme som er forståelig for alle (ikke engang Wi-Fi 6!) enheter, rapporterer at det er klart til å overføre data samtidig til STA1 og STA2. Siden "overskriften" til denne rammen er fullstendig forståelig selv for veldig, veldig gamle klienter, trekker de den korrekte konklusjonen at eteren vil være opptatt i en viss tid med å overføre informasjon til andre nettverksklienter, og begynner å telle ned tiden til slutten av denne perioden (faktisk, som alltid i Wi-Fi). Men enhetene STA1 og STA2 forstår at nå vil data bli overført til dem på en ny måte, samtidig, hver på sin egen del av kanalen, og de svarer på tilgangspunktet samtidig, og bekrefter deretter synkront mottak av rammen (hver med sin egen del av data!), og miljøet frigjøres igjen. "Bottom-up" fungerer det omtrent på samme måte:
Den viktigste og mest slående forskjellen er at tilgangspunktet i denne situasjonen forteller stasjoner som kan snakke samtidig når de skal begynne å sende, ved hjelp av en spesiell ramme kalt Trigger. Dette er faktisk en ny "utløser" av hele mekanismen for flere samtidige tilganger til mediet, som etter min ydmyke mening er en av de viktigste innovasjonene "under panseret" til den nye standarden. Det er i den at klienter får en "plan" for hvordan de deler en frekvenskanal mellom seg; det er her klienter samtidig informerer tilgangspunktet om at de har mottatt sine deler av data og var i stand til å analysere dem. I den varsler tilgangspunktet alle som kan "snakke" samtidig om starten av dataoverføring - i det begynner tilgangspunktet å sende de nødvendige dataene. Den nye Trigger-rammemekanismen lar deg faktisk redusere den irrasjonelle bruken av sendetid – og så effektivt som mange klienter kan bruke den og oppfatte den riktig!
La oss nå formulere hovedoppgavene som følger av hele denne lange historien og kvalifisere for TL;DR:
- Tilgangspunkter til den nye 802.11ax-standarden, selv om de er avhengige av bare én av mange innovasjoner, vil begynne å øke den totale gjennomstrømningen til hele nettverket allerede fra kl. den andre kompatibel klientenhet! Så snart det er minst to klienter som kan snakke samtidig, så alt annet likt (jeg har ingen grunn til å anta at drivere for klientradiomoduler vil bli skrevet bedre enn før, noe som betyr at aggregeringen av "nyttige" deler av rammer, og mange andre klientavhengige funksjoner vil fortsatt ikke fungere "i gjennomsnitt i en dyrehage") de vil ALLEREDE øke den gjennomsnittlige gjennomstrømningen. Så hvis du tenker på et nytt Wi-Fi-nettverk, er det fornuftig å umiddelbart vurdere de nyeste og beste tilgangspunktene, for selv om det fortsatt er få klienter for dem nå, vil ikke situasjonen forbli slik lenge.
- Alle triksene og triksene som er i arsenalet til en god trådløs ingeniør i dag vil forbli relevante i lang tid - selv om mekanismen for tilgang til mediet er oppdatert, og bryter med hjørnesteinsprinsippene som har vart i mer enn 20 år, holder den seg fortsatt kompatibilitet i forkant. Du må fortsatt kutte av "langsomme" administrasjonshastigheter (og du må fortsatt forstå hvorfor og når), du må fortsatt planlegge det fysiske laget riktig, fordi ingen mekanisme på datalinknivå vil fungere hvis det er problemer på det fysiske. nivå. Muligheten nettopp dukket opp for å gjøre enda bedre.
- Nesten alle avgjørelser i Wi-Fi 6 tas av tilgangspunktet. Som vi kan se, kontrollerer den klienttilgang til miljøet ved å gruppere enheter i "perioder" med samtidig drift. Når du beveger deg litt lenger til siden, er arbeidet til TWT også helt på skuldrene til tilgangspunktet. Nå må AP ikke bare "kringkaste nettverket" og lagre trafikk i køer, men også føre oversikt over alle klienter, planlegge hvordan de skal kombineres mer lønnsomt med hverandre basert på deres båndbredde og trafikkbehov, deres batterier og mye, mye mer . — Jeg kaller denne prosessen «orkestrering». Algoritmene som tilgangspunktet vil ta alle disse beslutningene med, er ikke regulert, noe som betyr at den virkelige kvaliteten og strukturelle tilnærmingen til produsenter vil manifesteres nettopp i utviklingen av orkestreringsalgoritmer. Jo mer nøyaktig punktene forutsier behovene til klienter, jo bedre og mer enhetlig vil de kunne kombinere dem i flere tilgangsgrupper - derfor, jo mer rasjonelt vil lufttidsressursene bli brukt og jo høyere blir den endelige gjennomstrømningen til et slikt tilgangspunkt. vil være. Algoritmen er den siste grensen!
- Overgangen fra Wi-Fi 5 til Wi-Fi 6 er like revolusjonerende av natur og viktighet som overgangen fra 802.11g til 802.11n. Så fikk vi multi-threading og "nyttelast" aggregering - nå får vi samtidig tilgang til mediet og til slutt fungerer MU-MIMO og Beamforming (for det første, som vi vet, er dette nesten det samme; for det andre, diskusjonen "hvorfor MU- MIMO ble oppfunnet i 802.11ac, men kunne ikke fås til å fungere” er tema for en egen lang artikkel :) Både 802.11n og Wi-Fi 6 opererer i begge båndene (2,4 GHz og 5 GHz), i motsetning til deres "mellomliggende" forgjengere - virkelig, "seks er de nye fire"!
Litt om opprinnelsen til denne artikkelen
Artikkelen ble skrevet for en konkurranse holdt av Huawei (opprinnelig publisert ). Da jeg skrev den, stolte jeg i stor grad på min egen rapport på «Bezprovodov»-konferansen, som ble holdt i 2019 i St. Petersburg (du kan se opptaket av talen , bare husk - lyden der, ærlig talt, er ikke bra, til tross for St. Petersburg-opprinnelsen til videoen!).
Kilde: www.habr.com