Bună.
Dacă credeți în teoria simplității a lui Einstein, principalul indicator al înțelegerii unui subiect este abilitatea de a-l explica cât mai simplu posibil, atunci în această postare voi încerca să explic cât mai simplu și mai detaliat efectul unui singur detaliu al noului standard, pe care, din anumite motive, chiar și Wi-Fi Alliance îl consideră nedemn de menționat în infografic despre noile caracteristici ale Wi-Fi 6, deși, așa cum vom vedea în curând împreună, este foarte important și demn de remarcat. Nu totul aici este suficient de profund și cu siguranță nu este cuprinzător (pentru că un astfel de elefant este greu de mâncat chiar și în părți), dar sper că toți vom învăța ceva nou și interesant pentru noi înșine din exercițiile mele verbale.
Același 802.11ax, pe care îl așteptăm în fiecare zi de cel puțin al doilea an, aduce cu el o mulțime de lucruri noi și uimitoare. Oricine vrea să spună ceva despre el are întotdeauna de ales: fie face o cursă de ansamblu peste cap, menționând o găleată de abrevieri și abrevieri, încercând să nu se blocheze în mecanismele complexe de sub capota fiecăruia dintre ele, fie înfășura un raport de o oră despre un lucru, cel mai plăcut autorului. Voi risca să merg și mai departe: cea mai mare parte a notificării mele va fi dedicată ceva care nici măcar nu este nou!
Deci, de mai bine de douăzeci de ani, unele dintre rețelele de date fără fir au fost construite după o grămadă de standarde ale familiei 802.11 și, ca orice difuzor care se respectă, ar trebui să refac ușor cronologia întregului lanț. de evenimente care au dat lumii miliarde de dispozitive interoperabile - dar, ca autor care respectă cititorul, risc totuși să nu fac asta. Cu toate acestea, ar trebui să ne amintim unul altuia de ceva.
Toate iterațiile Wi-Fi au prioritizat fiabilitatea, mai degrabă decât maximizarea debitului. Aceasta rezultă din mecanismul de acces mediu (CSMA/CA), care nu este cel mai optim din punctul de vedere al stoarcerii ultimilor kilobiți pe secundă din mediul de transmisie (puteți citi mai multe despre imperfecțiunile lumii în general și Wi -Fi în special în articolul fostului meu coleg ), dar incredibil de durabil în aproape orice condiții. De fapt, puteți sparge aproape toate elementele fundamentale ale designului rețelei Wi-Fi - și o astfel de rețea va schimba în continuare date! Întregul mecanism prin care clienții rețelei Wi-Fi sunt capabili să transmită și/sau să primească porțiunile lor de date are ca scop asigurarea a ceea ce în engleză se numește un cuvânt cu un fler greu de tradus de tehnocrație, robustețe. Întregul strat de modulație crește, agregarea cadrelor cu date (nu chiar așa, dar așa să fie!) uns pe deasupra continuă să funcționeze după cele două principii principale ale 802.11, care asigură această fiabilitate de neegalat:
- „Când unul vorbește, ceilalți tac”;
- „Totul, cu excepția datelor, este spus încet și clar.”
Al doilea punct provoacă mult mai multe daune lățimii de bandă a rețelei decât ar părea la prima vedere. Iată o imagine grozavă care ilustrează o bucată de date trimisă într-o rețea Wi-Fi:
Să ne dăm seama ce înseamnă pentru oamenii obișnuiți care nu știu câte pagini sunt în standardul 802.11-2016. Viteza de transfer de date pe care sistemul o scrie în proprietățile rețelei wireless și pe care marketerii de la orice producător o desenează pe cutiile de puncte de acces (bine, probabil ați văzut-o - 1,7 Gb/s! 2,4 Gb/s! 9000 Gb/s!) , nu numai că este vârful și maximul la 100% din timpul ocupat de transmisie, dar este și viteza cu care va fi trimisă doar partea albastră din acest frumos grafic. Orice altceva va fi trimis cu o viteză numită rata de management în engleză (și și în rusă, deoarece traducerea unor astfel de expresii amenință neînțelegerile suplimentare între ingineri) și care este mai mică nu doar de câteva ori, ci și de un factor de SUTE o singura data. De exemplu, fără setări suplimentare, o rețea 802.11ac, care poate lucra cu clienții la o viteză de canal de 1300 Mb/s, transmite toate informațiile de serviciu (tot ce nu este albastru în graficul nostru din ce în ce mai groaznic) la o rată de gestionare de 6 Mb/s. De peste două sute de ori mai încet!
Întrebarea logică este - ce, scuzați-mă, în ce lună o astfel de idee de sabotaj ar putea chiar să devină parte a standardului prin care operează miliarde de dispozitive în întreaga lume? Răspunsul logic este compatibilitatea, compatibilitatea, compatibilitatea! Rețeaua de pe cel mai nou punct de acces ar trebui să ofere capacitatea de a funcționa pentru dispozitive de zece și chiar cincisprezece ani și tocmai în toate aceste bucăți „non-albastre” zboară informațiile pe care dispozitivele vârstnice lente vor auzi, înțelege corect și nu va încerca să transmită în timpul ultra-rapide bucăți de date lor. Robustețea necesită sacrificiu!
Acum sunt gata să ofer tuturor celor interesați un instrument indispensabil pentru a fi îngroziți de potențialii megabiți transmisi care se pierd fără rost în Wi-Fi-ul modern - acest lucru a devenit deja obligatoriu pentru studiu în cercurile de inginerie implicate. Calculatorul WiFi AirTime de pasionatul norvegian 802.11 Gjermund Raaen. Este disponibil la adresa — rezultatul muncii sale arată cam așa:
Linia 1 este timpul petrecut pentru transmiterea unui pachet de date de 1512 octeți de către un dispozitiv 802.11n pe o lățime de canal de 20 MHz.
Linia 2 este timpul petrecut transmițând același pachet de către un dispozitiv cu aceeași formulă de antenă, dar care funcționează deja conform standardului 802.11ac pe un canal de 80 MHz.
Cum poate fi acest lucru - de patru ori mai mult timp de antenă a fost „stricat”, modulația maximă a devenit mai complexă de la 64QAM la 256QAM, viteza canalului este mai mare ŞASE ori (433 Mb/s în loc de 72 Mb/s), dar a fost câștigat cel mult 25% din timpul de difuzare?
Compatibilitatea și două principii ale 802.11, vă amintiți?
Ei bine, cum putem corecta o astfel de nedreptate și risipă - ne întrebăm, așa cum probabil s-a întrebat fiecare grup de lucru IEEE care a început să creeze un standard? Îmi vin în minte mai multe căi logice:
- Accelerați transferul de date în partea „verde” a graficului. Acest lucru se face atunci când fiecare standard este lansat, deoarece numerele mari arată bine pe cutii. În practică, așa cum tocmai am observat, oferă o creștere finită - chiar dacă accelerăm viteza canalului la o sută de mii de milioane de gigabiți pe nanosecundă, toate celelalte părți ale graficului nu vor dispărea. De aceea, recomand ca în toate poveștile despre toate noile standarde 802.11 să săriți peste paragrafele care menționează megabiți pe secundă.
- Accelerează toate celelalte părți ale graficului. Într-adevăr, dacă măcar dublem viteza cu care se transmite tot ce este „non-verde” (bine, sau „non-albastru”, dacă încă te uiți la poza anterioară), atunci vom obține puțin mai puțin de 50 % creștere a debitului real - totuși, prin pierderea compatibilității cu dispozitivele și o serie de alte nuanțe despre care veți afla când veți merge să vă pregătiți pentru examenul pentru titlul mândru de CWNA :) Spoiler: nu veți putea întotdeauna să fă asta, după ce te-ai gândit bine și ai înțeles la ce va duce. De fapt, aceasta este o încălcare a unuia dintre cele două principii ale 802.11, așa că trebuie să fii foarte atent cu el!
- Pune împreună mai multe rame ca acesta cu părțile verzi împreună. Cu cât partea verde este mai lungă, cu atât este mai eficientă creșterea vitezei canalului. Da, aceasta este o strategie complet funcțională, care a apărut în 802.11n și este una dintre câteva pietre de temelie ale naturii sale revoluționare. Singura problemă este că, în primul rând, o serie de aplicații nu le-a păsat nimic de o astfel de agregare (de exemplu, aceeași voce însetata de sânge prin Wi-Fi), în al doilea rând, o serie de dispozitive nu le-a păsat nimic de asta. (cumva am decis să-l prind, totuși, ar fi existat mai multe astfel de cadre agregate în rețeaua reală a companiei pentru care lucrez, dar pentru > 500k cadre „preluate”, au fost exact zero cadre agregate. Cel mai probabil, problema este în metodologia mea de colectare a datelor, dar sunt gata să o discut cu oricine oriunde. cândva într-o conversație personală!).
- Încălcați primul dintre cele două principii ale 802.11, începând să vorbiți când vorbește altcineva. Și aici 802.11ax vine de fapt în ajutor.
Este grozav că am ajuns în sfârșit la Wi-Fi 6 în povestea mea despre Wi-Fi 6! Dacă încă mai citești asta, fie trebuie să o faci dintr-un motiv oarecare, fie ești cu adevărat interesat. Așadar, chiar dacă 802.11ax moștenește o mare parte din evoluțiile anterioare ale întregii familii 802.11 (și nu numai, apropo - unele lucruri interesante au apărut în 802.16, aka WiMAX), ceva din el este încă proaspăt și original. De obicei, aceste cuvinte sunt însoțite de o imagine ca aceasta, disponibilă pe site-ul Wi-Fi Alliance:
Întrucât am făcut o rezervă încă de la început, în limitele unui articol lizibil vom putea lua în considerare doar unul dintre aceste puncte cheie, sau mai bine zis, niciunul dintre cele prezentate în imagine (ce surpriză!). Sunt sigur că ați citit deja un milion de descrieri rapide ale fiecăruia dintre aceste opt elemente cheie, dar voi continua povestea mea plictisitor de lungă despre ceea ce urmează din OFDMA - controlul accesului media multiple (controlul accesului MU), care, ca vedem, nu am primit deloc infograficul. Dar este complet în zadar!
Accesul multiplu este ceva fără de care împărțirea unui canal în subpurtători nu are deloc sens. De ce să încerci să te uiți la diferite bucăți de spectru dacă nu există niciun mecanism care să îi oblige pe clienții noii rețele Wi-Fi 6 să încalce una dintre regulile de nezdruncinat până acum și să înceapă să vorbească în același timp? Și, desigur, un astfel de mecanism trebuia pur și simplu să apară - și să reducă impactul problemei „lungi” în comparație cu datele de informații proprietare. Cum? Da, e foarte simplu: lasă partea de service „lent” să fie trimisă la fel ca înainte, dar vom trimite partea „rapidă”, în care datele sunt trimise direct, simultan de pe mai multe (sau către mai multe) dispozitive pe comanda! Arata cam asa:
Pare complicat, dar în esență este destul de ușor de explicat: punctul de acces, folosind un cadru special care este de înțeles de toate dispozitivele (nici măcar Wi-Fi 6!), raportează că este gata să transmită date simultan către STA1 și STA2. Deoarece „antetul” acestui cadru este complet de înțeles chiar și pentru clienții foarte, foarte vechi, aceștia fac concluzia corectă că undele radio vor fi ocupate pentru o anumită perioadă de timp, transmitând informații către alți clienți de rețea și încep să numere timpul până la sfârșit. din această perioadă (de fapt, ca întotdeauna în Wi -Fi). Dar dispozitivele STA1 și STA2 înțeleg că acum datele le vor fi transmise într-un mod nou, simultan, fiecare pe propria bucată de canal și răspund la punctul de acces în același timp și apoi confirmă, de asemenea, sincron recepția cadrul (fiecare cu propria sa porțiune de date!), iar mediul este eliberat din nou. „De jos în sus” funcționează în același mod:
Principala și cea mai frapantă diferență este că punctul de acces în această situație le spune stațiilor care pot vorbi în același timp când să înceapă transmiterea, folosind un cadru special numit Trigger. Acesta este, de fapt, un nou „declanșator” al întregului mecanism de acces multiplu simultan la mediu, care este, în umila mea părere, una dintre cele mai importante inovații „sub capota” noului standard. În el, clienții primesc un „program” despre cum să împartă un canal de frecvență între ei; Aici clienții informează simultan punctul de acces că au primit porțiunile lor de date și au putut să le analizeze. În el, punctul de acces informează pe toți cei care pot „vorbește” în același timp despre începerea transmiterii datelor - în el, punctul de acces începe să-i trimită datele necesare. Noul mecanism Trigger Frame, de fapt, vă permite să reduceți utilizarea irațională a timpului de antenă - și la fel de eficient, cât mai mulți clienți îl pot utiliza și îl pot percepe corect!
Acum să formulăm principalele teze care decurg din toată această lungă poveste și să ne calificăm pentru TL;DR:
- Punctele de acces ale noului standard 802.11ax, bazându-se chiar pe una dintre multele inovații, vor începe să crească debitul total al întregii rețele deja de la a doua dispozitiv client compatibil! De îndată ce există cel puțin doi clienți care pot vorbi în același timp, atunci, toate celelalte lucruri fiind egale (nu am niciun motiv să presupun că driverele pentru modulele radio client vor fi scrise mai bine decât înainte, ceea ce înseamnă că agregarea de părți „utile” ale cadrelor și multe alte funcții dependente de client încă nu vor funcționa „în medie într-o grădină zoologică”), acestea vor crește DEJA randamentul mediu. Așadar, dacă vă gândiți la o nouă rețea Wi-Fi, este logic să luați în considerare imediat cele mai noi și cele mai bune puncte de acces, deoarece chiar dacă există încă puțini clienți pentru ei acum, situația nu va rămâne așa pentru mult timp.
- Toate trucurile și trucurile care se află în arsenalul unui bun inginer wireless astăzi vor rămâne relevante pentru o lungă perioadă de timp - deși mecanismul de accesare a mediului a fost actualizat, încălcând principiile de temelie care au durat mai bine de 20 de ani, se păstrează în continuare. compatibilitatea în prim plan. Încă trebuie să tăiați ratele de gestionare „încete” (și încă trebuie să înțelegeți de ce și când), trebuie totuși să planificați corect stratul fizic, deoarece niciun mecanism la nivelul legăturii de date nu va funcționa dacă există probleme la nivel fizic. nivel. Tocmai a apărut oportunitatea de a face chiar mai bine.
- Aproape toate deciziile în Wi-Fi 6 sunt luate de punctul de acces. După cum putem vedea, controlează accesul clientului la mediu prin gruparea dispozitivelor împreună în „perioade” de funcționare simultană. Deplasându-se puțin mai în lateral, munca TWT este, de asemenea, în întregime pe umerii punctului de acces. Acum, AP-ul nu trebuie doar să „transmite rețeaua” și să stocheze traficul în cozi, ci și să țină evidența tuturor clienților, planificând cum să le combine mai profitabil între ei, în funcție de lățimea de bandă și nevoile de trafic, bateriile și multe, multe altele. — Eu numesc acest proces „orchestrație”. Algoritmii prin care punctul de acces va lua toate aceste decizii nu sunt reglementati, ceea ce inseamna ca calitatea reala si abordarea structurala a producatorilor se vor manifesta tocmai in dezvoltarea algoritmilor de orchestrare. Cu cât punctele prezic mai precis nevoile clienților, cu atât mai bine și mai uniform vor putea să le combine în mai multe grupuri de acces - prin urmare, cu atât resursele de timp de antenă vor fi utilizate mai rațional și cu atât debitul final al unui astfel de punct de acces este mai mare. va fi. Algoritmul este ultima frontieră!
- Trecerea de la Wi-Fi 5 la Wi-Fi 6 este la fel de revoluționară ca natură și importanță ca trecerea de la 802.11g la 802.11n. Apoi am primit multi-threading și agregare „încărcare utilă” - acum obținem acces simultan la mediu și, în sfârșit, lucrăm MU-MIMO și Beamforming (în primul rând, după cum știm, acestea sunt aproape același lucru; în al doilea rând, discuția „de ce MU- MIMO a fost inventat în 802.11ac, dar nu a putut fi făcut să funcționeze” este subiectul unui articol lung separat :) Atât 802.11n, cât și Wi-Fi 6 funcționează în ambele benzi (2,4 GHz și 5 GHz), spre deosebire de predecesorii lor „intermediari” - cu adevărat, „șase este noul patru”!
Câteva despre originile acestui articol
Articolul a fost scris pentru un concurs organizat de Huawei (publicat inițial ). Când am scris-o, m-am bazat în mare parte pe propriul meu raport la conferința „Bezprovodov”, care a avut loc în 2019 la Sankt Petersburg (puteți urmări înregistrarea discursului , rețineți - sunetul de acolo, sincer vorbind, nu este grozav, în ciuda originii din Sankt Petersburg a videoclipului!).
Sursa: www.habr.com