Најважнија ствар о Ви-Фи 6. Не, озбиљно

Ћао

Ако верујете Ајнштајновој теорији једноставности, главни показатељ разумевања предмета је способност да се то што једноставније објасни, онда ћу у овом посту покушати да што једноставније и темељније објасним ефекат само једног детаља новог. стандард, који из неког разлога чак и Ви-Фи Алијанса сматра недостојним помена у инфографици о новим карактеристикама Ви-Фи 6, иако је, као што ћемо ускоро заједно видети, веома важан и вредан пажње. Није све овде довољно дубоко и свакако није свеобухватно (јер таквог слона је тешко јести чак и у деловима), али надам се да ћемо из мојих вербалних вежби сви научити нешто ново и занимљиво за себе.

Тај исти 802.11ак, који чекамо сваки дан бар другу годину, са собом доноси много нових и невероватних ствари. Свако ко жели да каже нешто о њему увек има избор: или да се трка преко главе, помињући канту скраћеница и скраћеница, трудећи се да се не заглави у сложеним механизмима испод хаубе сваког од њих, или да се замота једносатни извештај о једној ствари, која је најзадовољнија аутору. Ризиковаћу да идем још даље: већи део моје белешке биће посвећен нечему што чак није ни ново!

Дакле, већ више од двадесет година, неке од бежичних мрежа за пренос података су грађене по гомили стандарда породице 802.11 и, као сваки звучник који поштује себе, морао бих мало да вратим временску линију читавог ланца. догађаја који су свету дали милијарде интероперабилних уређаја - али, као аутор који поштује читаоца, ипак ризикујем да то не урадим. Ипак, требало би да подсетимо једни друге на нешто.

Све итерације Ви-Фи-ја имају приоритет поузданости, а не максимизирања протока. То произилази из механизма приступа медијуму (ЦСМА/ЦА), који није најоптималнији са становишта истискивања последњих килобита у секунди из преносног медијума (више о несавршеностима света уопште и Ви -Фи посебно у чланку мог бившег колеге скхомм ево места), али невероватно издржљив у скоро свим условима. У ствари, можете разбити скоро све основе дизајна Ви-Фи мреже - и таква мрежа ће и даље размењивати податке! Целокупни механизам помоћу којег клијенти Ви-Фи мреже могу да преносе и/или примају своје делове података има за циљ да обезбеди оно што се на енглеском зове реч са тешко превестивим печатом технократије, робусности. Читав слој модулације се повећава, агрегација оквира са подацима (не баш тако, али нека буде!) намазаних на врху наставља да ради након два главна принципа 802.11, који пружају ову ненадмашну поузданост:

1. „Док један говори, остали ћуте“;
2. „Све осим података се говори полако и јасно.

Друга тачка наноси много већу штету мрежном пропусном опсегу него што се чини на први поглед. Ево сјајне слике која илуструје један део података који се шаље на Ви-Фи мрежу:

Хајде да схватимо шта то значи за обичне људе који не знају колико страница има стандард 802.11-2016. Брзина преноса података коју систем уписује у својства бежичне мреже и коју трговци било ког произвођача црпе на кутијама приступних тачака (па, вероватно сте видели - 1,7 Гб/с! 2,4 Гб/с! 9000 Гб/с!) , не само да је то врхунац и максимум у 100% времена које заузима пренос, већ је то и брзина којом ће бити послат само плави део на овом прелепом графикону. Све остало ће се слати брзином која се на енглеском (а и на руском, јер превођење оваквих израза прети даљем неспоразуму међу инжењерима) зове манагемент рате, и која је нижа не само за неколико пута, већ за фактор од ХУНРЕДС једном. На пример, без икаквих додатних подешавања, мрежа 802.11ац, која може да ради са клијентима брзином канала од 1300 Мб/с, преноси све сервисне информације (све што није плаво на нашем све страшнијем графикону) брзином управљања од 6 Мб/с . Више од двеста пута спорије!

Поставља се логично питање – који би, извините, ког месеца таква саботажна идеја уопште могла да постане део стандарда по којем милијарде уређаја раде широм света? Логичан одговор је компатибилност, компатибилност, компатибилност! Мрежа на најновијој приступној тачки требало би да омогући рад за уређаје старе десет, па и петнаест година, а управо у свим тим „неплавим“ деловима лете информације које ће спори старији уређаји чути, разумети исправно и неће покушавати да пренесе током ултра-велике брзине делове података своје. Робусност захтева жртву!

Сада сам спреман да свима који су заинтересовани дам неопходан алат за ужасавање потенцијалних преношених мегабита који се бесциљно губе у модерном Ви-Фи-ју - ово је већ постало обавезно за проучавање у укљученим инжењерским круговима Калкулатор времена за ВиФи од норвешког 802.11 ентузијасте Гјермунда Раена. Доступан је на овај линк — резултат његовог рада изгледа отприлике овако:

Линија 1 је време утрошено на пренос пакета података од 1512 бајта од стране 802.11н уређаја у ширини канала од 20 МХз.

Линија 2 је време утрошено на пренос истог пакета од стране уређаја са истом формулом антене, али који већ ради у складу са стандардом 802.11ац у каналу од 80 МХз.

Како ово може бити - четири пута више времена је "покварено", максимална модулација је постала сложенија са 64КАМ на 256КАМ, брзина канала је већа СИКС пута (433 Мб/с уместо 72 Мб/с), али је добијено највише 25% времена емитовања?

Компатибилност и два принципа 802.11, сећате се?

Па, како да исправимо такву неправду и расипништво – питамо се, као што се вероватно питала свака ИЕЕЕ радна група која је почела да прави стандард? Неколико логичних путева ми пада на памет:

1. Убрзајте пренос података у „зеленом“ делу графикона. Ово се ради када се сваки стандард објави, јер велики бројеви изгледају лепо на кутијама. У пракси, као што смо управо приметили, то даје коначно повећање - чак и ако убрзамо брзину канала на сто хиљада милиона гигабита по наносекунди, сви остали делови графикона неће нестати. Зато препоручујем да у свим причама о свим новим стандардима 802.11 прескочите пасусе у којима се помињу мегабити у секунди.
2. Убрзајте све остале делове графикона. Заиста, ако барем удвостручимо брзину којом се преноси све „незелено“ (па, или „неплаво“, ако још увек гледате претходну слику), онда ћемо добити нешто мање од 50 % повећања стварне пропусности – међутим, губитком компатибилности са уређајима и низом других нијанси о којима ћете сазнати када кренете да се припремате за испит за поносну титулу ЦВНА :) Споилер: нећете увек моћи да урадите ово, након што сте добро размислили и схватили до чега ће то довести. У ствари, ово је кршење једног од два принципа 802.11, тако да морате бити веома опрезни са тим!
3. Саставите неколико оваквих оквира са зеленим деловима заједно. Што је дужи зелени део, ефикасније је повећање брзине канала. Да, ово је потпуно функционална стратегија, која се појавила још у 802.11н и један је од неколико камена темељаца њене револуционарне природе. Једини проблем је што, као прво, велики број апликација није марио за такво агрегирање (на пример, тај исти крволочни Глас преко Ви-Фи-ја), друго, низ уређаја такође није марио за то (некако сам одлучио да га ухватим. Било би неколико таквих агрегираних оквира у стварној мрежи компаније за коју радим, али за >500 „покупљених“ оквира, било је тачно нула агрегираних оквира. Највероватније је проблем у мојој методологији прикупљања података, али сам спреман да о томе разговарам са било ким било где. некад у личном разговору!).
4. Прекршите први од два принципа 802.11 тако што ћете почети да причате када неко други говори. И ту 802.11ак заправо долази у помоћ.

Сјајно је што сам коначно дошао до самог Ви-Фи 6 у мојој причи о Ви-Фи 6! Ако још увек читате ово, или морате из неког разлога или сте заиста заинтересовани. Дакле, иако 802.11ак наслеђује огроман део претходних развоја целе 802.11 породице (и не само, успут речено – неке цоол ствари су се појавиле у 802.16, ака ВиМАКС), нешто у њему је и даље свеже и оригинално. Обично ове речи прати оваква слика, доступна на веб страници Ви-Фи Аллианце:

Како сам се резервисао од самог почетка, у оквиру једног читљивог чланка моћи ћемо да размотримо само једну од ових кључних тачака, тачније ниједну од приказаних на слици (какво изненађење!). Сигуран сам да сте већ прочитали милион брзих описа сваког од ових осам кључних елемената, али ја ћу наставити своју досадно дугу причу о томе шта следи из ОФДМА – вишеструка контрола приступа медијима (МУ-аццесс цонтрол), која, као видимо, уопште нисам добио инфографику. Али то је потпуно узалуд!

Вишеструки приступ је нешто без чега подела канала на подноситеље уопште нема смисла. Зашто покушавати да посматрамо различите делове спектра ако не постоји механизам који може да примора клијенте нове Ви-Фи 6 мреже да прекрше једно од до сада непоколебљивих правила и почну да причају у исто време? И, наравно, такав механизам је једноставно морао да се појави - и да смањи утицај „дугог“ проблема у поређењу са власничким информацијама. Како? Да, врло је једноставно: нека се „спори“ сервисни део шаље на исти начин као и раније, али ћемо „брзи“ део, у коме се подаци шаљу директно, истовремено са више (или на више) уређаја команда! Изгледа отприлике овако:

Изгледа компликовано, али у суштини је прилично лако објаснити: приступна тачка, користећи посебан оквир који је разумљив свим (чак ни Ви-Фи 6!) уређајима, јавља да је спреман да истовремено преноси податке на СТА1 и СТА2. Пошто је „заглавље“ овог оквира потпуно разумљиво чак и веома, веома старим клијентима, они доносе исправан закључак да ће етер одређено време бити заузет преносом информација другим клијентима мреже и почињу да одбројавају време до краја. овог периода (у ствари, као и увек у Ви-Фи). Али уређаји СТА1 и СТА2 разумеју да ће им сада подаци бити преношени на нов начин, истовремено, сваки на свом делу канала, и истовремено одговарају на приступну тачку, а затим такође синхроно потврђују пријем оквир (сваки са својим делом података!), а окружење се поново ослобађа. „Одоздо према горе“ функционише на исти начин:

Главна и најупечатљивија разлика је у томе што приступна тачка у овој ситуацији говори станицама које могу да говоре у исто време када да почну да емитују, користећи посебан оквир који се зове Триггер. Ово је, заправо, нови „окидач” читавог механизма вишеструког истовременог приступа медију, што је, по мом скромном мишљењу, једна од најважнијих иновација „испод хаубе” новог стандарда. У њему клијенти добијају „распоред” како да поделе један фреквенцијски канал између себе; овде клијенти истовремено обавештавају приступну тачку да су примили своје делове података и да су могли да их рашчлане. У њему приступна тачка обавештава све који могу истовремено да „разговарају“ о почетку преноса података - у њој приступна тачка почиње да јој шаље потребне податке. Нови механизам оквира Триггер вам, у ствари, омогућава да смањите нерационално коришћење времена за емитовање - и онолико ефикасно колико га клијенти могу користити и правилно перципирати!

Хајде сада да формулишемо главне тезе које следе из целе ове дуге приче и квалификујемо се за ТЛ;ДР:

1. Приступне тачке новог стандарда 802.11ак, чак и ослањајући се на само једну од многих иновација, почеће да повећавају укупну пропусност целе мреже већ од други компатибилан клијентски уређај! Чим постоје најмање два клијента који могу истовремено да разговарају, онда, под свим осталим једнаким условима (немам разлога да претпостављам да ће драјвери за клијентске радио модуле бити написани боље него раније, што значи да ће агрегација „корисни“ делови оквира и многе друге функције зависне од клијента и даље неће радити „у просеку у зоолошком врту“) они ће ВЕЋ повећати просечну пропусност. Дакле, ако размишљате о новој Ви-Фи мрежи, има смисла одмах размотрити најновије и најбоље приступне тачке, јер чак и ако сада има мало клијената за њих, ситуација неће дуго остати оваква.
2. Сви трикови и трикови који су данас у арсеналу доброг бежичног инжењера остаће релевантни још дуго – иако је механизам за приступ медијуму ажуриран, кршећи принципе камена темељца који трају више од 20 година, он и даље остаје компатибилност у првом плану. И даље морате да одсечете „споре“ стопе управљања (и још увек морате да разумете зашто и када), и даље морате правилно да планирате физички слој, јер ниједан механизам на нивоу везе података неће радити ако постоје проблеми на физичком ниво. Управо се указала прилика да урадим још боље.
3. Скоро све одлуке у Ви-Фи 6 доноси приступна тачка. Као што видимо, контролише приступ клијента окружењу тако што групише уређаје у „периоде“ истовременог рада. Померајући се мало даље у страну, рад ТВТ-а је такође у потпуности на раменима приступне тачке. Сада АП мора не само да „емитује мрежу“ и складишти саобраћај у редовима, већ и да води евиденцију о свим клијентима, планирајући како да их комбинује профитабилније једни са другима на основу њиховог пропусног опсега и саобраћајних потреба, њихових батерија и много, много више — Овај процес називам „оркестрацијом“. Алгоритми по којима ће приступна тачка доносити све ове одлуке нису регулисани, што значи да ће се прави квалитет и структурални приступ произвођача манифестовати управо у развоју алгоритама оркестрације. Што тачније тачке предвиђају потребе клијената, то ће боље и уједначеније моћи да их комбинују у више приступних група – дакле, што ће се рационалније користити ресурси времена емитовања и већа је коначна пропусност такве приступне тачке. биће. Алгоритам је последња граница!
4. Прелазак са Ви-Фи 5 на Ви-Фи 6 је револуционаран по природи и важности као и прелазак са 802.11г на 802.11н. Затим смо добили мулти-тхреадинг и агрегацију „корисног оптерећења“ – сада добијамо симултани приступ медијуму и коначно раде МУ-МИМО и Беамформинг (прво, као што знамо, то су скоро исте ствари; друго, дискусија „зашто МУ- МИМО је измишљен у 802.11ац, али није могао да ради” је тема посебног дугачког чланка :) И 802.11н и Ви-Фи 6 раде у оба опсега (2,4 ГХз и 5 ГХз), за разлику од својих „средњих“ претходника – заиста, „шест је нова четворка“!

Мало о пореклу овог чланка
Чланак је написан за такмичење које је одржао Хуавеи (првобитно објављено овде). Приликом писања у великој мери сам се ослањао на сопствени извештај са конференције „Безпроводов” која је одржана 2019. године у Санкт Петербургу (снимак говора можете погледати на ИоуТубе-у, само имајте на уму - звук тамо, искрено говорећи, није сјајан, упркос петербуршком пореклу видеа!).

Извор: ввв.хабр.цом