Lời chúc mừng.
Nếu bạn tin vào lý thuyết về sự đơn giản của Einstein, dấu hiệu chính để hiểu một chủ đề là khả năng giải thích nó một cách đơn giản nhất có thể, thì trong bài đăng này tôi sẽ cố gắng giải thích một cách đơn giản và kỹ lưỡng nhất có thể về tác dụng của chỉ một chi tiết của lý thuyết mới. tiêu chuẩn, vì lý do nào đó mà ngay cả Liên minh Wi-Fi cũng cho là không đáng được đề cập trong đồ họa thông tin về các tính năng mới của Wi-Fi 6, mặc dù như chúng ta sẽ sớm cùng nhau thấy, nó rất quan trọng và đáng chú ý. Không phải mọi thứ ở đây đều đủ sâu và chắc chắn là không toàn diện (vì một con voi như vậy rất khó ăn dù chỉ một phần), nhưng tôi hy vọng rằng tất cả chúng ta sẽ học được điều gì đó mới mẻ và thú vị cho bản thân từ các bài tập nói của tôi.
Chính 802.11ax đó, thứ mà chúng ta đã chờ đợi hàng ngày trong ít nhất năm thứ hai, mang theo rất nhiều điều mới mẻ và tuyệt vời. Bất cứ ai muốn kể điều gì đó về anh ấy luôn có quyền lựa chọn: hoặc thực hiện một cuộc chạy đua tổng quan, đề cập đến một loạt các từ viết tắt và viết tắt, cố gắng không sa lầy vào các cơ chế phức tạp dưới mui xe của mỗi người trong số họ, hoặc bọc lại viết một bản báo cáo dài cả tiếng đồng hồ về một điều mà tác giả hài lòng nhất. Tôi sẽ mạo hiểm đi xa hơn nữa: phần lớn ghi chú của tôi sẽ được dành cho một điều gì đó thậm chí không mới!
Vì vậy, trong hơn hai mươi năm nay, một số mạng dữ liệu không dây đã được xây dựng theo một loạt tiêu chuẩn của dòng 802.11, và, giống như bất kỳ diễn giả tự trọng nào, tôi sẽ phải khôi phục lại một chút dòng thời gian của toàn bộ chuỗi về những sự kiện đã mang lại cho thế giới hàng tỷ thiết bị có thể tương tác - nhưng, với tư cách là một tác giả tôn trọng độc giả, tôi vẫn có nguy cơ không làm điều này. Tuy nhiên, chúng ta nên nhắc nhở nhau một điều gì đó.
Tất cả các phiên bản Wi-Fi đều ưu tiên độ tin cậy hơn là tối đa hóa thông lượng. Điều này xuất phát từ cơ chế truy cập môi trường (CSMA/CA), cơ chế này không phải là cơ chế tối ưu nhất xét theo quan điểm vắt kiệt những kilobit cuối cùng trên giây từ môi trường truyền dẫn (bạn có thể đọc thêm về những điểm không hoàn hảo của thế giới nói chung và Wi -Fi nói riêng trong bài viết của đồng nghiệp cũ của tôi ), nhưng cực kỳ bền bỉ trong hầu hết mọi điều kiện. Trên thực tế, bạn có thể phá vỡ hầu hết tất cả các nguyên tắc cơ bản của thiết kế mạng Wi-Fi - và mạng như vậy vẫn sẽ trao đổi dữ liệu! Toàn bộ cơ chế mà các máy khách mạng Wi-Fi có thể truyền và/hoặc nhận các phần dữ liệu của họ nhằm mục đích đảm bảo cái mà trong tiếng Anh được gọi là một từ có tính chất kỹ thuật khó dịch, mạnh mẽ. Toàn bộ lớp điều chế tăng lên, việc tổng hợp các khung có dữ liệu (không hẳn như vậy, nhưng cũng vậy!) được bôi lên trên tiếp tục hoạt động theo hai nguyên tắc chính của 802.11, mang lại độ tin cậy vượt trội này:
- “Khi một người nói, những người còn lại im lặng”;
- “Mọi thứ ngoại trừ dữ liệu đều được nói chậm và rõ ràng.”
Điểm thứ hai gây ra nhiều thiệt hại cho băng thông mạng hơn so với cái nhìn đầu tiên. Đây là một bức ảnh thú vị minh họa một phần dữ liệu được gửi trên mạng Wi-Fi:
Hãy cùng tìm hiểu ý nghĩa của nó đối với những người bình thường không biết có bao nhiêu trang trong chuẩn 802.11-2016. Tốc độ truyền dữ liệu mà hệ thống ghi vào các thuộc tính của mạng không dây và tốc độ mà các nhà tiếp thị từ bất kỳ nhà sản xuất nào rút ra trên các hộp điểm truy cập (à, bạn có thể đã thấy nó - 1,7 Gb/s! 2,4 Gb/s! 9000 Gb/s!) , đây không chỉ là mức cao nhất và tối đa ở mức 100% thời gian được truyền mà còn là tốc độ mà chỉ phần màu xanh lam trong biểu đồ tuyệt đẹp này sẽ được gửi. Mọi thứ khác sẽ được gửi với tốc độ được gọi là tốc độ quản lý bằng tiếng Anh (và cả tiếng Nga nữa, vì việc dịch những cách diễn đạt như vậy có nguy cơ gây hiểu lầm thêm giữa các kỹ sư), và tốc độ này thấp hơn không chỉ vài lần mà còn thấp hơn gấp nhiều lần. HÀNG TRĂM một lần. Ví dụ: không cần bất kỳ cài đặt bổ sung nào, mạng 802.11ac, có thể hoạt động với máy khách ở tốc độ kênh 1300 Mb/s, truyền tất cả thông tin dịch vụ (mọi thứ không có màu xanh lam trong biểu đồ ngày càng khủng khiếp của chúng tôi) ở tốc độ quản lý là 6 Mb/giây. Chậm hơn hai trăm lần!
Câu hỏi hợp lý là - cái gì, xin lỗi, vào tháng nào một ý tưởng phá hoại như vậy có thể trở thành một phần của tiêu chuẩn mà hàng tỷ thiết bị hoạt động trên khắp thế giới? Câu trả lời hợp lý là khả năng tương thích, khả năng tương thích, khả năng tương thích! Mạng trên điểm truy cập mới nhất sẽ cung cấp khả năng hoạt động cho các thiết bị mười và thậm chí mười lăm tuổi, và chính trong tất cả những phần “không phải màu xanh” này, thông tin bay đi mà các thiết bị cũ chậm sẽ nghe, hiểu chính xác và sẽ không cố gắng truyền tải những phần dữ liệu tốc độ cực cao. Sự mạnh mẽ đòi hỏi sự hy sinh!
Bây giờ tôi sẵn sàng cung cấp cho tất cả những ai quan tâm một công cụ không thể thiếu để họ cảm thấy kinh hoàng trước khả năng các megabit được truyền đi bị mất một cách vô mục đích trong Wi-Fi hiện đại - điều này đã trở thành bắt buộc để nghiên cứu trong giới kỹ thuật liên quan Máy tính thời gian phát WiFi bởi người đam mê 802.11 người Na Uy Gjermund Raaen. Nó có sẵn tại - kết quả công việc của anh ấy trông giống như thế này:
Dòng 1 là thời gian dành để truyền gói dữ liệu 1512 byte bằng thiết bị 802.11n ở độ rộng kênh 20 MHz.
Đường 2 là thời gian truyền cùng một gói tin bằng một thiết bị có cùng công thức ăng-ten nhưng đã hoạt động theo tiêu chuẩn 802.11ac trên kênh 80 MHz.
Làm sao điều này có thể xảy ra - thời gian phát sóng đã bị “làm hỏng” gấp bốn lần, điều chế tối đa trở nên phức tạp hơn từ 64QAM đến 256QAM, tốc độ kênh cao hơn SÁU lần (433 Mb/s thay vì 72 Mb/s), nhưng tối đa đã đạt được 25% thời gian phát sóng?
Khả năng tương thích và hai nguyên tắc của 802.11, bạn nhớ chứ?
Chà, làm thế nào chúng ta có thể sửa chữa sự bất công và lãng phí đó - chúng tôi tự hỏi mình, như mọi nhóm làm việc của IEEE khi bắt đầu tạo ra một tiêu chuẩn có lẽ đã tự hỏi mình? Một số đường dẫn hợp lý xuất hiện trong tâm trí:
- Tăng tốc độ truyền dữ liệu trong phần “xanh” của biểu đồ. Điều này được thực hiện khi mỗi tiêu chuẩn được phát hành, vì số lượng lớn trông rất đẹp trên hộp. Trong thực tế, như chúng ta vừa nhận thấy, nó mang lại mức tăng hữu hạn - ngay cả khi chúng ta tăng tốc độ kênh lên một trăm nghìn triệu gigabit trên nano giây, tất cả các phần khác của biểu đồ sẽ không biến mất. Đây là lý do tại sao tôi khuyên rằng trong tất cả các câu chuyện về tiêu chuẩn 802.11 mới, hãy bỏ qua các đoạn đề cập đến megabit trên giây.
- Tăng tốc tất cả các phần khác của biểu đồ. Thật vậy, nếu chúng ta ít nhất tăng gấp đôi tốc độ truyền đi mọi thứ “không phải màu xanh lá cây” (à, hoặc “không phải màu xanh lam”, nếu bạn vẫn đang xem bức ảnh trước đó), thì chúng ta sẽ nhận được ít hơn 50 một chút Tăng % thông lượng thực - tuy nhiên, do mất khả năng tương thích với các thiết bị và một số sắc thái khác mà bạn sẽ tìm hiểu khi chuẩn bị cho kỳ thi cho danh hiệu đáng tự hào của CWNA :) Tiết lộ: không phải lúc nào bạn cũng có thể làm được hãy làm điều này sau khi suy nghĩ kỹ và hiểu nó sẽ dẫn đến điều gì. Trên thực tế, đây là sự vi phạm một trong hai nguyên tắc của 802.11 nên bạn cần phải hết sức cẩn thận với nó!
- Ghép nhiều khung hình như thế này với các phần màu xanh lá cây lại với nhau. Phần xanh càng dài thì việc tăng tốc độ kênh càng hiệu quả. Đúng, đây là một chiến lược hoàn toàn có hiệu quả, xuất hiện từ năm 802.11n và là một trong những nền tảng mang tính cách mạng của nó. Vấn đề duy nhất là, thứ nhất, một số ứng dụng không quan tâm đến sự tổng hợp như vậy (ví dụ: cùng một giọng nói khát máu qua Wi-Fi), thứ hai, một số thiết bị cũng không quan tâm đến nó (bằng cách nào đó tôi đã quyết định nắm bắt nó, mặc dù lẽ ra đã có một số khung hình tổng hợp như vậy trên mạng thực của công ty tôi làm việc, nhưng đối với các khung hình "được chọn"> 500 nghìn thì không có khung hình tổng hợp nào cả. Rất có thể, vấn đề là ở chỗ trong phương pháp thu thập dữ liệu của tôi, nhưng tôi sẵn sàng thảo luận về nó với bất kỳ ai ở bất cứ đâu, đôi khi trong một cuộc trò chuyện cá nhân!).
- Vi phạm nguyên tắc đầu tiên trong hai nguyên tắc của 802.11 bằng cách bắt đầu nói khi người khác đang nói. Và đây chính là lúc 802.11ax thực sự ra tay giải cứu.
Thật tuyệt khi cuối cùng tôi cũng có được Wi-Fi 6 trong câu chuyện của mình về Wi-Fi 6! Nếu bạn vẫn đang đọc nội dung này thì có thể bạn phải đọc vì lý do nào đó hoặc bạn thực sự quan tâm. Vì vậy, mặc dù 802.11ax kế thừa một phần lớn những phát triển trước đó của toàn bộ họ 802.11 (và không chỉ, nhân tiện - một số điều thú vị đã xuất hiện trong 802.16, hay còn gọi là WiMAX), nhưng một cái gì đó trong đó vẫn còn mới mẻ và nguyên bản. Thông thường những từ này được kèm theo một hình ảnh như thế này, có trên trang web của Wi-Fi Alliance:
Như tôi đã đặt trước ngay từ đầu, trong giới hạn một bài viết có thể đọc được, chúng ta sẽ chỉ có thể xem xét một trong những điểm chính này, hay nói đúng hơn là không có điểm nào trong số những điểm được hiển thị trong hình (thật bất ngờ!). Tôi chắc chắn rằng bạn đã đọc hàng triệu mô tả nhanh về từng yếu tố trong số tám yếu tố chính này, nhưng tôi sẽ tiếp tục câu chuyện dài tẻ nhạt của mình về những gì tiếp theo từ OFDMA - kiểm soát truy cập đa phương tiện (điều khiển truy cập MU), như chúng ta thấy đấy, tôi không hiểu được đồ họa thông tin gì cả. Nhưng nó hoàn toàn vô ích!
Đa truy cập là một cái gì đó mà không chia kênh thành các sóng mang con sẽ không có ý nghĩa gì cả. Tại sao phải cố gắng xem xét các phần phổ khác nhau nếu không có cơ chế nào có thể buộc các máy khách của mạng Wi-Fi 6 mới phá vỡ một trong những quy tắc không thể lay chuyển cho đến nay và bắt đầu nói chuyện cùng một lúc? Và tất nhiên, một cơ chế như vậy chỉ cần xuất hiện - và giảm tác động của vấn đề “dài” so với dữ liệu thông tin độc quyền. Làm sao? Vâng, rất đơn giản: hãy gửi phần dịch vụ “chậm” theo cách tương tự như trước, nhưng chúng tôi sẽ gửi phần “nhanh”, trong đó dữ liệu được gửi trực tiếp, đồng thời từ một số (hoặc đến một số) thiết bị trên yêu cầu! Nó trông giống như thế này:
Nó trông có vẻ phức tạp, nhưng về bản chất thì khá dễ giải thích: điểm truy cập, sử dụng một khung đặc biệt dễ hiểu đối với tất cả các thiết bị (thậm chí không phải Wi-Fi 6!), báo cáo rằng nó đã sẵn sàng truyền dữ liệu đồng thời tới STA1 và STA2. Vì “tiêu đề” của khung này hoàn toàn dễ hiểu ngay cả đối với những khách hàng rất rất cũ, nên họ đưa ra kết luận chính xác rằng sóng phát thanh sẽ bận trong một thời gian nhất định để truyền thông tin đến các máy khách khác của mạng và bắt đầu đếm ngược thời gian cho đến khi kết thúc. của thời kỳ này (trên thực tế, như mọi khi trong Wi -Fi). Nhưng các thiết bị STA1 và STA2 hiểu rằng giờ đây dữ liệu sẽ được truyền đến chúng theo một cách mới, đồng thời, trên mỗi phần kênh riêng của chúng và chúng sẽ phản hồi điểm truy cập cùng một lúc, sau đó cũng xác nhận việc tiếp nhận một cách đồng bộ. khung (mỗi khung có phần dữ liệu riêng!) và môi trường được giải phóng trở lại. “Từ dưới lên” nó hoạt động theo cách tương tự:
Sự khác biệt chính và nổi bật nhất là điểm truy cập trong tình huống này sẽ thông báo cho các trạm có thể phát biểu cùng lúc khi nào bắt đầu truyền, sử dụng một khung đặc biệt gọi là Trigger. Trên thực tế, đây là một “trình kích hoạt” mới của toàn bộ cơ chế truy cập đồng thời vào nhiều phương tiện, theo quan điểm khiêm tốn của tôi, đây là một trong những cải tiến quan trọng nhất “dưới mui xe” của tiêu chuẩn mới. Trong đó, khách hàng nhận được “lịch trình” về cách phân chia một kênh tần số cho nhau; Tại đây, khách hàng sẽ đồng thời thông báo cho điểm truy cập rằng họ đã nhận được các phần dữ liệu của mình và có thể phân tích cú pháp chúng. Trong đó, điểm truy cập sẽ thông báo cho tất cả những người có thể “nói chuyện” cùng lúc về việc bắt đầu truyền dữ liệu - trong đó, điểm truy cập bắt đầu gửi cho nó dữ liệu cần thiết. Trên thực tế, cơ chế khung Kích hoạt mới cho phép bạn giảm việc sử dụng thời gian phát sóng một cách không hợp lý - và hiệu quả đến mức nhiều khách hàng có thể sử dụng và cảm nhận nó một cách chính xác!
Bây giờ, hãy xây dựng các luận điểm chính tiếp nối toàn bộ câu chuyện dài này và đủ điều kiện tham gia TL;DR:
- Các điểm truy cập của tiêu chuẩn 802.11ax mới, thậm chí chỉ dựa vào một trong nhiều cải tiến, sẽ bắt đầu tăng tổng thông lượng của toàn bộ mạng kể từ thứ hai thiết bị khách hàng tương thích! Ngay khi có ít nhất hai máy khách có thể nói chuyện cùng lúc thì mọi thứ khác đều như nhau (tôi không có lý do gì để cho rằng trình điều khiển cho mô-đun vô tuyến máy khách sẽ được viết tốt hơn trước, điều đó có nghĩa là tổng hợp của các phần “hữu ích” của khung và nhiều chức năng phụ thuộc vào máy khách khác vẫn sẽ không hoạt động “trung bình trong vườn thú”), chúng ĐÃ tăng thông lượng trung bình. Vì vậy, nếu bạn đang nghĩ đến một mạng Wi-Fi mới, bạn nên xem xét ngay các điểm truy cập mới nhất và tốt nhất, bởi vì ngay cả khi hiện tại vẫn còn ít khách hàng cho chúng, tình trạng này sẽ không kéo dài lâu.
- Tất cả các mánh khóe và mánh khóe có trong kho vũ khí của một kỹ sư không dây giỏi ngày nay sẽ vẫn còn phù hợp trong một thời gian dài - mặc dù cơ chế truy cập phương tiện đã được cập nhật, vi phạm các nguyên tắc nền tảng đã tồn tại hơn 20 năm, nhưng nó vẫn giữ nguyên. khả năng tương thích lên hàng đầu. Bạn vẫn cần cắt bỏ tốc độ quản lý “chậm” (và bạn vẫn cần hiểu lý do tại sao và khi nào), bạn vẫn cần lập kế hoạch lớp vật lý một cách chính xác, vì sẽ không có cơ chế nào ở cấp liên kết dữ liệu hoạt động nếu có vấn đề ở lớp vật lý. mức độ. Cơ hội vừa xuất hiện để làm thậm chí còn tốt hơn.
- Hầu như mọi quyết định về Wi-Fi 6 đều do điểm truy cập đưa ra. Như chúng ta có thể thấy, nó kiểm soát quyền truy cập của khách hàng vào môi trường bằng cách nhóm các thiết bị lại với nhau thành các “giai đoạn” hoạt động đồng thời. Xa hơn một chút, công việc của TWT cũng hoàn toàn nằm ở vai trò của access point. Giờ đây, AP không chỉ phải “phát mạng” và lưu trữ lưu lượng truy cập theo hàng đợi mà còn phải lưu giữ hồ sơ của tất cả khách hàng, lập kế hoạch cách kết hợp chúng với nhau để có lợi hơn dựa trên băng thông và nhu cầu lưu lượng, pin của họ, v.v. - Tôi gọi quá trình này là “sự phối hợp”. Các thuật toán mà điểm truy cập sẽ đưa ra tất cả các quyết định này không được quy định, điều đó có nghĩa là chất lượng thực sự và cách tiếp cận cấu trúc của nhà sản xuất sẽ được thể hiện chính xác trong quá trình phát triển các thuật toán điều phối. Các điểm dự đoán nhu cầu của khách hàng càng chính xác thì chúng càng có khả năng kết hợp chúng thành nhiều nhóm truy cập tốt hơn và thống nhất hơn - do đó, tài nguyên thời gian phát sóng sẽ được sử dụng hợp lý hơn và thông lượng cuối cùng của điểm truy cập đó càng cao sẽ là. Thuật toán là biên giới cuối cùng!
- Quá trình chuyển đổi từ Wi-Fi 5 sang Wi-Fi 6 mang tính cách mạng về bản chất và tầm quan trọng như quá trình chuyển đổi từ 802.11g sang 802.11n. Sau đó, chúng tôi có tính năng tổng hợp đa luồng và “tải trọng” - bây giờ chúng tôi có quyền truy cập đồng thời vào phương tiện và cuối cùng hoạt động MU-MIMO và Beamforming (thứ nhất, như chúng tôi biết, những thứ này gần như giống nhau; thứ hai, cuộc thảo luận “ tại sao MU- MIMO được phát minh trong 802.11ac, nhưng không thể hoạt động được” là chủ đề của một bài viết dài riêng biệt :) Cả 802.11n và Wi-Fi 6 đều hoạt động ở cả hai băng tần (2,4 GHz và 5 GHz), không giống như những người tiền nhiệm “trung gian” của chúng - thực sự, “sáu là bốn mới”!
Một chút về nguồn gốc của bài viết này
Bài viết được viết cho một cuộc thi do Huawei tổ chức (ban đầu được xuất bản ). Khi viết nó, tôi phần lớn dựa vào báo cáo của chính mình tại hội nghị “Bezprovodov”, được tổ chức vào năm 2019 tại St. Petersburg (bạn có thể xem bản ghi âm bài phát biểu , chỉ cần lưu ý - âm thanh ở đó, nói thẳng ra là không hay, mặc dù video có nguồn gốc từ St. Petersburg!).
Nguồn: www.habr.com