- PVSM.RU - https://www.pvsm.ru -
Привет.
Если верить теории простоты Эйнштейна, главный показатель понимания предмета — это способность максимально просто его объяснить, то и в этом посте я постараюсь максимально просто и подробно объяснить действие всего одной детали нового стандарта, которую почему-то даже Wi-Fi Alliance считает не достойной упоминания в инфографике о новых возможностях Wi-Fi 6, хотя она, как мы скоро убедимся вместе, очень важна и примечательна. Здесь не всё достаточно глубоко и уж точно не всеобъемлюще (потому что такого слона сложно есть даже по частям), но я надеюсь, что мы все почерпнём из моих словесных экзерсисов что-то новое и интересное для себя.
Тот самый 802.11ax, который мы ждём со дня на день вот уже минимум второй год, несёт в себе массу нового и удивительного. Перед каждым, кто хочет о нём что-то рассказать, всегда стоит выбор: либо устроить обзорные скачки по головам, упоминая ведро аббревиатур и сокращений, стараясь не увязнуть в сложных механизмах под капотом каждого из них, либо завернуть часовой доклад про что-то одно, наиболее приятное автору. Я рискну пойти ещё дальше: бОльшая часть моей заметки будет посвящена даже не новому!
Итак, вот уже двадцать с лишним лет часть беспроводных сетей передачи данных строится по вороху стандартов семейства 802.11, и, как любой уважающий себя докладчик, я должен был бы немного восстановить таймлайн всей событийной цепочки, которая подарила миру миллиарды совместимых друг с другом устройств — но, как уважающий читателя автор, я рискну этого всё же не делать. Впрочем, кое-что следовало бы друг другу напомнить.
Все итерации Wi-Fi ставили во главу угла надёжность, но не максимизацию пропускных способностей. Это следует из механизма доступа к среде (CSMA/CA), не самого оптимального с точки зрения выжимания последних килобит в секунду из среды передачи (подробнее о несовершенстве мира в целом и вайфая в частности при желании можно почитать в статье моего бывшего коллеги skhomm [1] вот туточки [2]), но невероятно живучего в практически любых условиях. В самом деле, можно нарушить практически все основы проектирования сетей Wi-Fi — и в такой сети всё равно будет проходить обмен данными! На обеспечение того, что в английском языке называется словом с труднопереводимым флёром технократии, robustness, нацелен весь механизм, по которому клиенты сети Wi-Fi получают возможность передать и/или принять свои порции данных. Весь слой намазанных поверх повышений модуляций, агрегации фреймов с данными (не совсем так, но пусть будет!) продолжает работать уже после двух основных принципов 802.11, которые обеспечивают эту непревзойдённую надёжность:
Второй пункт наносит пропускной способности сети гораздо больший ущерб, чем может показаться на первый взгляд. Вот классная картинка, иллюстрирующая один отправленный кусочек данных в сети Wi-Fi:
Давайте разберёмся, что она означает для обычных людей, не знающих, сколько страниц в стандарте 802.11-2016. Та скорость передачи данных, которую в свойствах беспроводной сети пишет система и которую на коробках точек доступа рисуют маркетологи любого производителя (ну вы же наверняка видели — 1,7 Гб/с! 2,4 Гб/с! 9000 Гб/с!), не только является пиковой и максимальной при 100% занятого передачей времени, но ещё и является скоростью, на которой будет отправляться только синенькая часть на этом красивом графике. Всё остальное будет пересылаться на скорости, которая по-английски называется management rate (и по-русски тоже, потому что переводить такие выражения грозит дальнейшим непониманием между инженерами), и которая ниже не просто в разы, а в СОТНИ раз. Например, без всяких дополнительных настроек сеть на 802.11ac, которая может работать с клиентами на канальной скорости 1300 Мб/с, передаёт всю служебную информацию (всё, что не синее на нашем всё более и более страшном графике) на management rate 6 Мб/с. В двести с лишним раз медленнее!
Логичный вопрос — какого, извините, числа какого месяца такая вредительская идея могла вообще попасть в стандарт, по которому работают миллиарды устройств по всему миру? Логичный ответ — совместимость, совместимость, совместимость! Сеть на новейшей точке доступа должна обеспечить возможность работы для десяти- и даже пятнадцатилетних устройств, и именно во всех этих “не-синих” кусочках и летит информация, которую медленные пожилые девайсы услышат, правильно поймут и не будут пытаться во время сверхскоростных кусочков данных передавать свои. Robustness требует жертв!
Теперь я готов дать каждому интересующемуся незаменимый инструмент для того, чтобы ужаснуться бесцельно теряющимся в современном Wi-Fi потенциальным переданным мегабитам — это ставший уже обязательным к изучению в причастных инженерных кругах The WiFi AirTime Calculator за авторством норвежского энтузиаста от 802.11 Gjermund Raaen. Он доступен по этой ссылке [3] — результат его работы выглядит примерно вот так:
Строка 1 — время, затраченное на передачу пакета данных длиной 1512 байт устройством 802.11n в ширине канала 20 МГц.
Строка 2 — время, затраченное на передачу такого же пакета устройством с такой же антенной формулой, но работающим уже по стандарту 802.11ac в канале шириной 80 МГц.
Как же так — “испорчено” в четыре раза больше эфира, максимальная модуляция усложнилась от 64QAM до 256QAM, канальная скорость больше в ШЕСТЬ раз (433 Мб/с вместо 72 Мб/с), а выиграно от силы 25% времени занятости эфира?
Совместимость и два принципа 802.11, помните?
Хорошо, как можно исправить такую несправедливость и расточительность — спросим мы себя, как, наверное, спрашивала себя каждая рабочая группа IEEE, приступавшая к созданию стандарта? На ум приходит несколько логичных путей:
Как здорово, наконец-то я в своём рассказе о Wi-Fi 6 добрался до собственно Wi-Fi 6! Если вы до сих пор читаете это, то вы либо обязаны это делать по какой-то причине, либо вам действительно интересно. Так вот, хоть 802.11ax и наследует огромную часть предыдущих наработок всего семейства 802.11 (и не только, кстати — некоторые классные штуки появились вообще в 802.16, он же WiMAX), кое-что в нём всё же свежо и оригинально. Обычно на этих словах лепится вот такая картинка, доступная на сайте Wi-Fi Alliance:
Как я с самого начала оговорился, достаточно хорошо мы в пределах одной удобочитаемой статьи сможем рассмотреть лишь один из этих ключевых пунктов, а точнее, ни один из приведённых на картинке (вот так неожиданность!). Я уверен, что вы уже читали миллион беглых описаний каждого из этих восьми ключевых элементов, я же продолжу свой утомительно долгий рассказ о том, что следует из OFDMA — о множественном доступе к среде (MU-access control), который, как мы видим, на инфографику вовсе не попал. А совершенно зря!
Множественный доступ — это то, без чего деление канала на поднесущие вообще лишено смысла. Зачем пытаться разглядывать разные кусочки спектра, если не будет механизма, способного заставить клиентов новой сети Wi-Fi 6 нарушить одно из незыблемых до этого момента правил и начать говорить одновременно? И, конечно, такой механизм просто обязан был появиться — и снизить влияние проблемы “долгой” по сравнению с данными служебной информации. Как? Да очень просто: пусть “медленная”, служебная часть рассылается так же, как и раньше, а вот “быструю” часть, в которой ходят непосредственно данные, мы кинем одновременно с нескольких (или на несколько) устройств по команде! Выглядит это примерно так:
Выглядит сложно, но по своей сути достаточно легко объясняется: точка доступа с помощью специального фрейма, понятного всем (даже не Wi-Fi 6!) устройствам, сообщает, что она готова передать данные одновременно STA1 и STA2. Поскольку “заголовок” этого фрейма полностью понятен даже совсем-совсем старым клиентам, они делают правильный вывод, что эфир будет занят в течение определённого времени передачей информации другим клиентам сети, и начинают отсчитывать время до окончания этого периода (собственно, как и всегда в Wi-Fi). А вот устройства STA1 и STA2 понимают, что сейчас им будут переданы данные уже по-новому, одновременно, каждому на своём кусочке канала, и отвечают точке доступа тоже одновременно, а потом так же синхронно потверждают приём кадра (каждый со своей порцией данных!), и среда снова освобождается. “Снизу вверх” это работает примерно таким же образом:
Главная и бросающаяся в глаза разница — точка доступа и в этой ситуации сообщает станциям, умеющих говорить одновременно, когда начать передачу, с помощью специального кадра, который так и называется — Trigger. Это, по сути, новый “спусковой крючок” всего механизма множественного одновременного доступа к среде, который и является, на мой скромный взгляд, одной из самых важных инноваций “под капотом” нового стандарта. Именно в нём клиенты получают “расписание”, как им поделить между собой один частотный канал; именно в нём клиенты одновременно сообщают точке доступа, что получили свои порции данных и смогли их разобрать. В нём точка доступа оповещает всех, кто может “говорить” одновременно, о начале передачи данных — в нём же точка доступа и запускает отправку ей требуемых данных. Новый механизм Trigger frame, по сути, и позволяет уменьшить нерациональное использование занятости эфира — причём настолько эффективно, насколько много клиентов могут им пользоваться и корректно воспринимать!
А теперь сформулируем основные тезисы, которые следуют из всего этого долгого рассказа и претендуют на TL;DR:
Автор: boolochka
Источник [6]
Сайт-источник PVSM.RU: https://www.pvsm.ru
Путь до страницы источника: https://www.pvsm.ru/besprovodny-e-tehnologii/353731
Ссылки в тексте:
[1] skhomm: https://habr.com/ru/users/skhomm/
[2] вот туточки: https://habr.com/ru/company/comptek/blog/427575/
[3] этой ссылке: https://gjermundraaen.com/thewifiairtimecalculator/
[4] вот тут: https://forum.huawei.com/enterprise/ru/wifi6-%D0%B6%D0%B8%D1%80%D0%BD%D1%8B%D0%B9-%D0%B4%D1%8C%D1%8F%D0%B2%D0%BE%D0%BB-%D0%B2-%D0%BC%D0%B5%D0%BB%D0%BA%D0%BE%D0%B9-%D0%B4%D0%B5%D1%82%D0%B0%D0%BB%D0%B8/thread/613794-100554
[5] на ютьюбе: https://www.youtube.com/watch?v=JP0nsLPOYRY
[6] Источник: https://habr.com/ru/post/505528/?utm_source=habrahabr&utm_medium=rss&utm_campaign=505528
Нажмите здесь для печати.