vk_logo twitter_logo facebook_logo youtube_logo telegram_logo telegram_logo

#453 Новый этап развития Wi-Fi - сертификация шестой версии стандарта 18

Дата публикации: 28.11.2019
Количество просмотров: 2200
Автор:

Введение

16 сентября 2019 года принята сертификационная программа Wi-Fi Alliance - Wi-Fi 6, которая обеспечивает оптимальную работу пользователей с устройствами на основе стандартов IEEE 802.11ax. Эта программа сертификации принесла новые функции и возможности, которые позволяют существенно увеличить общую производительность Wi-Fi-устройств в сложных условиях с большим количеством подключений, таких как стадионы, аэропорты, городские парки и большие скопления других хот-спотов. Wi-Fi 6 отвечает самым высоким требованиям к безопасности и совместимости с более ранними версиями стандарта 802.11. Новая версия Wi-Fi обеспечивает значительную емкость, производительность и сокращение задержек всей беспроводной экосистемы, обеспечивая хорошую совместимость вне зависимости от производителя оборудования.

Wi-Fi 6 поддерживает более широкий набор устройств и приложений. Среди них и те, которым необходима максимальная производительность в требовательных корпоративных средах с низким энергопотреблением и низкой задержкой в "умных" домах или сценариях промышленного "интернета вещей". Благодаря высокой скорости, низкой задержке, энергоэффективности, увеличенной пропускной способности и расширения радиуса действия, новые Wi-Fi-устройства смогут предоставить множество дополнительных 5G услуг. Wi-Fi 6 поддерживает современные протоколы безопасности и обеспечивает безопасность Wi-Fi последнего поколения по стандарту WPA3. 

802.11ax (Wi-Fi 6) имеет следующие технические характеристики:

  • Множественный доступ с ортогональным частотным разделением (OFDMA): позволяет разделять каналы для повышения эффективности сети и сокращения времени ожидания как для исходящего, так и входящего трафика в высоконагруженных средах;
  • Многопользовательский множественный ввод - множественный вывод (MU-MIMO): позволяет передавать данные на большее количество устройств одновременно;
  • Каналы шириной 160 МГц: увеличивают пропускную способность, обеспечивают более высокую производительность с низкой задержкой;
  • Целевое время пробуждения (TWT): значительно увеличивает срок службы батареи Wi-Fi-устройств, таких как устройства "интернета вещей" (IoT);
  • 1024-квадратурная амплитудная модуляции (1024-QAM): увеличивает пропускную способность в сети Wi-Fi-устройств, позволяет кодировать больше данных в той же ширине спектра;
  • Автоматическое формирование диаграммы направленности (beamforming): обеспечивает более высокую скорость передачи данных в заданном радиусе действия, что приводит к большей пропускной способности сети.


Причины появления Wi-Fi 6

Каждое новое поколение стандартов Wi-Fi 802.11 увеличивает пропускную способность и включает технологические решения для работы в высоконагруженных корпоративных сетях. Однако, вновь появляющиеся стандарты должны не только обеспечивать лучшие условия передачи данных и обслуживания абонентов, но и обеспечивать обратную совместимость с ранее выпущенными стандартами:

Каждое новое поколение стандартов Wi-Fi 802.11 увеличивает пропускную способность и включает технологические решения для работы в высоконагруженных корпоративных сетях

В частности, растет потребность в поддержке видео высокого разрешения форматов 4K / 8K; развиваются приложения виртуальной реальности (AR / VR); IoT для корпоративных клиентов; происходит расширение возможностей ядра мобильной связи - все это требует более детерминированного подхода в обслуживании по сравнению с предыдущими поколениями Wi-Fi-сетей.

Исторически сложилось так, что каждое поколение сотовой связи (2G, 3G и 4G) передавало все больше и больше трафика по Wi-Fi-сетям. Корпоративные решения также не были исключением, благодаря высокой скорости и экономичности оборудования Wi-Fi. Очевидно, что после 2020 года даже новейшая сотовая технология (5G) потребует значительных мощностей Wi-Fi, поддерживающих голосовые и видеоуслуги операторского уровня. На рисунке ниже приведена тенденция изменения плотности оборудования Wi-Fi для разгрузки трафика в мобильных сетях:

Каждое поколение сотовой связи (2G, 3G и 4G) передавало все больше и больше трафика по Wi-Fi-сетям

Причиной эволюции Wi-Fi стал и такой важный тренд как "интернет вещей" (Internet of Things - IoT), который представляет собой серьезную проблему для предприятий. Ведь главным остается вопрос, как безопасно и легко подключить сотни или тысячи электронных устройств к корпоративной ИТ-сети в соответствии с их эксплуатационными и инженерными потребностями. В отличие от пользовательских устройств, таких как ноутбуки, IoT-устройства нуждаются либо в детерминированном беспроводном обслуживании (например, опрашивать меня каждые 5 мс, либо я буду отключен), либо в сервисе с низким энергопотреблением (то есть, я не говорю до тех пор, пока от меня этого не требуется).

Традиционно эти потребности удовлетворялись с помощью запатентованной, нишевой технологии или технологии, специфичной для поставщика беспроводных услуг. Но корпоративный Wi-Fi все чаще выбирался в качестве внутренней платформы IoT из-за значительной экономии за счет масштаба и простоты управления со стороны ИТ-инфраструктуры. Ожидается, что для удовлетворения этих эксплуатационных потребностей IoT, 802.11ax в качестве основной платформы для передачи беспроводных данных, станет наиболее удобным.

В недалеком будущем будут развиты предприятия, где пользователи будут фактически связаны с коллегами, партнерами и клиентами с помощью технологий дополненной реальности (AR), виртуальной реальности (VR) или смешанной реальности (MR). 

Пользователи будут фактически связаны с коллегами, партнерами и клиентами с помощью технологий дополненной реальности (AR), виртуальной реальности (VR) или смешанной реальности (MR)

Выгоды этой виртуальной формы общения очевидны, ведь уже все чаще можно услышать о таких трендах, как телемедицина и удаленная поддержка, различных визуализаторах, виртуальном обучении и организации совместной работы. Для этих приложений требуются значительная пропускная способность (например, 1 Гбит / с +) и низкая задержка (например, <10 мс), и, следовательно, 802.11ax идеально подходит с его продвинутым MIMO 8 x 8. Вообще говоря, наличие MIMO 8x8 у точки доступа не означает, что скорость передачи данных будет кратно увеличена для абонента, поскольку существуют физические ограничения количеством антенн на устройстве клиента. Однако, в 802.11ax такие технические решения, как MU-MIMO и Beamforming позволят увеличить скорость и качество передаваемой информации даже для абонента с одной антенной на устройстве. Можно с уверенностью сказать, что с выходом Wi-Fi 6 в MIMO стало меньше маркетинга и больше физики.   

Технические решения, вошедшие в 802.11ax

Мы следим за развитием технологии Wi-Fi уже много лет, и обратили внимание на то, что скорость передачи данных увеличивается за счет использования частотных ресурсов. Например, ширина канала увеличивалась от 20 МГц в первых версиях стандарта до 160 МГц в 802.11ac. Та же тенденция наблюдалась и с уровнями модуляции, и с количеством потоков MIMO. В момент перехода с 802.11n на 802.11ac у многих специалистов сложилось впечатление, что предел разработок достигнут, ведь при переходе на Wi-Fi 5 ничего существенного не произошло: просто увеличили число антенн и ширину полосы частот. Однако, Wi-Fi 6 привнес множество изменений, которые позволят использовать спектр более эффективно. Ниже будут рассмотрены основные технологии, которые вошли в Wi-Fi 6 и позволили этому беспроводному стандарту перейти на новый уровень:

  • OFDMA;
  • Resource Units;
  • Target Wait Time (TWT);
  • BSS coloring.


OFDMA

Множественный доступ с ортогональным частотным разделением (OFDMA) - это  возможность выделения ресурсного блока в том же PPDU (Physical layer Protocol Data Unit - блок данных протокола физического уровня) каждому клиенту или станции (STA). Несмотря на то, что OFDMA-технология не новая, она является уникальной для 802.11ax в семействе 802.11. С самым малым блоком ресурса может быть 26 поднесущих (2 МГц) и с самым большим - 2 х 996 поднесущих (160 МГц).

 Множественный доступ с ортогональным частотным разделением (OFDMA) - это  возможность выделения ресурсного блока в том же PPDU (Physical layer Protocol Data Unit - блок данных протокола физического уровня) каждому клиенту или станции (STA)

В Wi-Fi 5 (это 802.11ac, утвержден в 2014 году) технология MIMO (Multiple Input Multiple Output) позволяла транслировать данные четырем клиентам с помощью разных поднесущих. В Wi-Fi 6 число возможных подключений устройств увеличили в два раза.

В отличие от 802.11ac, оборудование 802.11ax может управлять распределением ресурсов нисходящей и восходящей линий связи на основе PPDU, что можно рассматривать как способ радиопланирования точек доступа (в частотной и пространственной областях).

Хоть 802.11ax не использует радиопланирование на основе времени, аналогичное LTE, можно представить, что для достижения аналогичных результатов в качестве сотовой связи используются передовые методы организации очередей или QoS, поскольку базовая структура уже существует, и чистая сеть 802.11 ax будет иметь отличные возможности управления спектром и помехами.

Resource Units

Канал OFDMA 20 МГц состоит в общей сложности из 256 поднесущих (тонов). Эти тона сгруппированы в более мелкие подканалы, известные как Resource Units (RUs). При разделении канала на 20 МГц точка доступа 802.11 ax обозначает как 26, 52, 106 и 242 единицы ресурса поднесущей (RUs), что примерно соответствует каналам 2 МГц, 4 МГц, 8 МГц и 20 МГц соответственно. Точка доступа 802.11 ax определяет, сколько поднесущих используется в канале 20 МГц, и может использовать различные комбинации этих поднесущих при передачи данных.

Канал OFDMA 20 МГц состоит в общей сложности из 256 поднесущих (тонов). Эти тона сгруппированы в более мелкие подканалы, известные как Resource Units (RUs)

Точка доступа 802.11 ax может выделить весь канал одному клиенту в один момент времени, или разделить канал OFDMA таким образом, чтобы он мог использоваться несколькими клиентами. Например, точка доступа 802.11 ax может взаимодействовать с одним клиентом, используя 8 МГц частотного пространства, а также с тремя дополнительными клиентами используя 4 МГц субканалов. Это справедливо как для uplink, так и для downlink-трафика.

Target Wait Time (TWT)

В предыдущих поколениях семейства 802.11 маломощные устройства, такие как мобильные телефоны, обеспечивали автоматическое энергосбережение (U-APSD) или Wi-Fi Multi Media Power-Save (WMM-PS). Точка доступа осуществляла буферную передачу, а не немедленную доставку данных. Другими словами, точка доступа сигнализировала о наличии данных в специальных пакетах, через сообщение индикации трафика (TIM), что позволяло клиенту сохранять свои радиоприемник выключенным (экономия энергии) и возобновляет только периодически для приема маяков (обычно кратно каждые 102,4 МС). Однако, это строгое соблюдение маяков ограничивает потенциал энергосбережения для устройств IoT, которые не требуют регулярного доступа к каналу, как мобильный телефон, но всегда должны быть готовы принять телефонный звонок.

С TWT больше не существует тесной связи между маяками точек доступа и временем сна устройства. Как правило, станция может запросить расписание, чтобы проснуться в любое время в будущем. Результатом является значительная экономия энергии для устройств с батарейным питанием, особенно в пространстве IoT-систем.

С TWT больше не существует тесной связи между маяками точек доступа и временем сна устройства

Поскольку TWT эффективно переводит клиентов в спящий режим с заданным временем пробуждения (на основе их запроса), возможно детерминированное время передачи и, следовательно, планирование приёма данных оконечным устройством. Точка доступа может использовать эту возможность как для уменьшения конкуренции (более распределенного использования каналов), так и для устранения чувствительности приложений к задержке.

BSS coloring

С любой беспроводной системой, включая сети на основе 802.11 CSMA (Carrier Sense Multiple Access -  множественный доступ с прослушиванием несущей), совместное использование одного и того же радиочастотного канала в одном и том же физическом пространстве всегда было проблемой.

Критически важно, что уровень сигнала (RSSI), на котором точка доступа использует канал, является "свободным для передачи" или то, что мы называем Carrier Sense (CS). Однако в дальнейшем, 802.11ax стандартизирует это поведение для обеспечения оптимального улучшения производительности.

BSS Color – это метод для разделения BSSs (то есть точек доступа и их клиентов) на одном и том же радиочастотном канале.

Работа BSS Color заключается в следующем:

  • Каждый BSS (точка доступа) использует другой "цвет" (6 бит в преамбуле сигнала или SIG).
  • Сигналы с тем же цветом BSS используют низкий порог RSSI для отсрочки, тем самым уменьшая столкновения в той же зоне обслуживания.
  • Сигналы с другим цветом BSS используют более высокий порог RSSI для отсрочки, тем самым обеспечивая большее количество одновременных передач.

BSS Color – это метод для разделения BSSs (то есть точек доступа и их клиентов) на одном и том же радиочастотном канале

Таким образом, этот метод используется для улучшения сосуществования перекрывающихся источников сигнала, уменьшения коллизий и для обеспечения возможности повторного использования пространства в одном канале. Это означает, что окрашивание BSS помогает в смягчении проблемы помех в канале, обнаруженных в устаревших сетях Wi-Fi. 

Обратная совместимость 802.11ax

Появление стандарта 802.11ax не вызовет проблем совместимости с уже созданной беспроводной инфраструктурой, так как 11ax имеет обратную совместимость с ранее выпущенными стандартами Wi-Fi - 802.11a / g / n / ac. Для этого точка доступа 802.11ax использует свой определенный формат PPDU для взаимодействия с клиентами каждого из перечисленных форматов.

Отраслевая поддержка Wi-Fi CERTIFIED 6

Samsung Galaxy Note10 и Ruckus R750 являются первым в мире смартфоном и точкой доступа, сертифицированными как устройства с поддержкой Wi-Fi 6. В 2020 году большинство ведущих производителей смартфонов и точек доступа будут поддерживать Wi-Fi последнего поколения.

 В 2020 году большинство ведущих производителей смартфонов и точек доступа будут поддерживать Wi-Fi последнего поколения

Ниже приведены устройства, соответствующие на данный момент требованиям "Wi-Fi CERTIFIED 6":

  • Broadcom® BCM4375.
  • Broadcom® BCM43698.
  • Broadcom® BCM43684.
  • Cypress CYW 89650 Auto-Grade Wi-Fi 6 Certified.
  • Intel® Wi-Fi 6 (Gig+) AX200 (for PCs).
  • Intel® Home Wi-Fi Chipset WAV600 Series (for routers and gateways).
  • Marvell 88W9064 (4x4) Wi-Fi 6 Dual-Band STA.
  • Marvell 88W9064 (4x4) + 88W9068 (8x8) Wi-Fi 6 Concurrent Dual-Band AP.
  • Qualcomm® Networking Pro 1200 Platform.
  • Qualcomm® FastConnect 6800 Wi-Fi 6 Mobile Connectivity Subsystem.
  • Ruckus R750 Wi-Fi 6 Access Point.

 

 

Wi-Fi 6. Мнения представителей ведущих компаний

Заключение

IEEE 802.11ax - это будущее беспроводных локальных сетей, но сертифицированные Wi-Fi-точки доступа 802.11ax появятся только через несколько месяцев. Новая технология Wi-Fi поддерживает до 8 SS и обеспечивает скорости передачи данных в 600–1800 Мбит/с для клиентов (с 1024 QAM). Ожидается, что клиенты (смартфоны, планшеты, ноутбуки и т. д.), поддерживающие стандарт 802.11ax, будут доступны в большом количестве уже в конце 2019, начале 2020 года. IEEE 802.11ax обеспечит:

  • Передачу видео в формате 4K/8K для нескольких пользователей одновременно (родители школьников будут рады);
  • Поддержка клиентов в высоконагруженных хот-спотах (Ultra-High-Density - UHD);
  • Детерминизм для приложений AR/VR и значительная экономия энергии, особенно для устройств IoT.


Критически важные приложения все чаще требуют детерминизма и предсказуемости в обслуживании. Другими словами, для обеспечение высоких показателей качества обслуживания, оборудование должно обладать информацией о времени передачи пакетов. Новый стандарт Wi-Fi 6 802.11ax обладает всеми необходимыми технологическими решениями для предоставления качественного беспроводного соединения для IoT и VR-устройств. 

От редакции: если у вас есть чем поделиться с коллегами по отрасли, приглашаем к сотрудничеству
Ссылка на материал, для размещения на сторонних ресурсах
/articles/reviews/105739/novyiy-etap-razvitiya-wi-fi-sertifikatsiya-shestoy-versii-standarta.html

Обсудить на форуме

Оставлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи

Зарегистрироваться