Знакомьтесь! Алиса, это WiFi 6 ! WiFi 6, это Алиса!

Wi-Fi становится все лучше и быстрее, уже множество маршрутизаторов доступно с чипами, использующими черновые спецификации 802.11ax Wi-Fi, но окончательно новый стандарт должны принять до декабря 2019 года, что приведет к появлению волны обновленных устройств с новыми беспроводными возможностями. Они будут способствовать созданию сетей следующего поколения с большей скоростью и меньшими задержками.

Стандарт 802.11ax, также известный как «high-efficiency wireless», будет теперь называться Wi-Fi 6.

Это новый стандарт именования, установленный Wi-Fi Alliance, а предыдущие поколения теперь известны как Wi-Fi 5 (802.11ac) и Wi-Fi 4 (802.11n). Ожидается, что новый вид маркировок скоро появится на устройствах, как показано ниже.

Технически, Wi-Fi 6 будет иметь однопользовательскую скорость передачи данных, которая на 37% быстрее, чем 802.11ac, но что более важно, обновленные спецификации будут предлагать в четыре раза большую пропускную способность на пользователя в беспроводной сети с большим количеством устройств. Он также более энергоэффективен, что должно привести к увеличению времени автономной работы устройств. 

Для достижения этих улучшений в стандарте 802.11ax реализовано множество изменений, в том числе несколько многопользовательских технологий, заимствованных из отрасли сотовой связи, а именно MU-MIMO и OFDMA - технологии, которые значительно повышают пропускную способность и производительность благодаря большему числу одновременных соединений и более совершенным способам работы с полосой передачи данных.

Домашние пользователи, которые модернизируют свое оборудование, могут рассчитывать на некоторые улучшения от этих технологий, особенно с течением времени, так как количество устройств на домохозяйство увеличивается - по некоторым оценкам, к 2022 году на один дом будет приходиться до 50 беспроводных устройств.

Как уже упоминалось, ожидается, что Wi-Fi 6 окажет более непосредственное влияние в областях, где сети сильно перегружены, и в конечном итоге поможет заложить основу для ожидаемой в будущем интеллектуальной инфраструктуры (например, устройства Интернета вещей). Наряду с решением проблем с огромным количеством устройств и развертыванием сетей, возникающим по мере развертывания IoT, Wi-Fi 6 будет приспособлен для удовлетворения постоянно растущего спроса на более высокие скорости передачи данных для нескольких пользователей.

В целом, Wi-Fi 6 основан на 802.11ac с более чем 50 обновленными функциями, хотя не все они обязательно будут включены в окончательную спецификацию. Вот некоторые из ожидаемых достижений Wi-Fi 6:

• Более высокая пропускная способность на каждого пользователя для потоковой передачи в ультра-HD и виртуальной реальности

• Поддержка большего количества одновременных потоков данных с повышенной пропускной способностью

• Расширение рабочего спектра (2,4 ГГц и 5 ГГц, в конечном итоге ожидаются частоты 1 ГГц и 6 ГГц)

• реклама

  
  
  

  Разделение спектра на несколько частот, это обеспечит более широкие каналы для передачи данных.

• Пакеты содержат больше данных, и сети смогут обработать больше разных потоков данных за один раз

• Улучшенная производительность (в 4 раза) при максимальной удаленности точки доступа

• Лучшая производительность / надежность в наружных и многолучевых (загроможденных) условиях

• Возможность разгрузки беспроводного трафика из сотовых сетей, где прием плохой

802.11n vs. 802.11ac vs. 802.11ax

Выпущенный в 2013 году, стандарт 802.11ac (теперь также известный как Wi-Fi 5) был стандартизирован в 2013 году, и хотя эта спецификация в значительной степени соответствует типичному сегодняшнему домашнему использованию, в нем используются только полосы в спектре 5 ГГц, и отсутствует нужный уровень многопользовательских технологий, которые смогли бы переварить растущее число устройств, подключенных одновременно.

В качестве ориентира для изменений в Wi-Fi 6, можно посмотреть на 802.11ac (Wi-Fi 5), который является расширением 802.11n (Wi-Fi 4):

• Более широкие каналы (80 МГц или 160 МГц против 40 МГц в диапазоне 2,4 ГГц)

• Восемь пространственных потоков вместо четырех (пространственные потоки)

• 256-QAM против 64-QAM модуляции (передает больше битов на символ QAM)

• Многопользовательский MIMO (MU-MIMO) в стандарте 802.11ac Wave 2, позволяющий одновременно использовать четыре downlink соединения вместо одного в однопользовательском MIMO (по-прежнему 1x1 uplink линия связи)

Когда Wi-Fi 6 будет запущен полностью, спецификация будет обратно совместима с предыдущими стандартами, включая как 2,4 ГГц, так и 5 ГГц, и в конечном итоге расширит этот спектр, включив в него полосы 1 ГГц и 6 ГГц, когда они станут доступны.

Возможно, более примечательными, чем включение этого дополнительного спектра, являются технологии, которые позволят использовать эту полосу пропускания. Благодаря большему количеству доступного спектра Wi-Fi 6 может разделить полосу пропускания на более узкие (дополнительные) подканалы, создавая больше возможностей для обмена данными между клиентами и точками доступа, обеспечивая поддержку дополнительных устройств в любой данной сети.

Хотя Wi-Fi 5 может обслуживать четырех пользователей в нисходящем направлении одновременно, благодаря MU-MIMO - это значительное улучшение по сравнению с однопользовательским MIMO в Wi-Fi 4 - сегодня беспроводная сеть (Wi-Fi 5) все еще может обрабатывать только один канал uplink. На бумаге 802.11ax увеличит это число до восьми, как по принимающей, так и по передающей линии связи, с возможностью доставки четырех одновременных потоков одному клиенту.

Тем не менее, есть информация, что MU-MIMO, передающая линия связи (uplink) может не поддерживаться в первых версиях оборудования сертифицированного по стандарту 802.11ax. И лишь немногие современные устройства могут извлечь выгоду из четырех пространственных потоков, это в два раза меньше, чем сможет обработать Wi-Fi 6. Большинство существующих смартфонов и ноутбуков, оснащенных MU-MIMO, имеют конфигурации только MIMO 2x2:2 или 3x3:3.

Форматирование (AxB:C) используется для демонстрации максимального количества передающих антенн (A), максимального количества приемных антенн (B) и максимального количества пространственных потоков данных (C), поддерживаемых радиостанцией MIMO. В то время как устройства Wi-Fi поддерживающие MU-MIMO получат огромную выгоду от этой технологии, аппаратные средства без поддержки MU-MIMO должны косвенно извлечь выгоду из дополнительного эфирного времени, доступного в точках доступа с поддержкой MU-MIMO.

Wi-Fi 6 также вводит поддержку (OFDMA) для входящей и исходящей линии связи, схема модуляции, которая приравнивается к многопользовательской версии OFDM (спецификация по 802.11ac / n). Она уменьшит задержку, повысит пропускную способность и эффективность, позволяя 30 пользователям одновременно использовать канал.

Чтобы помочь вам визуализировать эти технологии, можете представить одно окно приема Сбербанка, обслуживающее одну линию клиентов по отдельности, а комбинацию MU-MIMO и OFDMA можно приравнять к наличию множества окон и множеству линий, при этом каждое окно способно обслуживать несколько клиентов одновременно.

Кроме того, 802.11ax более четко информирует клиентов о доступности маршрутизации, а не о том, чтобы они боролись за доступ. Наряду с увеличением объема данных, передаваемых в каждой полезной нагрузке, благодаря кодированию 1024-QAM по сравнению с 256-QAM в Wi-Fi 5 и 64-QAM в Wi-Fi 4.

Хотя общие скорости передачи данных и ширина канала Wi-Fi 6 аналогичны Wi-Fi 5, десятки технологий были реализованы в обновленной спецификации, что должно значительно повысить эффективность и пропускную способность будущих сетей Wi-Fi, которые потенциально могут обслуживать десятки устройства на одном канале со скоростями в несколько гигов в секунду.

Вот некоторые из основных технологий, которыми Wi-Fi 6 будет отличаться от текущих спецификаций Wi-Fi:

MU-MIMO (Multi-User Multiple-Input Multiple-Output) - Wi-Fi 5 Wave 2 представляет многопользовательский MIMO, но поддерживает только четыре одновременных соединения в принимающем направлении (одно в исходящем направлении). В то время как Wi-Fi 6 сможет обрабатывать восемь потоков данных в обе стороны, поддерживая одновременно большее количество пользователей и обеспечивая в четыре раза большую максимальную теоретическую пропускную способность Wi-Fi 5.

Точки доступа MU-MIMO также обрабатывают больше сигналов, чем точки доступа SU-MIMO, снижают нагрузку на конечные устройства, а еще трафик MU-MIMO считается безопасным до тех пор, пока не будут разработаны инструменты для обработки сигналов, поскольку только предполагаемый получатель может читать данные.

OFDMA (множественный доступ с ортогональным частотным разделением) - не является частью Wi-Fi 5, который имеет обычный OFDM. Заимствована из сетей 4G LTE. Позволяет выделить ресурсные единицы в заданной полосе пропускания. Встроен в Wi-Fi 6, чтобы больше клиентов (до 30) могли совместно использовать один и тот же канал вместо ожидания, одновременно повышая эффективность за счет объединения разных типов трафика. OFDMA похожа на многопользовательскую версия OFDM.

1024-QAM (квадратурная амплитудная модуляция) - выросла с 256-QAM на Wi-Fi 5, хотя некоторые маршрутизаторы этого поколения имеют 1024-QAM в качестве экспериментальной функции. Это повышает пропускную способность, помещая больше данных в каждый пакет.

1024-QAM использует 10 бит на символ OFDM вместо 8 бит для 256 QAM. Это увеличивает на 25% пропускную способность и приводит к теоретической скорости передачи одного потока в 600 Мбит/с при использовании канала 80 МГц (на 39% лучше, чем при теоретической скорости в 433 Мбит/с при передачи данных по Wi-Fi 5).

Увеличение OFDM символов - Увеличивает продолжительность передачи символа OFDM с 3,2 мс в Wi-Fi 5 до 12,8 мс в Wi-Fi 6 и поддерживает более длинный циклический префикс для каждого символа.

Циклический префикс (CP) добавляет часть конца символа OFDM к передней части полезной нагрузки, чтобы обеспечить защитный интервал от межсимвольных помех и улучшить устойчивость, поскольку эта часть может использоваться при необходимости. Эта цифра может быть скорректирована в зависимости от требований к накладным расходам (более длинный CP повторяет больше данных и занимает больше места в символе, что приводит к более низкой скорости передачи данных).

Dynamic fragmentation - В то время как Wi-Fi 5 имеет статическую фрагментацию, которая требует, чтобы все фрагменты пакета данных были одинакового размера (кроме последнего фрагмента), динамическая фрагментация позволяет этим фрагментам иметь разный размер для лучшего использования сетевых ресурсов.

Spatial frequency reuse/OBSS (Окрашивание BSS) - если несколько точек доступа работают на одном и том же канале (ах), они могут передавать данные с уникальным «цветным» идентификатором, который позволяет им обмениваться данными по беспроводной среде в одно и то же время, без ожидания.

Beamforming - Существует в Wi-Fi 5, хотя этот стандарт поддерживает четыре антенны, а Wi-Fi 6 увеличивает его до восьми. Формирование луча улучшает скорость передачи данных и расширяет диапазон, направляя сигналы на конкретных клиентов, а не в каждом направлении сразу. Это помогает MU-MIMO, который плохо работает с быстро движущимися устройствами. Формирование луча было опционально доступно на устройствах Wi-Fi 4, но стало необходимым с внедрением MU-MIMO на Wi-Fi 5 Wave 2.

TWT (Target Wake Time) - Планирование времени пробуждения вместо доступа на основе конкуренции. Маршрутизатор может сообщить клиенту, когда ему спать, а когда проснуться, что, как ожидается, существенно изменит срок службы батареи, поскольку устройство будет знать, когда прослушивать канал.

Uplink resource scheduler - Аналогично, вместо пользователей, конкурирующих за загрузку данных, как в современных беспроводных сетях, Wi-Fi 6 планирует восходящие каналы связи, чтобы минимизировать конфликты, что приводит к лучшему управлению ресурсами.

Trigger-based Random Access - Также уменьшает коллизии / конфликты данных, путем указания длины окна uplink линии связи среди других атрибутов, которые улучшают распределение ресурсов и повышают эффективность.

Two NAVs (Network Allocation Vector) - Когда беспроводная станция передает, она объявляет продолжительность, которая потребуется для завершения, чтобы другие станции могли установить свои NAV, чтобы избежать конфликтов при доступе к беспроводной среде. Wi-Fi 6 представляет два NAV: один для сети, к которой принадлежит станция, и один для соседних сетей. Это также должно снизить потребление энергии.

Improved outdoor operation - Некоторые из этих функций приведут к лучшей производительности вне помещения, включая новый формат пакета, более длительные защитные интервалы и режимы для улучшения избыточности и устранения ошибок.

Расширение Wi-Fi 6 до 6 ГГц

Лидеры отрасли, такие как Qualcomm, определили, что для надлежащего качества обслуживания в будущих сетях потребуется больше частот, чем могут обеспечить 2,4 ГГц или 5 ГГц. Полоса 2,4 ГГц долгое время была насыщена обычной электроникой, в то время как 5 ГГц не хватает спектра для каналов с более широкой полосой пропускания (например, 80 МГц или 160 МГц), а участки 5 ГГц подвержены ограничениям, которые ограничивают его использование.

Qualcomm предположил, что регуляторные органы должны выделить около 1280 МГц нелицензированного спектра где-то в полосе 5 ГГц для нелицензированных технологий.

В июле 2017, заинтересованные компании призывали FCC публично прокомментировать тему по расширению спектра средней полосы частот от 3,7 ГГц до 24 ГГц. Более 30 технологических компаний, включая Qualcomm, представили предложение, в котором настаивали на том, что полоса 5925–7125 МГц («полоса 6 ГГц») является "необходимой для удовлетворения спроса на беспроводные широкополосные услуги следующего поколения".

Чтобы удовлетворить растущую потребность в Wi-Fi, компании предложили открыть 6 ГГц для нелицензированных технологий и разделить на четыре подполосы с различными техническими правилами и защитой от помех.

Так как Wi-Fi 6 в настоящее время разрабатывается и США, в том числе, открывают полосу 6 ГГц, целевая группа IEEE 802.11ax решила реализовать поддержку новых частот в следующей версии Wi-Fi 6.

Выделение полосы 6 ГГц в качестве нелицензионного пространства является привлекательным для компаний, поскольку они могут использовать эту частоту без подачи заявок на доступ к FCC, что будет стимулировать инновации и инвестиции по мере развития так называемой четвертой промышленной революции.

«Открывая всю эту полосу частот для нелицензированных операций локальной сети радиосвязи, комиссия позволит нам повысить качество обслуживания потребителей, снизить задержку и обеспечить более широкое покрытие, а также позволит нации пожинать плоды экономической и общественной безопасности, связанные с нелицензированными технологиями », - написали компании в своем обращении к FCC.

Wi-Fi 6 или 802.11ax - это только один из многих новых беспроводных стандартов, разрабатываемых для обслуживания разнообразных сетевых требований, предъявляемых к различным типам устройств.

Стандарты охватывают диапазон от 802.11aj / ay, который может обеспечивать десятки гигабит в секунду на частотах 60 ГГц mmWave, до спецификаций ниже 1 ГГц, таких как 802.11ah, они предлагают более низкую полосу пропускания / лучший диапазон для датчиков IoT – которые будут частью лицензионного и нелицензионного спектра, составляющих 5G.

Завершение: взгляд с высока на Wi-Fi 6

Предназначенный для замены как 802.11n, так и 802.11ac в качестве следующего стандарта WLAN, 802.11ax или Wi-Fi 6 разрабатывается для обеспечения значительного повышения эффективности сети и пропускной способности для плотных населенных пунктов с умеренными улучшениями пиковых скоростей передачи данных, которые будут лучше поддерживаться на нескольких устройствах одновременно.

Или, как любит говорить Qualcomm, «проблема не в том, как быстро работает Wi-Fi, а в том, что сеть Wi-Fi обладает достаточной пропускной способностью для удовлетворения растущего спроса на множество различных подключенных устройств и услуг».

Поскольку Wi-Fi 6 будет иметь непосредственное влияние на производительность сетей в людных местах, таких как стадионы или жилые дома, ожидается, что стандарт будет принят быстрее, чем предыдущие версии Wi-Fi. И в конечном итоге он станет необходимостью для домашних пользователей, поскольку Широкополосные соединения со скоростью от 100 Мбит/с до 1 Гбит/с становятся более доступными, и поскольку развертывание IoT приводит к тому, что «всё» подключается к сети.

Рассматривая Wi-Fi 6 в более широком смысле, увеличение многопользовательской поддержки и, в частности, увеличение количества одновременных upstream подключений будет сопровождаться ускорением спроса на пользовательские данные. Они будут собираться с устройств IoT и использоваться для таких целей, как машинное обучение и искусственный интеллект, это будущее технологии в целом и растущая цифровая экономика.

Как упоминалось во введении к этой статье, маршрутизаторы уже доступны на основе проекта спецификации 802.11ax. Окончательная ратификация стандарта ожидается в декабре 2019 года. И снова, первая волна официальных устройств может не поддерживать все возможности Wi-Fi 6, которые потенциально могут быть дополнены во второй версии аппаратного обеспечения. Новая версия Wi-Fi 6 может привнести поддержку таких функций, как расширенное MU-MIMO  и поддержку новой частоты 6 ГГц.

Источник: techspot.com