Nová generácia Wi-Fi je tu. Zoznámte sa s Wi-Fi 6!

Michal Mardiak

Systems Engineer Infrastructure

Michal.Mardiak@alef.com

Uplynulý rok 2019 priniesol množstvo noviniek a vylepšení v oblasti sieťových technológií a neobišiel ani svet bezdrôtovej komunikácie.

Wi-Fi technológia sa dočkala nového štandardu pre bezdrôtovú komunikáciu  802.11ax alebo Wi-Fi 6. Najnovšia generácia Wi-Fi prináša množstvo noviniek, ktoré riešia nedostatky v súčasnosti najpoužívanejšieho štandardu 802.11ac. Wi-Fi 6 taktiež vylepšuje už existujúce funkcionality, aby reagovali na stále zvyšujúce sa požiadavky klientov na bezdrôtové pripojenie k sieti. Čo nám teda prináša táto nová generácia Wi-Fi?

Obr. 1: Wi-Fi generácie

Wi-Fi 6 poskytuje spoľahlivejšiu bezdrôtovú komunikáciu, ktorá umožňuje poskytovanie rozličných služieb pre hlasové, dátové či video prenosy vo vašej bezdrôtovej sieti. Podobne ako každá nová generácia prináša zvýšenie rýchlosti a to až do 10Gb/s. No vyššia rýchlosť nie je tá najpodstatnejšia zmena. Wi-Fi 6, označovaná aj ako vysoko efektívna Wi-Fi (HEW, z anglického High Efficiency Wireless), umožňuje poskytovať vysoké rýchlosti a lepšie pokrytie signálom aj na miestach s vysokou koncentráciou klientov, pričom nedochádza k radikálnemu zhoršeniu poskytovanej služby s narastajúcim počtom užívateľov tak ako to bolo pri predchádzajúcich generáciách. Na dosiahnutie vyššej efektivity a zlepšenie vaše firemnej bezdrôtovej siete Wi-Fi 6 využíva štyri základné technické aspekty na ktoré sa pozrieme bližšie:

  • Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA)
  • BSS Coloring
  • Target Wake Time (TWT)
  • Multiple Users Multiple Input Multiple Output (MU-MIMO)

Prvé dve z týchto technológii, OFDMA a BSS coloring, sa týkajú spôsobu ako je prístupový bod (AP, z anglického Access Point) schopný pripojiť veľké množstvo koncových zariadení na malej ploche. Wi-Fi 6 sa v tomto inšpirovala aj mobilnými sieťami 4. generácie (označované ako 4G LTE siete) a používa OFDMA moduláciu oproti doteraz používanej modulácii OFDM. OFDMA modulácia rozdeľuje jednotlivé kanály (široké 20, 40, 80 alebo 160MHz) na stovky menších subnosných kanálov označovaných ako resoruce unit (RU). Rozdelenie kanálov na väčšie množstvo RU umožňuje prístupovému bodu posielať dáta viacerým koncovým zariadeniam súčasne. Jednotlivé skupiny RU sú prideľované rôznym klientom, pričom sa berú do úvahy rôzne faktory ako kapacita, ktorú daný klient vyžaduje či nároky na kvalitu služby (QoS) daného prenosu ako napríklad oneskorenie a veľkosť paketov.

Obr. 2: Porovnanie OFDM a OFDMA modulácie s pohľadu využitia časových úsekov

Tieto faktory rozhodujú o množstve subnosných kanálov, ktoré budú v danom čase použité pre daného klienta. OFDMA modulácia sa používa aj v opačnom smere a teda AP môže v danom čase prijímať údaje od viacerých klientov simultánne. V predchádzajúcich verziách protokolu 802.11 však nebolo možné rozdeliť jeden frekvenčný kanál na viac subnosných, takže ani komunikácia viacerých klientov v jednom čase týmto spôsobom nebola možná. Vďaka paralelnému prenosu dát na jednom kanály niekoľkým klientom naraz teda môže Wi-Fi 6 využívať prenosový kanál naplno.

Obr. 3: Porovnanie OFDM a OFDMA modulácie pri prenose rôznych aplikácií

Čo je BSS coloring?

BSS coloring funkcionalita umožňuje AP pridelenie vlastnej „farby“ pre každý kanál na ktorom toto AP vysiela. So 63 rôznymi „farbami“, ktoré sú k dispozícii, tak môžu mať všetky susediace AP vysielajúce na rovnakom kanály v rovnakej oblasti pridelenú unikátnu „farbu“. Unikátna „farba“ umožňuje klientovi, aby veľmi jednoducho zistil, či sú dáta na danom kanály posielané AP ku ktorému je pripojený alebo nejakým so susediacich AP. Koncové zariadenie tak môže pri posielaní svojich dát efektívne ignorovať vysielania od susedných AP vďaka unikátnosti „farby“. Používanie BSS coloring funkcionality má teda za následok zvýšenie kapacity prenosu, keďže medzi dvoma susediacimi AP, vysielajúcimi na rovnakom kanály, môžu prebiehať simultánne prenosy. Ďalším benefitom prideľovania „farby“ jednotlivým kanálom je úspora batérie na strane koncového zariadenia. Klient môže efektívne ignorovať vysielanie z okolitých AP a reagovať iba na komunikáciu s AP ku ktorému je pripojený, vďaka čomu ušetrí energiu a zvýši tak výdrž svojej batérie.

Obr. 4: Vzájomne rušenie medzi rovnakými kanálmi bez použitia BSS coloring a s využitím tejto funkcionality.

Target Wake Time mechanizmus

Výdrž batérie je veľmi dôležitým faktorom hlavne v prípadoch, keď sú k sieti pripojené rôzne IoT zariadenia ako napríklad senzory. Príliš intenzívna komunikácia môže mať za následok krátku životnosť batérie týchto zariadení a teda aj jej častú výmenu (prípadne výmenu celého zariadenia). Wi-Fi 6 prináša mechanizmus nazvaný Target Wake Time (TWT), ktorý sa zameriava práve na tento aspekt. TWT umožňuje koncovému zariadeniu dohodnúť sa s AP na ako dlho zaspí t.j. časový interval kedy nebude prijímať ani vysielať žiadne informácie. Na konci tejto periódy sa klient preberie a počká na rámec z AP, ktorý mu opätovne umožní posielať dáta v sieti. Dĺžka intervalu spánku môže byť rôzna, pričom v extrémnych prípadoch umožňuje klientovi spať až päť rokov. Vďaka TWT mechanizmu môže AP nastaviť rozdielne intervaly spánku pre jednotlivých klientov, skupinu klientov, či pre jednotlivé prenosy dát. Navyše interval spánku môže byť klientovi prideľovaný aj na periodickej báze. Táto variabilita pri prideľovaní intervalu spánku umožňuje AP prispôsobiť prenosové parametre presne podľa požiadaviek každého klienta a tým dosiahnuť čo najvyššiu efektivitu pri prenose dát.

Obr. 5: Prenos v prípade použitia TWT mechanizmu.

MU-MIMO funkcionalita

Rastúci počet klientov využívajúcich bezdrôtovú komunikáciu predstavuje stále väčší problém. Aplikácie používané vo firemných sieťach neustále zvyšujú svoje nároky na priepustnosť siete pričom sa využívajú stále častejšie aj na miestach s vysokou hustotou zariadení. Predchádzajúce verzie štandardov 802.11 neriešili tento problém dostatočne, nakoľko neboli navrhnuté pre veľký počet klientov komunikujúcich súčasne. Nová generácia Wi-Fi sa zameriava aj na tento problém a snaží sa ho výrazne zmierniť. Wi-Fi 6 operuje opäť v oboch pásmach 2,4GHz a 5GHz a poskytuje teda aj väčšie množstvo dostupných kanálov v porovnaní s predchádzajúcim štandardom 802.11ac. Takisto sa diskutuje o možnosti uvoľnenia 6GHz pásma pre Wi-Fi 6, čo by malo za následok ešte výraznejší nárast počtu dostupných kanálov. Navyše Wi-Fi 6 prináša vylepšenú technológiu MU-MIMO (Multiple User Multiple Input Multiple Output), ktorá umožňuje simultánny prenos dát až ôsmim klientom súčasne a to v smere od AP ku klientovi rovnako ako aj v opačnom smere, od klienta k AP. V porovnaní s 802.11ac, kde bolo možné v prípade MU-MIMO prenášať informácie iba v smere od AP ku klientovi a len štyrom klientom súčasne, sa jedná o výrazne vylepšenie.

Obr. 6:  MU-MIMO funkcionalita

V septembri 2019 Wi-Fi aliancia spustila certifikačný program pre koncové zariadenia založený na štandarde 802.11ax.
V roku 2020 tak môžeme očakávať nárast počtu koncových zariadení podporujúcich tento štandard
a teda aj postupné využívanie jeho výhod v praxi. Spoločnosť Cisco vám však už v súčasnosti ponúka rôzne modely prístupových bodov podporujúce nový štandard 802.11ax. Okrem Wi-Fi 6 tieto prístupové body samozrejme podporujú aj predchádzajúce generácie Wi-Fi, takže ich môžete pokojne nasadiť a vaša sieť tak bude pripravená na klientov využívajúcich novú generáciu Wi-Fi 6 už dnes.

Radi vám pomôžeme pri návrhu a nasadení Wi-Fi 6 siete.

 SK-SALES@alef.com