Wi-Fi 6. Беспроводная связь нового поколения

Количество устройств, передающих данные, стремительно растет. Каждый из нас владеет смартфоном, иногда и не одним. На подходе миллиарды устройств интернета вещей, которые будут практически непрерывно обмениваться информацией между собой и с другими системами.

Поэтому крайне насущным становится вопрос о сетях, которые смогут обеспечить быструю передачу данных с небольшими задержками. Последнее особенно важно для производственных систем, автономного транспорта, систем виртуальной и дополненной реальности.

Обычно предполагается, что это будет осуществляться сетями 5G, намного более быстрыми, «емкими» (позволяющих подключать на порядок больше пользователей) и энергоэффективными, чем сети 4G. Однако не стоит забывать, сети пятого поколения придется строить практически «с нуля». Ассоциация мобильных операторов GSMA оценивает затраты на создание сетей 5G до 2025 года в $750 млрд, так что стоит 5G-связь, особенно в первое время, будет недешево. Особенно с учетом того, что часто производственные мощности находятся в местах весьма отдаленных и передача всего потока данных оттуда еще более накладна.

Взять на себя передачу потоков данных готов «взять на себя» новый стандарт беспроводной связи - 802.11ax, он же Wi-Fi 6.

История «шестой версии»

Работа над новой версией Wi-Fi началась в мае 2013 года, когда исследовательская группа High Efficiency WLAN Study Group, входящая в рабочую группу IEEE 802.11 занялась изучением того, как можно более эффективно использовать спектр с целью увеличения пропускной способности беспроводных сетей в местах большой плотности размещения точек доступа и подключения пользователей.

Через год стартовал проект 802.11ax под названием Wi-Fi 6. Председателем рабочей группы 802.11ax был избран эксперт компании Huawei доктор Осама Абул-Магд.

Huawei стала одним из локомотивов нового стандарта: она внесла более 310 предложений по совершенствованию стандарта (15% от общего числа), уже в 2014 году она выпустила первый прототип на технологии 10G, в 2017-м — первую точку доступа, а в 2018-м — началось коммерческое использование ее точек W-Fi нового поколения. Тестирование Tolly Group показало, что именно этой компании созданы самые быстрые устройства стандарта Wi-Fi 6.

Почему «6»?

Аббревиатур, связанных со стандартами Wi-Fi (802.11 по классификации Institute of Electrical and Electronics Engineers) около трех десятков. Логика назначения буквенных префиксов часто непонятна (ну, разве что 802.11j - «для Японии» кажется очевидным).

В связи с грядущим широким распространением Wi-Fi, который должен будет выйти за пределы квартир и офисов, цена ошибки растет. Поэтому, чтобы избежать путаницы новый стандарт Wi-Fi кроме буквенного обозначения 802.11ax получил еще простое имя Wi-Fi 6. А его предшественники - 8802.11n и 02.11ac, получили индексы «4» и «5» соответственно.

Эволюция «основных» стандартов Wi-Fi

Название Год выхода Частота, ГГц Скорость, Мбит/с
802.11 1997 2,4 1
802.11b 1999 2,4 11
802.11a 2001 5 54
802.11g 2003 2,4 54
802.11n (Wi-Fi 4) 2009 2,4 и 5 600
802.11ac (Wi-Fi 5) 2014 5 6770

Wi-Fi «промышленного масштаба»

Сети Wi-Fi 6 способны обслуживать намного больше абонентов, чем сети предыдущих стандартов. При этом они позволяют обеспечить каждому абоненту некий «гарантированный минимум», позволяющий бесперебойно передавать данные независимо ни от чего. Для того, чтобы обеспечить производительность и бесперебойность работы датчиков, в новом стандарте предусмотрен ряд общих механизмов.

Два диапазона. Включив Wi-Fi в телефоне дома, в офисе или в общественном месте вы непременно увидите добрый десяток сетей. Особенно это касается наиболее распространенных и «дальнобойных» сетей в диапазоне 2,4 ГГЦ. Переход в Wi-Fi 5 на диапазон 5 ГГц был обусловлен попыткой хоть как-то решить проблему. Устройства Wi-Fi 6 работают на обеих частотах, обсуждается также вопрос о выделении стандарту еще и частоты 6 ГГц. Это дает возможность включать в сети шестого поколения любые устройства, что удешевляет переход на новый стандарт.

Узкая, зато — своя. Для обеспечения бесперебойности работы в Wi-Fi 6 появилась «заимствованная» у сотовых сетей четвертого поколения поддержка мультиплексирования OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access) — множественного доступа с ортогональным частотным разделением каналов. Теперь ширину канала для каждого устройства можно менять в зависимости от ситуации и его потребностей. Для передачи видеосигнала выделить все доступные 80 или 160 МГц, а если претендентов на ресурс много — нарезать всем по «персональной» полосе 2 МГц. За счет этого вырастет общая пропускная способность сети, и ни одно устройство не зависнет из-за того, что ему в какой-то момент не досталось полосы пропускания.

На четверть плотней. В Wi-Fi 6 применяется, наряду со старым механизмом квадратурной модуляции сигнала QAM 256 (Quadrature Amplitude Modulation), поддерживается и QAM 1024, что увеличивает приблизительно на 25% количество передаваемой информации в расчете на один символ и, соответственно, скорость передачи данных.

Энергоэффективность. Обычно датчики передают информацию с некоторой наперед заданной периодичностью. Для того, чтобы в промежутках между сеансами связи устройства стандарта Wi-Fi 6 не тратили энергию и не засоряли эфир, их снабдили функцией Target Wake Time, которая «будит» их в момент приема или передачи данных. За счет этого можно экономить энергию и частотный ресурс, и, соответственно, создавать сети с намного большим количеством устройств.

Опознание своих. Традиционно устройства Wi-Fi перед тем, как передать информацию мониторили свою частоту. Если на ней кто-то передавал — оно ждало некоторое время и потом пробовало снова. При этом не было разницы — передавало устройство из его сети или чужой. В местах, где сетей было много такой подход резко снижал скорость передачи. В Wi-Fi 6 появился механизм маркировки («раскрашивания») пакетов BSS Coloring, помогающий игнорировать «чужие» пакеты. Соответственно, несколько сетей Wi-Fi 6 способны работать одновременно в одном диапазоне не мешая друг другу.

Кроме того, в сетях Wi-Fi 6 можно формировать полноценный отдельный луч для пользователя с пакетами, предназначенными именно для него.

Что в итоге?

«Три кита» Wi-Fi 6 – возможность массового подключения, высокая скорость работы и малые задержки. Все эти преимущества обеспечиваются повышением эффективности использования спектра, качественным управлением интерференцией и совершенствованием протокола управления доступом к среде (Medium Access Control; MAC). При этом в сетях Wi-Fi 6 обеспечен бесшовный роуминг (не возникает задержек или сбоев при переходе из одного сегмента сети в другой). За счет своих характеристик и возможностей по взаимодействию с сетями интернета вещей (RFID, ZigBee) сети Wi-Fi 6 могут увязать в одно целое существующие сейчас отдельно сети разного назначения — офисные, видеонаблюдения, устройств интернета вещей, что позволяет создать единую сеть масштаба предприятия, которой гораздо проще управлять, чем несколькими отдельными.

Добавление к системам управления сетями решений в области искусственного интеллекта дает возможность построить платформы «упреждающей эксплуатации и технического обслуживания», которая на основании информации от датчиков интернета вещей в реальном времени контролирует и анализирует состояние оборудования, предсказывает, что может выйти из строя или обеспечивает поиск неисправностей в течение нескольких минут.

Возможности сетей Wi-Fi 6 в области «массового обслуживания» позволяют оказывать услуги тысячам пользователей одновременно, будь то посетители н стадионе, стримящие видео матча или роботы, в автономном режиме решающие производственные задачи.

Новые черты Wi-Fi 6 позволяют устройствам этого стандарта работать вчетверо быстрей, чем устройствам стандарта Wi-Fi 5 (достигая скоростей в районе 10 Гбит/с), обслуживать вчетверо больше клиентов при втрое меньшей задержке (до 10 мс).

Большое преимущество устройств Wi-Fi 6 – их можно постепенно вводить в уже существующие сети, со старыми устройствами они будут общаться на «старых» скоростях, между собой — на максимально возможной в конкретных условиях. Это позволяет избежать единовременных больших инвестиций в модернизацию сетей (хотя, конечно, часть возможностей новых устройств и не будет задействована). Впрочем, по оценкам аналитиков, ожидается, что уже к 2022-2023 году основная масса производимых устройств будет уже нового стандарта, вследствие чего они стремительно подешевеют и станут стандартом де-факто.

Фирменные усовершенствования от Huawei

Компания Huawei не только стояла у истоков создания стандарта нового поколения, но и создает технологии, улучшающие «потребительские свойства» сети Wi-Fi 6.

Например «умная антенна» позволяет добиться стопроцентного охвата зоны покрытия без мертвых зон, да и площадь покрытия на 20% больше, чем у «другого производителя». Алгоритм ускорения пакетов Dynamic Turbo позволяет гарантировать низкую, не более 10 мс, задержку для наиболее важных задач. А интеллектуальный интерфейс, синергия каналов и устройств и возобновляемая передача без потерь, обеспечивают нулевую потерю пакетов при перемещении устройств из одного сегмента сети в другой». За счет этого решения Huawei позволяют создавать сети, обслуживающие огромные беспроводные офисные (до 15 тыс. интеллектуальных экранов высокой четкости) или производственные (более 1000 роботов) системы.

В марте 2020 года Huawei выпустила линейку продуктов AirEngine Wi-Fi 6, покрывающую весь спектр потребностей в организации сетей, от модели AirEngine 5760-51 для торгового зала до устройств серии AirEngine 8760, способных обеспечить сигналом Wi-Fi стадион. 8760R - единственные в отрасли модели с 16 пространственными потоками, достигающие пропускной способности 10,75 Гбит/с (что вдвое больше «среднего по отрасли») и способные соперничать по пропускной способности с оптоволоконной сетью.

Такую же скорость, до 10,75 Гбит/с может обеспечивать и устройства серии AirEngine 6760, в которой две модели - AirEngine 6760-X1 и AirEngine 6760-X1E.В базовой комплектации они поддерживают до 10 пространственных потоков данных, а при использовании лицензии на программное обеспечение Right to Use — до 12.

Обе модели позволяют сформировать программно-конфигурируемую радиосистему, обеспечивающую задержки менее 10 мс, и способны переключаться между тремя режимами работы: dual-radio, dual-radio + one scanning radio и triple-radio. В последнем режиме одно устройство может обслуживать до 1152 пользователей.

Модель AirEngine 6760-X1 снабжена встроенными адаптивными антеннами, которые эффективно усиливают сигнал, не оставляя слепых зон. А модель AirEngine 6760-X1E можно подключить к нескольким внешним антеннам, за счет чего покрытие будет непрерывным при любой геометрии покрываемой площади. При этом общая площадь покрытия будет на 20% чем у аналогичных устройств других производителей, а уровень сигнала — вдвое выше.

При этом AirEngine 6760 не являются «чисто офисными» устройствами, в них есть модули расширения для взаимодействия с интернетом вещей по протоколам ZigBee и RFID, поддержка Bluetooth 5.0. Это позволяет поддерживать на предприятии единую беспроводную сеть, а не несколько отдельных, что упрощает и удешевляет эксплуатацию сетевой инфраструктуры.

Вернуться на главную