Wi-Fi 6, czyli IEEE 802.11ax
 

Wi-Fi Alliance wybrało fragmenty standardu IEEE 802.11ax, które podlegają certyfikacji w obszarze kompatybilności, zgodności i kooperacji pomiędzy różnymi produktami. Wszystko co je spełnia, certyfikowane jest jako Wi-Fi 6.


Standard IEEE 802.11ac kojarzony był z synonimem VHT (Very High Throughput), czyli znacznym zwiększeniem przepustowości. O ile jego następca, IEEE 802.11ax też zwiększa dostępną przepustowość, to obsługuje ją o wiele efektywniej, zapewniając mniejsze opóźnienia i wydajną obsługę większej ilości urządzeń równolegle. Stąd dla nowego standardu spotkać się można z określeniem HEW (High Efficiency Wireless).

Jednym z elementów wpływających na poprawę prędkości jest wzrost ilości bitów, jaka może zostać zakodowana w każdym z pojedynczych symboli. Ilość ta wzrosła z 8 (IEEE 802.11ac - 256-QAM 28) do 10 (IEEE 802.11ax - 1024-QAM 210). Zwiększa to o 25% prędkość w ramach jednego strumienia (10 / 8 = 1.25). Użycie 1024-QAM (Quadrature Amplitude Modulation) w Wi-Fi 6 sprawia, że nadajnik i odbiornik musi radzić sobie z obsługą 32 różnych poziomów amplitudy i 32 różnych wartości przesunięcia fazy (32 x 32 = 1024). Transmisja jest bardzo gęsta i złożona. 

Większość przesyłanych w sieci bezprzewodowej pakietów potrafi nie przekraczać 320 bajtów (około 87.37% według Cisco). Ich transmisja w starszych standardach powodowała wzrost opóźnień, na skutek nieoptymalnego wykorzystania slotów czasowych (podnośnych), które przeznaczone były do ich transmisji. 
 
IEEE 802.11ax stara się w pełni zapełniać te podnośne czy wykorzystywać dostępne sloty czasowe, a co za tym idzie efektywniej wykorzystywać dostępne spektrum. To też sprawia, że małe pakiety mogą być wysyłane z mniejszymi opóźnieniami, nie czekając na kolejny wolny slot czasowy. Są one od razu dołączane do innych transmisji.
 
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) dzieli dostępne pasmo kanału na wiele podnośnych, które mogą być niezależnie modulowane i demodulowane, a OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) umożliwia obsługę ruchu wielu użytkowników w ramach różnych grup takich podnośnych. OFDMA jest rozszerzeniem do OFDM. IEEE 802.11ax wykorzystuje OFDM i OFDMA, a poprzedni standard IEEE 802.11ac stosował tylko OFDM.
 

Wykorzystanie jednego kanału i jego wielu podnośnych do transmisji danych wielu urządzeń przekłada się na mniejsze opóźnienia i większą prędkość w sieciach z dużą ilością klientów. Zwiększa to wydajność sieci poprzez lepsze wykorzystanie pasma każdego kanału i znacząco zmniejsza opóźnienia, szczególnie pakietów głosowych, wideo oraz niewielkiej ilości danych przesyłanych z sensorów urządzeń IoT czy stosowanych do komunikacji z nimi.
 
Obsługa dużej ilości urządzeń możliwa jest dzięki wykorzystaniu wielu jednostek transmisji o szerokości 2MHz w ramach jednego, 20MHz kanału. Sprawia to, że da się obsłużyć więcej urządzeń w tym samym czasie. Urządzenia IoT zwykle nie potrzebują dużej przepustowości, stąd tak mała szerokość pasma im w zupełności wystarcza.

IEEE 802.11x umożliwia też łączenie takich 20MHz kanałów, w jeden większy 40MHz, 80Mhz lub 160MHz. W ten sposób możemy mieć odpowiednio większe pasmo. Zwykle z każdym jego powiększeniem ponad dwukrotne. Wynika to z możliwości wykorzystania skrajnych obszarów tych kanałów, które są pomiędzy nimi i normalnie nie są dostępne. Należy jednak pamiętać, że emitowanie sygnału w szerszym spektrum zużywa więcej mocy.
 
Zatem szerszy kanał, to większa przepustowość i możliwość równoległej obsługi przez jeden punkt dostępowy większej ilości klientów w tym samym czasie, ale niestety na mniejszym obszarze. Większy kanał to też większe prawdopodobieństwo wystąpienia w jego obszarze zakłóceń. Zwykle łącząc dwa kanały tracimy około 3dB mocy czy inaczej połowę dostępnej wcześniej mocy - SNR (Signal to Noise Ratio) spada o 3dB.

Łączenie kanałów zmniejsza ich sumaryczną ilość. Dla pasma 2.4GHz mamy tylko 3 nienachodzące na siebie kanały 20MHz. Dlatego łączenia kanałów w 2.4GHz raczej się nie stosuje. Dla pasma 5GHz w Europie jest ich 15, z czego tylko 4 bez DFS, a 11 z DFS. DFS (Dynamic Frequency Selection) wymusza zmianę kanału na inny, w przypadku wykrycia działania w kanale innych usług, które są w nim licencjonowane. Te inne licencjonowane usługi, jak radary wojskowe czy lotnicze mają priorytet nad usługami nielicencjonowanymi, jak Wi-Fi.
 
Warto też pamiętać, że im mamy mniej dostępnych nienachodzących na siebie kanałów, tym trudniej jest rozlokować punkty dostępowe w taki sposób, by się wzajemnie nie zakłócały.
Jesteśmy partnerem Cisco Systems i za naszym pośrednictwem można zakupić ich rozwiązania na polskim rynku. Zainteresowanych zapraszamy do This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.. Z nami masz pewność, że wszystko pochodzi z oficjalnego kanału.
BSS (Basic Service Set) składa się z jednego punktu dostępowego i przyłączonych do niego klientów. Sąsiadujące ze sobą BSS powinny korzystać z różnych kanałów, tak aby się wzajemnie nie zakłócać. O ile punkty dostępowe nie będą wtedy się widzieć i zakłócać, to klienci korzystający z różnych punktów dostępowych, które działają akurat na tym samym kanale mogą być na tyle blisko siebie, by wykryć zajętość pasma i wstrzymać swoją transmisję.
 
 
Stąd nie będą oni mogli w tym samym czasie nadawać, choć korzystają z różnych i wystarczająco oddalonych od siebie punktów dostępowych. Taka transmisja nie powinna spowodować zakłóceń w odbiorze sygnału na punktach dostępowych, gdyż o ile klienci są blisko siebie, to są wystarczająco daleko od punktu dostępowego sąsiada.
 
 
Nie są jednak świadomi tego, czy pracują w ramach różnych czy tych samych komórek BSS. Potrzebna do tego informacja jest dostarczana przez BSS Coloring. Znajduje się ona w ramkach IEEE 802.11ax, dzięki czemu może nastąpić tak zwany Spatial Reuse, czyli jednoczesne wykorzystanie tej samej przestrzeni pasma.
 
 
Głównym źródłem tego typu zakłóceń i niepotrzebnego wstrzymywania innych są urządzenia z niepotrzebnie zwiększoną czy źle ustawioną mocą nadawania. Dzięki IEEE 802.11ax możemy mieć wpływ na poziom stosowanej przez klientów mocy sygnału, co przekłada się na większy porządek w przestrzeni radiowej. Punkty dostępowe mogą dawać preferencyjny dostęp do kanału klietom, którzy zmniejszą poziom mocy. 
Dostępny w IEEE 802.11ax mechanizm Target Wake Time (TWT) pozwala oszczędnie wykorzystywać baterie urządzeń mobilnych i IoT.  Dzięki niemu, punkt dostępowy może usypiać telefony i urządzenia IoT nawet na okres do 5-lat. Może je wybudzać i usypiać indywidualnie, jak i grupowo, co pozwala efektywnie współdzielić kanał.

W sieci Wi-Fi 6 można też stosować większe wartości dla czasu Guard Interval (GI). Im czas GI jest większy, tym dłuższa jest przerwa pomiędzy transmisją każdego z symboli. O ile większy GI w teorii oznacza spadek prędkości, to w praktyce jest często inaczej. W trakcie transmisji fale mogą ulegać odbiciom i trafiać do odbiornika różnymi drogami, krótszymi i dłuższymi. Spóźniony symbol, który pokonał dłuższą drogę do odbiornika może interferować z już kolejnym symbolem, który został nadany ze względu na krótki GI. To z kolei prowadzi do pogorszenia się stosunku sygnału do szumu SNR, błędnego odbioru i co za tym idzie retransmisji. W praktyce oznacza to spadek prędkości.
 
Aby tego uniknąć, należy dostosować wartość GI do zastosowania i warunków otoczenia. Dla IEEE 802.11ax może on wynosić 800ns, 1600ns lub 3200ns. Im większy GI, tym lepsza transmisja na większe odległości i w środowiskach z większą ilością odbić sygnału. Niemniej, większa wartość GI, to też większe odstępy pomiędzy symbolami i co za tym idzie potencjalnie mniejsze pasmo dla danych. W przypadku IEEE 802.11n i IEEE 802.11ac wartość GI mogła wynosić 400ns lub 800ns. Większa wartość GI sprzyja transmisji na większych odległościach. 
SISO (Single-Input Single-Output) w IEEE 802.11a/b/g obsługiwało tylko jedną transmisję w ramach jednego kanału. Dzięki SU-MIMO (Single-User Multiple-Input Multiple-Output), które zostało wprowadzone w IEEE 802.11n, uzyskaliśmy możliwość prowadzenia kilku transmisji w tym samym kanale, ale tylko do jednego klienta.
 
Zwykle do tego celu stosowany jest jeden z dwóch trybów pracy. Spatial Diversity, który polepsza współczynnik SNR, transmitując równolegle ten sam sygnał z użyciem kilku różnych anten lub Spatial Multiplexing, który polepsza prędkość przesyłu, transmitując równolegle różne sygnały z użyciem kilku różnych anten. Stąd SU-MIMO w porównaniu z wcześniej stosowanym SISO poprawia zarówno prędkość transmisji, jak i jej jakość.

W standardzie IEEE 802.11ac zostało wprowadzenie MU-MIMO (Multi-User MIMO). Przy SU-MIMO równoległa transmisja była możliwa tylko do jednego klienta. Dzięki IEEE 802.11ac i MU-MIMO stała się możliwa obsługa więcej niż jednego klienta równolegle, to jest transmisji danych z punktu dostępowego do więcej niż jednego klienta w danym czasie. Standard IEEE 802.11ac obsługuje do 4 równoległych strumieni SS (Spatial Stream). Zwykle do 4 SS przez punkty dostępowe i od 1 do 2 SS przez urządzenia końcowe.

Standard IEEE 802.11ax obsługuje do 8 SS i dodatkowo może w tym samym czasie odbierać dane od kilku klientów. Dla IEEE 802.11ac dostępny był tylko tryb DL MU-MIMO (Downlink MU-MIMO), czyli tylko równoległe wysyłanie od punktu dostępowego do klienta. Dzięki IEEE 802.11ax mamy dostępny tryb DL/UL MU-MIMO (Downlink/Uplink MU-MIMO), gdzie możliwe jest to w obu kierunkach. Stąd punkt dostępowy IEEE 802.11ax może zarówno równolegle odbierać, jak i wysyłać dane różnych klientów w tym samym czasie i w tym samym kanale.
 
 
Dzięki BSS Coloring, to wszystko może odbywać się w każdej BSS niezależnie, bez przeszkadzania innym BSS.
 
Równoległe użycie kilku nadajników i odbiorników z DL/UL MU-MIMO do uzyskania wielu strumieni SS oraz obsługa rozszerzenia OFDMA i BSS Coloring znacząco zmniejsza opóźnienia, jednocześnie poprawiając prędkość transmisji i efektywność wykorzystania pasma w IEEE 802.11ax. Dzięki temu wszystkiemu, Wi-Fi 6 umożliwia przystosowanie sieci bezprzewodowej do transmisji wideo 4K/8K, rozwiązań Augmented Reality (AR), Virtual Reality (VR) i Mixed Reality (MR), lepszej obsługi kamery i telefonów oraz obsługi większej ilości urządzeń IoT.
Na rynku jest zbyt dużo sprzętu z szarego kanału, stąd koniecznie sprawdzaj, czy firma sprzedająca produkty Cisco Systems jest na 100% jej partnerem handlowym. Sprawdzić można to w Cisco Partner Locator, gdzie też jesteśmy.

Zapraszamy do kontaktu drogą mailową This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it. lub telefonicznie +48 797 004 932.