Wi-Fi 6: Wydajna sieć WLAN z IEEE 802.11ax [AKTUALIZACJA]  

Czy potrzebujemy kolejnego ulepszenia Wi-Fi?  

W jednym z poprzednich wpisów omawialiśmy ewolucję standardu Wi-Fi. 802.11 został opublikowany w 1997 roku i od tego czasu wprowadzono liczne poprawki, które usprawniły wydajność sieci bezprzewodowych. Ostatnie omawiane poprawki, czyli 802.11ac i 802.11ad, pozwoliły na transmisję danych z szybkością do 6,93 Gb/s. Najnowszym standardem IEEE jest 802.11ax, czyli Wi-Fi szóstej generacji.  

Prawda jest taka, że tak dużą szybkość transmisji danych można osiągnąć w idealnych warunkach rozgłaszania przy niewielkich zakłóceniach. IEEE zdecydowało się zrobić krok w innym kierunku – skupić się na powszechniejszych warunkach środowiskowych, zamiast zwiększać szczytową przepustowość.  

Poprawka omawiana w tym poście, a mianowicie IEEE 802.11ax (nazywana również HEW, High-Efficiency WLAN lub Wi-Fi 6), koncentruje się na wzmocnieniu średnich i najgorszych scenariuszy, co zwiększa ogólną wydajność sieci.  

Kolejną przyczyną wprowadzenia Wi-Fi 6 jest fakt, że wymagania również zmieniają się z czasem. Wiele obszarów, takich jak lotniska czy uniwersytety, jest bardziej zatłoczonych niż kiedyś. “Zatłoczonych” pod względem bezprzewodowym – nawet jeśli liczba osób nie zmieniła się znacznie, każda z nich może mieć wiele urządzeń, które próbują połączyć się z tą samą siecią. Nie wspominając już o systemach IoT – w takim przypadku setki, a nawet tysiące urządzeń wymagają połączenia z siecią.  

Wyższa przepustowość przynosi korzyści biznesowe  

Technologia Wi-Fi 6 będzie szczególnie ważna w branżach i aplikacjach wymagających szybkiego i niezawodnego połączenia z Internetem, a także wydajności sieci. Niektóre z tych branż i zastosowań obejmują:  

• Przemysł: Wi-Fi 6 w fabrykach i halach produkcyjnych, umożliwia działanie urządzeń IoT, automatyzację procesów produkcyjnych i monitorowanie maszyn w czasie rzeczywistym.  
• Edukacja: W szkołach i na uczelniach Wi-Fi 6 pozwala na korzystanie z nowoczesnych technologii edukacyjnych, takich jak wirtualna rzeczywistość (VR), gry edukacyjne i nauka zdalna.  
• Ochrona zdrowia: W placówkach medycznych Wi-Fi 6 zapewnia szybką wymianę danych medycznych oraz wykorzystanie nowoczesnych technologii.  
• Handel detaliczny: W branży retail Wi-Fi 6 ułatwia korzystanie z nowoczesnych technologii, takich jak płatności mobilne, inteligentne kasy czy interaktywne ekrany.  
• Rozrywka: w miejscach rozrywki, takich jak kina i stadiony, Wi-Fi 6 umożliwia korzystanie z interaktywnych aplikacji, gier i transmisji na żywo.  

Główne cechy Wi-Fi 6 

Czego potrzebuje Wi-Fi, aby spełnić te wymagania? Przyjrzyjmy się nowym funkcjom, które umożliwiają tak solidną komunikację.  

OFDMA  

OFDMA (ang. Orthogonal Frequency Division Multiple Access) to koncepcja pozwalająca na wydajniejsze zarządzanie pasmem sieci. Urządzenia mogą wykorzystywać różne częstotliwości, aby zwiększyć przepustowość sieci i poprawić wydajność.  

Metoda OFDMA jest podobna do OFDM (ang. Orthogonal Frequency-Division Multiplexing) pod względem metod przetwarzania sygnału. Dane są przesyłane przy użyciu wielu ortogonalnych podnośnych o stosunkowo długim czasie trwania symbolu. Pomaga to radzić sobie z kanałami selektywnymi częstotliwościowo. Różnica polega na tym, że OFDMA używa różnych podnośnych jako sposobu rozróżniania użytkowników. W przeciwieństwie do OFDM, w OFDMA wielu użytkowników może odbierać dane w tym samym czasie, więc opóźnienie może się znacznie zmniejszyć (patrz ilustracja).  

Ponieważ każdy użytkownik znajduje się w innym miejscu, różnią się także ich kanały radiowe. Oznacza to, że inne podnośne mogą być tłumione dla różnych użytkowników. Wykorzystując OFDMA możemy zmniejszyć wpływ tego efektu. Dla każdej grupy podnośnych AP może wybrać użytkownika, który ma dobre warunki propagacji. W ten sposób można zwiększyć wydajność sieci, ponieważ przesyłamy dane tylko z zasobów, które „są dobre” dla tego konkretnego użytkownika.  

Koncepcja OFDMA jako nowość dotyczy Wi-Fi, jednak była używana już w 2008 r. w przypadku LTE Rel-8, a nawet wcześniej w WiMAX. LTE i nowsze technologie (LTE-Advanced, LTE-Advanced Pro, a nawet 5G NR) nadal wykorzystują tę technikę jako metodę wielodostępu.  

MU-MIMO  

Technologia MU-MIMO (Multi-User Multiple Input Multiple Output) pozwala na jednoczesne przesyłanie danych do wielu urządzeń, co znacznie poprawia przepustowość sieci. Dzięki temu każde urządzenie otrzymuje optymalną ilość przepustowości, a cała sieć działa szybciej i wydajniej.  

802.11ax rozszerza funkcję MU-MIMO wprowadzoną w standardzie 802.11ac. Teraz obsługiwanych jest więcej grup użytkowników, co sprawia, że MU-MIMO w łączu w dół jest wydajniejsze. Nowością jest również łącze w górę MU-MIMO, które początkowo było rozważane dla 802.11ac, ale ostatecznie zostało pominięte w tej poprawce. UL MU-MIMO umożliwia wielu stacjom transmisję do tego samego punktu dostępowego w tym samym czasie i na tej samej częstotliwości, przy użyciu różnych sygnatur przestrzennych. Dzięki wielu antenom AP może rozróżniać oddzielne strumienie. Schemat MU-MIMO przedstawiono na poniższej ilustracji.  

Modulacje wyższego rzędu  

Modulacja 256-rzędowa obecna w standardzie 802.11ac została zwiększona o jeszcze jeden krok. Pokazuje to, że chociaż głównym celem było zwiększenie przepustowości i zmniejszenie opóźnień, rozważano również poprawę szybkości transmisji danych. Dzięki 1024-QAM możemy teraz przesyłać 10 bitów w jednym symbolu zamiast 8 (w porównaniu do 802.11ac). Wymaga to jednak bardzo dobrych warunków propagacyjnych.  

Ponowne wykorzystanie przestrzenne / BSS Colouring 

Ponieważ standard 802.11ax może działać w paśmie 2,4 GHz lub 5 GHz, możemy napotkać problem zbyt małej liczby dostępnych kanałów (zwłaszcza w paśmie 2,4 GHz). Dlatego 802.11ax wykorzystuje tak zwany colouring kanałów.  

BSS Colouring w Wi-Fi 6 zapobiega wzajemnym interferencjom urządzeń w sieci, co zwiększa przepustowość i poprawia jakość sygnału.  

Każdy kanał ma przypisany kolor, który identyfikuje grupę Basic Service Sets (BSS), której nie powinien zakłócać. Zmienia to metodę Clear Channel Assessment, która będzie od teraz dynamiczniejsza. Może mieć różne progi dla różnych „kolorów” kanałów. Jeśli sieć jest zaprojektowana w taki sposób, że kanały o tym samym kolorze są daleko od siebie, możemy ustawić CCA na mniejszą czułość na takie sygnały, ponieważ są one mniej podatne na interferencję.  

Zwiększona wydajność energetyczna Wi-Fi 6 

Najważniejszą i wartą odnotowania poprawą w zakresie efektywności energetycznej jest Target Wake Time (TWT). Mechanizm ten umożliwia negocjowanie czasu STA i AP, podczas którego STA przechodzi w tryb uśpienia. W tym okresie STA nie otrzymuje ani nie przesyła żadnych danych. Również AP nie oczekuje żadnych danych z tego urządzenia, więc nie interpretuje go jako rozłączonego. Następnie, po wynegocjowanym czasie, STA może się obudzić i transmitować dane. Jest to bardzo częsty scenariusz w środowisku IoT, w którym czujniki wysyłają dane raz w ciągu długiego cyklu. W standardzie 802.11ax urządzenie nie musi być cały czas w trybie „oczekiwania”, można więc oszczędzić energię.  

Target Wake Time (TWT) to mechanizm, który pozwala oszczędzać energię na urządzeniach mobilnych, ponieważ urządzenia są w stanie działać dłużej na jednym ładowaniu.  

Transmisja dalekiego zasięgu  

Standard 802.11ax może być również wykorzystany z funkcjami zwiększającymi zasięg sieci. Może być przydatny w scenariuszach użycia na zewnątrz, gdy montaż AP może być problematyczny.  

• Interwał ochronny — można go zwiększyć dwu- lub czterokrotnie, zwiększając ochronę przed interferencją międzysymbolową (ISI).  
• Format pakietu o rozszerzonym zasięgu – niektóre pola w ramce są wzmacniane o 3 dB, a inne są dwukrotnie powtarzane, aby poprawić niezawodność odbioru.  
• Dual Carrier Modulation (DCM) – ta sama informacja jest przesyłana na różnych podnośnych, zwiększając zróżnicowanie częstotliwości.  
• Transmisja wąskopasmowa – wykorzystanie tylko 8 MHz pasma redukuje szum pasma.  

Podsumowanie 

Wi-Fi 6 zapewnia ważne funkcje, koncentrując się na przepustowości sieci, opóźnieniu oraz zasięgu. Wysoka szybkość przesyłu danych jest wciąż widoczna, ale raczej w tle. Wprowadzenie OFDMA i użycie MU-MIMO umożliwia AP planowanie danych dla wielu użytkowników jednocześnie. W ten sposób można znacznie zmniejszyć opóźnienie. Dzięki nowym kolorom kanałów częstotliwości mogą być ponownie przestrzennie wykorzystane.  

Korzyści płynące z zastosowania standardu Wi-Fi 6 są szczególnie istotne dla biznesu

Właściciele firm i przedsiębiorstw mogą zwiększyć wydajność swoich sieci i poprawić produktywność pracowników. Dzięki ulepszonej wydajności sieci pracownicy mogą zyskać dostęp do Internetu o wyższej prędkości, bez przestojów czy problemów z łącznością. W przypadku firm posiadających wiele urządzeń mobilnych, takich jak smartfony, laptopy, tablety przemysłowe, roboty i czujniki IoT, zastosowanie Wi-Fi 6 poprawi wydajność i funkcjonowanie całej sieci.  

Te zmiany skłaniają do zastanowienia, ile jeszcze trzeba wykonać kroków, zanim stacjonarne i mobilne sieci bezprzewodowe będą korzystać z tej technologii i czy w pełni ją zaadaptują. Korzystanie z OFDMA i większa świadomość zakłóceń Wi-Fi to z pewnością krok w kierunku technologii podobnej do LTE. Osobiście jestem ciekaw, co przyniosą kolejne poprawki.  

Szukasz partnera, który zaplanuje solidną i wydajną sieć bezprzewodową dla Twojego biura, kampusu lub autonomicznego magazynu? Poznaj nasze usługi projektowania sieci bezprzewodowych.