Блог компании CompTek

Беспроводная эволюция, или Почему Wi-Fi 5 скоро отправится в музей технологий

Ближайшее обновление стандарта Wi-Fi 6 (802.11ax) должно сделать беспроводное соединение быстрее и эффективнее. Но стоит ли уже сейчас думать о перестраивании сети с заменой/модернизацией оборудования? Давайте разберемся, насколько и для кого актуальна будет сеть нового поколения, какие преимущества она дает и чего еще ждать от беспроводных сетей в будущем.

В погоне за скоростью
С каждым годом объем данных, передаваемый пользователями по беспроводным сетям, растет. По прогнозам Cisco уже в следующем году почти половина всего передаваемого сетевого трафика ляжет на беспроводные сети Wi-Fi.
Разделение интернет-трафика согласно Cisco Visual Network Index
Одновременно растет и количество устройств, подключенных к сети. Это происходит как за счет увеличения количества повседневных устройств (телефоны, планшеты, умные часы) но и благодаря развитию новых направлений — вроде интернета вещей.
Количество устройств с доступом в интернет на одно домашнее хозяйство
В этих условиях скорость и емкость беспроводной сети становятся критичными параметрами как во «внутреннем» офисе, для сотрудников, так и в зоне для клиентов (о том, как и чем полезна беспроводная сеть для клиентов писали в этой статье).
Как отвечают на эти потребности разработчики стандарта Wi-Fi? За почти четверть века, прошедших с момента выпуска первой версии, скорость передачи данных выросла в 3,5 тысячи раз. Казалось бы, такой шаг вперед должен обгонять потребности пользователей, а значит, бизнесу совершенно не обязательно торопиться с обновлением беспроводной сети.
Но на практике скорость соединения оказывается намного ниже, чем в спецификациях устройств, — по причине изменчивости и непредсказуемости реальной обстановки в эфире. Разберем ситуацию на примере одной из версий Wi-Fi — самой распространенной сейчас 802.11ac.
Теория vs реальность
Wi-Fi 5 (или 802.11ac) был представлен 5 лет назад. Разработчики обещали максимальную теоретическую скорость в 6,77 Гбит/с. Устройства с поддержкой 802.11ac стали появляться еще на стадии драфта стандарта и к 2018 году модули доступа к сети, поддерживающие Wi-Fi 5, доминировали в объемах поставок.
Стандарт запускался в два этапа: сначала первая волна (Wave 1), а затем — вторая (Wave 2), которая принесла с собой несколько интересных нововведений. Дальше говорить о скорости будем применительно к Wave 2.
Wi-Fi 5 (Wave 2) — это первая версия стандарта, поддерживающая MU-MIMO, т.е. одновременную передачу данных нескольким устройствам. До появления этой технологии несколько устройств, подключенных к точке доступа, делили ресурс по времени (OFDM — мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов) — т.е. сначала поток данных направлялся одному, потом второму и т.д. При подключении множества устройств это существенно снижает скорость загрузки данных на каждое из них.
MU-MIMO, представленная в 802.11ac Wave 2, решает эту проблему. Технология с одной стороны, обеспечивает направленную передачу в сторону клиентского устройства, чтобы не создавать лишние помехи в эфире, а с другой, позволяет это делать одновременно для нескольких устройств.
Указанный теоретический порог скорости 802.11ac Wave 2 рассчитан для режима 8x MU-MIMO. Это значит, что точка доступа обеспечивает передачу одновременно до восьми клиентам, если это поддерживается на аппаратном уровне. Надо понимать, что при подключении нескольких устройств доступный канал делится между ними (и работать все будет на скорости самого медленного). А значит, вместо обещанных гигабитов мы скорее всего получим на тестах не более 433 МБит/с. Кстати, 802.11ac Wave 2 работает только в диапазоне 5 ГГц, т.е. при подключении старых устройств, не рассчитанных на этот диапазон, общая эффективность работы сети окажется еще ниже.
Еще момент. Беспроводная среда не замкнута. Вне зависимости от стандарта передача данных подвержена воздействию электромагнитных помех от бытовых приборов, офисной техники и прочих неожиданных источников, вплоть до военных. Да и сами беспроводные сети в соседнем помещении при неправильной настройке дадут о себе знать. Все это ведет к снижению качества сигнала, а значит, и скорости передачи данных (о том, как оценить электромагнитную обстановку, а также о том, как не помешать самому себе, выбирая неправильные частотные каналы, писали в этом материале).
Несмотря на ограничения реального мира, на базе Wi-Fi 5 строятся масштабные проекты, помогающие обслуживать сотни и тысячи мобильных клиентов. Например, в 2018 году на базе оборудования Cisco была развернута беспроводная сеть стадиона Лужники, обслуживающая до 80 тыс. болельщиков на территории в 220 тыс. м². Проект был реализован к проходившему в 2018 году Чемпионату мира по футболу, в рамках которого сеть и прошла жесткие тесты «на прочность». В периоды пиковых нагрузок она обслуживала до 20 тыс. одновременных соединений. Скорость на пользовательских устройствах достигала 5–8 Мбит/с (организаторы матчей ставили условие обеспечить скорость не менее 2 Мбит/с, что является общемировой практикой).
Аналогичные масштабные задачи решались в московском и питерском метро. Здесь ситуацию усложняли постоянные перемещения пассажиров, которым нужно обеспечить роуминг, хитрое электропитание, под которое надо было еще подобрать БП, да и в целом сложные условия эксплуатации в подземке. О деталях этих проектов уже писали на Хабре тут и вот тут.
Несмотря на успешные проекты на базе Wi-Fi 5, уже завтра его может оказаться недостаточно.
Вообще в рядовом бизнесе, где на точки доступа не возлагается никакой «особенной» нагрузки и ответственности, многие сети до сих пор работают на Wi-Fi 4 — 802.11n. Просто оборудование было куплено достаточно давно и не успело выработать свой ресурс. В этой версии нет ни MU-MIMO, ни широких частотных каналов. И в теории скорость даже не приближается к 1 Гбит/с, составляя 150 Мбит/с на один поток (в реальности — порядка 90 Мбит/с).
Много устаревших устройств и у пользователей. Это вынуждает даже современные точки доступа работать в режиме обратной совместимости, а значит на заметно меньших скоростях, что ухудшает производительность всего сегмента.
Но от прогресса не убежишь. По статистике потребительские устройства в среднем меняются раз в 2 года. Сейчас стандарт 802.11ас вполне зрелый, по статистике с Cisco Live 2017, проходившей в Берлине, количество клиентов 802.11ас было 76,5%. Конечно, это конференция гиков, но весьма показательно, насколько стандарт был подхвачен и популярен уже в 2017 году.
По мере естественного обновления потребительских устройств растет и потребность в более совершенном оборудовании для беспроводных сетей.
Дальнейшая эволюция стандартов
Распространенный сегодня 802.11ac ознаменовал переход от погони за скоростью одного клиента к погоне за максимальной емкостью сети. И следующий стандарт полностью поддерживает эту тенденцию.
Перед Wi-Fi 6 была поставлена задача обеспечить скорости до 10 Гбит/с. Конечно, цель теоретическая, так как такая скорость будет достижима в лучшем случае в относительно свободном диапазоне 5 ГГц для одного устройства неподалеку от роутера. Но прогресс все же впечатляет. Хотя технически стандарт был улучшен всего на 37%, в реальности за счет более эффективного использования частотного спектра (адаптации под ситуации из реального мира) он должен обеспечить рост пропускной способности в 4 раза.
В Wi-Fi 6 реализовано одновременно несколько идей, позволяющих повысить эффективность беспроводных сетей. Например, обсуждавшаяся выше MU-MIMO в этом стандарте работает не только на передачу данных от точки доступа к устройству, но и в обратном направлении (правда, устройства для этого должны также поддерживать MU-MIMO). Кроме того, в стандарте вместо OFDM была реализована поддержка OFDMA (множественного доступа с ортогональным частотным разделением каналов), когда пользователи делят частотный канал не только по времени, но и по поднесущим. Для еще большего уплотнения передаваемой информации используется модуляция QAM 1024.
Сравнение OFDM в стандарте 802.11ac и OFDMA в новом 802.11ax
Еще один важный аспект — востребованное бизнесом развертывание больших по площади беспроводных сетей. Для снижения помех, возникающих в одних сегментах сети из-за других, в Wi-Fi 6 воплощен механизм «раскрашивания» сегментов в разные «цвета» (с физическим понятием цвета, понятно, это свойство не имеет ничего общего; идею с названием, похоже, почерпнули из физики субатомных частиц). «Окрашивание» реализовано через назначение каждой точке доступа некого свойства, которым маркируются все ее пакеты. Когда устройство, подключенное к одной из точек, прослушивает нужный ему канал, пытаясь начать передачу, с помощью этих меток можно отличить, занята ли именно его подсеть.
Согласно прогнозам, в 2022 году более половины устройств будут поддерживать новый стандарт. Столь стремительное распространение ожидается не столько за счет поддерживаемых скоростей (хотя в мире 4К и 8К видео скорости играют определенную роль), сколько благодаря иному качеству обслуживания в сети нового стандарта — уменьшению задержки и джиттера, что важно в том числе и в бизнес-коммуникациях. И, естественно, поддержке сетей высокой плотности, которая может быть обусловлена не только обилием посетителей со своими гаджетами, но и устройствами IoT (для них в Wi-Fi 6 предусмотрены нововведения в области энергосбережения).
Хотя еще не принята окончательная версия спецификации, поддержка уже заявленных функций есть в ряде продуктов, присутствующих на рынке, например в точках доступа корпоративного уровня Cisco Catalyst 9100.
Экспоненциальный рост числа конечных устройств с поддержкой
Таким образом уже сейчас имеет смысл строить беспроводные сети с поддержкой Wi-Fi 6. Затраты на изменения в беспроводной инфраструктуре площадке WiFi весьма высоки, поэтому стоит рассматривать более новые варианты инфраструктуры, чтобы использовать максимальный срок жизни оборудования. В то же время необходимо реально смотреть на вещи и не рассматривать продукты типа pre-standard, т. е. те, которые никогда не будут сертифицированы. Отдача от этой инвестиции появится при массовом появлении абонентских устройств.
Поддержкой более современных стандартов нововведения в оборудовании не ограничиваются. С момента выпуска 802.11ac до 802.11ax появились и дополнительные функции — «надстройки» над беспроводным стандартом, обеспечивающие более стабильную связь и безопасность подключения. Например, Cisco в свои устройства Wi-Fi встраивает RF ASIC — инструмент, собирающий аналитику по сети и позволяющий зафиксировать несанкционированные подключения.
Что дальше?
Пока не завершилось внедрение Wi-Fi 6, говорить о следующем стандарте и проблемах, которые он должен решить, пока рано. Но можно обсудить перспективы.
Еще на стадии разработки текущей версии стандарта отрасль заговорила о том, чтобы решать вопрос «перенаселения» беспроводных диапазонов не только через появление более совершенных протоколов (эффективнее утилизирующих спектр), но и через расширение частотного диапазона. Предполагается, что под Wi-Fi будет задействован отрезок частот около 6 ГГц (обсуждается диапазон 5925–7125 МГц).
Ну и конечно же Wi-Fi — не единственная технология беспроводной связи. Уже сегодня скорость мобильного интернета по технологии 4G в ряде стран (например, в Австралии, Чехии, Катаре, ОАЭ и других) выше, нежели средняя скорость Wi-Fi подключений. Еще больше частных потребителей предпочтет мобильные сети, когда запустится в массовую коммерческую эксплуатацию 5G. Однако у этих сетей совсем иная экономика и цели, поэтому полностью вытеснить Wi-Fi с рынка они все равно не смогут. А благодаря инициативе Open Roaming 5G станет вполне может стать продолжением и дополнением Wi-Fi, но никак не конкурентом.
Open Roaming — идея вендоронезависимого бесшовного роуминга между сетями Wi-Fi (в том числе 6 версии) и мобильной сетью (в том числе, 5G), которая на данный момент находится на стадии бета-тестирования. Инициатива подразумевает более безопасное подключение к Wi-Fi, где это возможно с помощью одной из существующих учетных записей, например SIM-карты. Это снимет проблему небезопасности передачи данных через «гостевой» Wi-Fi, т.е. частично разгрузит мобильные сети. Open Roaming и новые сервисы для бизнеса поможет создать, поскольку с таким бесшовным переходом из мобильной сети в локальную беспроводную ей будут пользоваться гораздо большая доля клиентов.
Да и сам Wi-Fi не стоит на месте — существуют стандарты для работы в диапазонах 60 ГГц — как раз для обеспечения высокоскоростного подключения на коротких расстояниях (в рамках одного помещения). Это 802.11ad и его преемник 802.11ay. Судьба разработки во многом зависит от успеха Wi-Fi 6: если пользователи не будут удовлетворены возможностями нового стандарта, 802.11ay может ждать большое будущее в сегменте стационарных устройств (стандарт обеспечивает высокие скорости при подключении техники с фиксированным местоположением, например, телевизора; конкуренция с Wi-Fi 6 на рынке смартфонов и планшетов — сомнительна).
Уже несколько лет идет работа над приемником Wi-Fi 6 - 802.11az. Среди поставленных перед разработчиками задач - улучшение определения местоположения пользовательских устройств (при помощи GPS), что позволит быстрее подключаться к ним, не расходуя каждый раз время и ресурсы на поиски правильного направления передачи. Кроме того, рабочая группа обещала поработать над энергосбережением.
Развивается и идея отключения и включения беспроводных устройств по расписанию, чтобы не только экономить заряд батареи, но и не создавать лишних помех в эфире. Однако представлен как стандарт 802.11az будет не скоро, а значит до реального внедрения не дойдет ближайшие пару - тройку лет.

Комментарии 16

    +3
    Сколько точек доступа с поддержкой Wi-Fi 6 уже продано в России?
    Когда я крайний раз интересовался об «точках доступа корпоративного уровня Cisco Catalyst 9100», они даже не поставлялись, только лишь анонсированы в виртуальном сообществе.
      0
      В Казахстан, например (рег. домен E), уже можно заказать. Но про собственно закупки я пока не слышал (но мы и не дистрибьютор).
      +2
      Кстати, 802.11ac Wave 2 работает только в диапазоне 5 ГГц, т.е. при подключении старых устройств, не рассчитанных на этот диапазон, общая эффективность работы сети окажется еще ниже.

      Если устройство не рассчитано на этот диапазон, то оно и подключиться не сможет.
        –1
        Но помехи создавать будет.
          0
          Будет, но другим. А скорее всего только себе.
            +1
            Подскажите, каким образом маломощное устройство с приёмопередатчиком диапазона 2.4 ГГц сумеет создать помехи в диапазоне 5 ГГц? Даже гармоника в него не попадает.
          0
          «Wi-Fi 5 (Wave 2) — это первая версия стандарта, поддерживающая MU-MIMO, т.е. одновременную передачу данных нескольким устройствам. До появления этой технологии несколько устройств, подключенных к точке доступа, делили ресурс по времени (OFDM — мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов) — т.е. сначала поток данных направлялся одному, потом второму и т.д. При подключении множества устройств это существенно снижает скорость загрузки данных на каждое из них.»
          Непонятно, зачем приплели OFDM. В WiFi механизм временного разделения между клиентами называется CSMA-CA.
          З.Ы. Только у меня и в Firefox, и в Edge не работают кнопки форматирования комментариев?
            0
            «З.Ы. Только у меня и в Firefox, и в Edge не работают кнопки форматирования комментариев?»
            Это багофича именно «мегапостов».
            0
            Точки — точками, но что-то мало смартфонов с поддержкой ad.
              0
              Интересно, только одному мне хочется, что бы не повышали скорость передачи данных, а работали над самими данными, что бы сайты и программки не были такими «тяжёлыми»?.. А то у меня приложение ICQ на телефоне занимает 217 мб. Помнится у меня на компьютере был установлен винчестер на 170 Мб, и на нём стоял Windows 95 с полноценными играми. А теперь какой то месенджер занимает так много. Конечно, что бы его скачать из интернета нужны скоростные каналы и Wi-Fi 6 )))
                0
                Wi-Fi 6 — первый протокол, нацеленный в первую очередь не на увеличение скорости, а на обеспечение качества связи в среде высокой плотности абонентов.
                0
                Когда уже появятся в продаже AX-роутеры потребительского класса, не по $500-1000, а по $50-100? Собственно выбор ограничивается только ASUS RT-AX88U за бешенные деньги. Где замена линеек ASUS RT-AX51U/53U, Keenetic Lite 4 с AX. То, что люди обычно покупают. Да и на 2019 год обещали WPA3. Где он собственно?
                +1

                Я понимаю, что вендоры любят кормить всех вкусными сладкими прогнозами, рассказывать о том как космические корабли бороздят Большой театр, а так же называть маркетинговые максимумы технологий, умалчивая об их применимости в реальной жизни. Дак вот, реальная жизнь горькая и это нужно учитывать.
                802.11n зашёл на рынок десять лет назад, 802.11ac пять лет назад. И при этом 802.11n пока более чем актуален Плюс, пользователи стали реже менять свои мобильные устройства, об этом говорит статистика последних лет.
                Значит ближайшие 5 лет точно никаких улучшений от Wi-Fi 6 можно не ждать. Все будет упираться в обратную совместимость. И только ближе к 2030 году мы повсеместно (а не в отдельно взятых сетях) увидим реальный профит от OFDMA.


                Вся надежда на 60Ггц который не был освоен и там нет бремени обратной совместимости.
                То есть, 802.11ad и 802.11ay


                Такие дела.

                  0
                  Wi-Fi 6 много чего обещает, но пока мало что реализовано на практике.
                  Одна из интересных плюшек для мобильных устройств — TWT (Target Wake Time), которая значительно экономит электроэнергию, продлевая жизнь аккумулятору.
                  Значительное повышение эффективности многоуровневого доступа мы увидим ближе к 2025 году.
                  >> И при этом 802.11n пока более чем актуален
                  По прогнозу аналитиков, в 2020 году n будет менее чем у 1%. Поживем — увидим.
                  0
                  Господа-профессионалы, подскажите как уберечь клиента от постоянного перескакивания с точки доступа с сильным сигналом на более слабую и удаленную? По среде — WPA2-PSK, одна SSID и условно длинный и узкий офис — под потолком равномерно развешаны 3 точки доступа в режиме b/g/n, клиентов всего ничего 12-15. Так вот некоторые клиенты (win7-10) могут с ближней точки с уровнем -40-45 dB перецепиться на самую дальнюю с -85-87dB уровнем, притом что клиент неподвижен. Исход — никакого обмена данными нет на «одной палке» антенны. И так раз в 5-10 минут. Методом исключения я нашёл, что далеко не все клиенты подвержены этой аномалии. Клиенты с ноутбуками от 3-4-х лет и старше живут примерно нормально, а вот новички «прыгают». Что я только не делал — и прошивал точки доступа, и менял драйвера, и крутил roaming aggresiveness, и с уровнем сигнала/каналами игрался — без толку. Такое ощущение, что в мозгах клиентского адаптера принудительно выставлен кривой заниженный порог перескока с точки на точку, но roaming aggressivness поидее должен это устранить, а на практике эта агрессивность с 5-ю градациями оказывается не пойми что контролирует. Эти же «новички» при выходе из сна автоматом не цепляются к сети, галка «подключаться автоматически» слетает. Делал профиль сети для автоконнекта в AD GPO — не помогает. Пока спасаюсь костылем в виде фильтрации МАС-ов клиентов на точках, и скриптом, который цепляет клиента в сети после разблокировки раб.станции через scheduled tasks. Ну а тем кому совсем плохо — USBtoLAN ставлю. Короче колхоз и бардак. В общем готов выслушать любые предложения/идеи.

                  Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.