Новий стандарт Wi-Fi 6: можливості для розробників
Привіт, я — Борисенко Олексій, займаюся напрямками Network Programmability, IoT, Infrastructure Programming в підрозділі DevNet компанії Cisco. У цій статті поговоримо про можливості та ринок, які відкриваються для девелоперів з прийняттям нового стандарту Wi-Fi 6.
Основні виробники чіпів для бездротових технологій вже випускають чіпи для роботи з новим стандартом. У цей процес активно вступають вендори, виробники смартфонів та інших приладів. Масовий запуск цієї технології відкриває нові можливості для девелоперів, саме тому я вирішив написати цей матеріал. В мережі ви можете знайти статті з детальним описом різних технічних аспектів Wi-Fi 6, але я вирішив зосередитись на тих аспектах, які напряму можуть вплинути на розвиток застосунків, програм і можливостей для програмістів.
Що нового у Wi-Fi 6
Wi-Fi 6 — це маркетингова назва стандарту 802.11ax, який був представлений Wi-Fi Alliance у 2018 році. Його попередник Wi-Fi 5 (802.11ac) був запущений у 2013 році. Так історично склалось, що людям легше асоціювати рівень/якість технологій за простими назвами. Наприклад, всі знають, що 4G краще за 3G, мало хто розбирається в технічних деталях. Так само склалося і з Wi-Fi.
Одне з покращень технології — перехід до більш щільної модуляції —
Таблиця 1. Обчислення швидкості 802.11ac та 802.11ax. Джерело — Cisco Technical White Paper «IEEE 802.11ax The Sixth Generation of Wi-Fi»
Крім цього, Wi-Fi 6 використовує OFDMA — ортогональний множинний доступ з частотним поділом. Цей метод також використовується в мобільному протоколі LTE (4G). Завдяки OFDMA точка доступу може обмінюватись даними з декількома клієнтами одночасно, шляхом виділення різної частоти для різних клієнтів. Загалом в стандарті також досягнене більш ефективне використання частоти та часу, що збільшує продуктивність передачі даних. Зокрема це стало можливим завдяки властивості точки доступу компенсувати, скільки спектру вона використовує для передачі потоків даних нижчої швидкості або вищої швидкості різним клієнтам відповідно до їхніх потреб даних.
Можливості для девелоперів у сфері IoT
В IoT є відомі протоколи та технології, для рівня квартири/дому: Z-Wave, ZigBee, BLE; для рівня району/міста: Weightless, LoRaWAN. На відміну від попередніх технологій Wi-Fi використовується зі значно меншою кількістю датчиків або в тих місцях, де можна обійтись без автономної роботи датчиків (заводи, склади, ферми). Це обумовлено тим, що наявність Wi-Fi модулю значно зменшує час роботи автономного джерела живлення датчика і в більшості випадків потребує зовнішнього джерела живлення. Також варто враховувати, що процес розводки кабелів живлення тягне за собою фінансові та часові витрати. Відповідно, інші протоколи, про які було згадано вище, набули більшого розповсюдження, ніж Wi-Fi, у сфері IoT.
Вендори також виходили на цей конкурентний ринок і випускали точки доступу з підтримкою не тільки Wi-Fi, а і Zigbee, BLE та Thread. Завдяки економному використанню енергії період експлуатації деяких пристроїв (датчиків) може коливатись від року до п’яти, в залежності від частоти передачі та обсягу даних, кліматичних умов тощо.
Новий стандарт 802.11ax також надає можливість значної економії електроенергії у підключеного пристрою. Замість того, щоб радіо IoT-пристрою перебувало весь час для прослуховування пакета, через точку доступу девелопер може встановити для клієнта параметр Target-Wakeup Time (максимальний час — до 5 років). Таким чином IoT-пристрій може перевести радіомодуль в сплячий режим до цього часу.
STA — IoT пристрій/станція
Таким чином, Wi-Fi 6 робить серйозну заявку на розширення своєї частки в IoT-мережах. Зокрема є потенціал розширення шляхом використання інфраструктури, яка вже працює, — комутаційного обладнання, мережі PoE. Проникнення Wi-Fi інфраструктури в цільових ринках (підприємства/організації, заводи, торгівельні/офісні центри, HoReCa, житлові комплекси) значно більше, ніж інших IoT-технологій. Зараз м’яч на боці вендорів та виробників датчиків. Якщо вони швидко підхоплять цей тренд і почнуть випускати автономні датчики з Wi-Fi модулями, то ми скоро можемо побачити нові стартапи в цій сфері. Розробникам, у свою чергу, відкриваються можливості зі створення застосунків для IoT з використанням популярної технології та управління параметром Target-Wakeup Time.
Переваги Wi-Fi 6 для VR/AR та real-time застосунків
Вага контенту, яка постійно зростає, і різноманітність застосунків, які потребують все більше трафіку та ресурсів не тільки телефону, а й віддалених серверів, формують нові вимоги до швидкості. Wi-Fi 6 забезпечує максимальну швидкість 4,8 Gbps на каналі 80 MHz з використанням 8 × 8 MIMO (Multiple-Input, Multiple-Output), в той час як Wi-Fi 5 показує максимальну швидкість 3,5 Gbps в тому ж стані. Таким чином, Wi-Fi 6 приблизно на 40% швидше та має низьку затримку (< 10 ms). Такі параметри дозволяють створювати девелоперам якісні застосунки з мультиплеєром, 4K відео або Ultra HD.
У кожного з нас з собою уже мінімум
Безумовно така картина підсилює інтерференцію. В попередніх версіях технології був закладений алгоритм доступу до середовища передачі з обов’язковим механізмом запиту на відправку та дозволу на відправку (RTS/CTS). Відповідно клієнтам «важче» розпізнати, що їм можна передавати дані, незважаючи на інших клієнтів, що спричиняє затримки в роботі. В безпровідних мережах при досягненні певної щільності/кількості клієнтів це викликало падіння швидкості передачі і збільшення часу очікування. Щоб розв’язувати цю проблему, у Wi-Fi 6 існує забарвлення BSS (Basic Service Set). BSS coloring — це спосіб диференціювати BSS в одному і тому ж каналі за допомогою номера BSS (кольору) в PHY заголовку. Таким чином, клієнти можуть ігнорувати трафік, який має колір «іншого клієнта».
Сумісність
Вам не потрібно турбуватися про сумісність. Пристрій Wi-Fi 6 повинен підтримувати попередні режими Wi-Fi. Точка доступу Wi-Fi 6 також може зв’язуватися з попередньою версією пристроїв Wi-Fi. Тому Wi-Fi 6 може співіснувати з попередніми версіями та пристроями, що їх підтримують. Але попередні версії пристроїв не можуть скористатися перевагами Wi-Fi 6. Наразі виробники почали працювати над підтримкою нового стандарту в кінцевих пристроях, зокрема смартфон Galaxy S10 вже підтримує Wi-Fi 6.
Висновки
Wi-Fi 6 — програмований, а це означає, що відкривається цілий новий світ застосунків та бізнес-можливостей. Ці зміни відбудуться швидко, тому розробникам, мережевим та ІТ-провайдерам потрібно зараз розпочати підготовку до нових можливостей та викликів. Зокрема у сфері IoT розробникам треба бути готовими до роботи та взаємодії з датчиками та сенсорами, використовуючи стандарт 802.11ax, і враховувати в тому числі можливість управління параметрами Target-Wake Time. Новий стандарт значно покращує ефективність технології Wi-Fi, зокрема через збільшення швидкості, зменшення затримки та зростання кількості клієнтів, з якими може взаємодіяти точка доступу.
Доступний рівень ефективності дозволить використовувати технологію для передачі та обробки значно більшої кількості даних, що виведе якість застосунків, які використовують VR/AR/MR та Ultra HD, на новий рівень. Це дозволить збільшити проникнення цих технологій у сфери навчання, охорони здоров’я, муніципальної інфраструктури та розважального сектору. Відповідно стають затребуваними нові програми/застосунки/рішення, що будуть надавати новий користувацький досвід з урахуванням всіх переваг нового стандарту.
