Wi-Fi 6: как устроен новый стандарт и нужен ли он вам, если и так все работает?
Вы никогда не задумывались, откуда вообще взялась аббревиатура Wi-Fi? Все просто: это сокращение от Wireless Fidelity, что можно перевести как «Беспроводная точность». Первая спецификация Wi-Fi 802.11 появилась в теперь уже далеком 1997 году и позволяла передавать данные со скоростью аж 2 Мбит/с. Зато без всяких проводов!
Для передачи данных использовали диапазон 2,4 ГГц, который большинство стран по договоренности оставили свободным. С каждым годом устройств, работающих по беспроводной связи, становилось все больше, а скорость требовалась все выше. В ответ на такие потребности пришлось разрабатывать новые стандарты. Так, уже через пару лет 802.11a позволил поднять максимальную скорость до 54 Мбит/с, в 2009-м роутеры осилили планку 600 Мбит/с (802.11n или Wi-Fi 4), в 2013-м теоретическая скорость взлетела до 6,77 Гбит/с (802.11ac или Wi-Fi 5).
Очередной виток эволюции случился всего три года назад, в 2019-м. Тогда разработчики из Wi-Fi Alliance представили новый стандарт Wi-Fi 6.
При разработке нового стандарта предстояло решить две основные задачи: не только в очередной раз повысить максимальную скорость передачи данных, но еще и увеличить емкость сети, то есть позволить одному роутеру Wi-Fi 6 обслуживать гораздо больше устройств, чем его аналогу с Wi-Fi 5. Задача, разумеется, была решена. Теоретическая скорость нового стандарта выросла почти вдвое, достигнув колоссальных 11 Гбит/с. Такие цифры актуальны для корпоративного и промышленного сектора: в наших квартирах доступны максимум 1 Гбит/с.
Роутеры научили совсем другим принципам «общения» с устройствами, и это сказалось на эффективности их взаимодействия. Но давайте обо всем по порядку: какие именно технологии позволили сетевой технике шагнуть так далеко вперед?
OFDMA: все по пакетам
Вы наверняка замечали, что чем больше устройств подключено к одному роутеру, тем медленнее работает Wi-Fi. Этому есть логичное объяснение. Роутеры старой формации создавали пакеты и передавали их последовательно, в одном потоке. Например, если к роутеру подключено четыре устройства, он не может работать со всеми одновременно. Каждому из устройств придется дожидаться своей очереди, пока в канале не появится предназначенный ему пакет.
Если бы все осталось на том же уровне, в скором будущем нас ожидал бы коллапс. Сегодня как никогда активно развиваются экосистемы умных домов, а каждый умный дом – это набор умных устройств (от датчиков и сенсоров до крупной бытовой техники). И хорошо, если они работают по своему протоколу типа ZigBee с собственным хабом, но облачные экосистемы типа «Яндекса» или Google подразумевают подключение напрямую по Wi-Fi к роутеру. Теперь представьте, насколько возрастет количество конечных устройств, когда умные дома станут действительно массовым явлением.
В стандарте Wi-Fi 6 эту проблему стали решать использованием OFDMA – это мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов. Суть ее в следующем. Роутер создает несколько подчастот на базе частоты своего канала. Визуально это можно представить себе как разметку дороги. Условно говоря, единую проезжую часть шириной 21 метр разделили на 7 полос по 3 метра. И каждая из них по сути стала самостоятельной. Набор таких полос получил название Resource Unit или просто RU (аббревиатура в данном случае не имеет ничего общего с нашей страной).
С такой технологией роутер может передавать информацию не по одному каналу, а по нескольким подканалам. Соответственно, разные устройства будут получать пакеты одновременно, а не стоять в очереди и ждать, пока «прилетит» нужный пакет. Это заметно увеличивает скорость обмена информацией при большом количестве клиентов. Причем в зависимости от величины пакет может занимать и несколько подканалов. Вернемся к сравнению с дорогой: если по шоссе повезут судовой дизель на тягаче, этот транспорт может занять сразу две или три полосы, но остальные окажутся по-прежнему свободны и независимы.
Два диапазона: выбирай свободный
Изначально сети Wi-Fi использовали частотный диапазон 2,4 ГГц. Когда его перестало хватать, открыли еще один: 5 ГГц. Со временем появились двухдиапазонные роутеры, которые умели разворачивать одновременно две сети в разных диапазонах. И каждая имела свои преимущества: например, 2,4 ГГц лучше «пробивала» стены, но была более загруженной, а 5 ГГц могла предложить более высокую скорость, но преграды на пути вызывали интенсивное затухание сигнала.
В Wi-Fi 5 вам нужно было выбрать, к какой из частот подключать устройство. А в Wi-Fi 6 разработчики решили дать возможность выбора самим устройствам.
Например, в роутере HUAWEI WiFi AX2 реализована технология True Dual-band, которая позволяет устройствам с поддержкой Wi-Fi 6 анализировать качество связи в обоих диапазонах и выбирать тот, где сигнал сильнее. Выбор и подключение происходят в автоматическом режиме и не требует участия пользователя.
MU-MIMO: каждому свою антенну
Теперь отвлекитесь на минуту от диапазонов, частот и прочей радиотехники. Просто скажите: если вы подключили три квартиры к одному роутеру, и его возможностей уже не хватает, каким может быть самый логичный выход из ситуации? Правильно, подключить каждую на свой роутер. Примерно так работает MU-MIMO. У роутера с поддержкой этой технологии несколько антенн, и каждая отвечает за передачу сигнала конкретному устройству за счет формирования узконаправленного луча. При этом для Wi-Fi 5 есть ряд условий: технология будет работать только в диапазоне 5 ГГц, а устройства должны быть разнесены в пространстве (то есть не находиться рядом). Таким образом удается транслировать четыре разных потока одновременно.
Что изменилось в Wi-Fi 6? Теперь задействованы два диапазона: 2,4 и 5 ГГц. А максимальное количество независимых каналов возросло до 8. Еще один способ работать быстро и со всеми сразу.
Роутеры, поддерживающие технологию MU-MIMO, легко определить по наличию четырех и более антенн. В характеристиках обычно указан цифровой тип стандарта: например, MIMO 4х4. У нового роутера HUAWEI WiFi AX2 как раз четыре антенны, при этом две могут работать с диапазонами 802.11 ax/ac/a/n, еще две – 802.11b/g/n.
BSS Coloring: узнаю вас по цвету
Как мы уже выяснили, в текущий момент в одном диапазоне могут работать (да что уж там, точно работают!) одновременно несколько устройств и роутеров. Выглядит это примерно так. Роутеры отправляют по каналу зашифрованные пакеты информации. Можно считать, что данные идут непрерывным потоком.
Устройства, подключенные по Wi-Fi 5, расшифровывают все пакеты подряд, затем определяют, какие из них принадлежат их точке доступа и принимают только их. Но при таком процессе времени на обработку пакетов уходит много, следовательно, производительность невысока.
Как в Wi-Fi 6 решили эту проблему? В новом стандарте каждая точка доступа передает пакеты со своего рода цифровой подписью. По этой подписи клиенты сети сразу понимают, что этот пакет предназначен именно им, а на другие время не тратят.
Подписи представляют собой фактически номера, но разработчики назвали их цветами. Поэтому и технология получила название BSS Coloring. Всего предусмотрено 63 разных «цвета», и для большинства ситуаций этого достаточно.
Target Wake Time: отдохните, когда не работаете
А эта технология уже косвенно влияет на скорость передачи данных. Изначально ее предназначение – уменьшить количество трафика от умных вещей и снизить затраты энергии. В существующих протоколах (например, Wi-Fi 5) роутер и устройства постоянно находятся на связи. При этом они «забивают канал» и тратят энергию на передачу. Если для роутера, подключенного к сети, вопросы экономии энергии не так актуален, то для устройства IoT, многие из которых работают на аккумуляторах или батарейках, – очень даже.
Target Wake Time в Wi-Fi 6 позволяет роутеру заранее договориться с устройством о времени обмена информацией. Фактически это таймер, который дает команду «проснуться» и обменяться пакетами. Все остальное время устройство «спит», то есть отключено от роутера и не занимает канал.
Роутеры не всесильны. Или все-таки...
Да, множество подканалов и прочие хитрые технологии ускорения передачи данных – это, конечно, хорошо. Но есть ситуации, в которых и такие технологические решения не помогут. Представьте, например, частный дом в несколько этажей или большой офис. Один роутер явно не сможет обслуживать такую площадь – особенно если на пути есть преграды в виде перекрытий. Как быть в таком случае? Ставить усилитель? Не факт, что поможет, да и скорость передачи данных заметно упадет (по сути вдвое).
Есть более практичный способ – использовать Mesh-системы. Они позволяют организовать децентрализованную сеть с бесшовным переходом из одной зоны в другую. Скажем, в том же большом офисе мы вешаем два роутера HUAWEI WiFi AX2 с поддержкой технологии Mesh, один из которых подключен к кабелю провайдера. Теперь можно ходить по офису из конца в конец и смотреть, например, видео на планшете. Гаджет будет самостоятельно переключаться между роутерами, но никаких фризов и разрывов не возникнет, потому что физически это одна сеть. Один роутер обеспечивает покрытие до 90 м2, а при подключении второго зона обслуживания увеличивается до 160 м2.
WAN: бронепоезд на запасном пути
Несмотря на возросшие возможности беспроводных сетей с появлением Wi-Fi 6, производители роутеров не спешат отказываться от традиционного кабельного соединения. Просто потому, что это верный способ забыть обо всех проблемах беспроводного общения: плохом уровне сигнала, забитом канале и т. п. Соединения кабелем часто используют для десктопных ПК, а также Smart-TV (особенно с разрешением 4К), то есть потребителей большого количества трафика.
В современных роутерах используют гигабайтные порты: например, у HUAWEI WiFi AX2 таких три. Интересная особенность: обычно один предназначен для подключения входящего кабеля (LAN), а остальные – для подключения устройств (WAN). У нового роутера HUAWEI есть функция автораспознавания, так что все порты универсальны.
Роутеры с Wi-Fi 6 – это, наверное, дорого?
Как и любые инновационные устройства, первые роутеры с поддержкой Wi-Fi 6 стоили недешево, но цены пошли вниз с появлением аналогичной техники у разных производителей. Сегодня роутер с Wi-Fi 6 можно купить практически по той же цене, что и хороший аналог с Wi-Fi 5. Например, современный HUAWEI WiFi AX2 с поддержкой двух диапазонов (2,4 и 5 ГГц) и теоретической скоростью передачи данных до 1500 Мбит/с стоит всего 3690 руб.
Обратной дороги уже нет: Wi-Fi 6 наступает неотвратимо. И уже сейчас есть смысл поменять свой роутер с поддержкой более релизов беспроводной сети на более современный, умеющий работать с Wi-Fi 6.
На правах рекламы, 16+
Например, новый роутер HUAWEI WiFi AX2 с поддержкой Wi-Fi 6, обеспечивает теоретическую скорость до 1,5 Гбит/с, то есть способен раздать интернет «по воздуху» с максимально возможной для частных пользователей скоростью.