Wi-Fi 6 требует надежного интеллектуального управления

Wi-Fi 6 требует надежного интеллектуального управления

Выпуск 10(6734) от 20 мая 2021 г.
РУБРИКА: ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ ДОМА И ГОРОДА

Wi-Fi 6 наконец-то появился в домах потребителей. Если отраслевые прогнозы подтвердятся, эта технология станет одной из ведущих тенденций текущего десятилетия. Только в 2021 г. Wi-Fi Alliance ожидает поставок почти 2 млрд устройств Wi-Fi 6 частным пользователям, коммерческим организациям и государственным учреждениям. Многие говорят о том, что Wi-Fi 6 трансформирует потребительский опыт и подключенные среды. За всем этим ажиотажем скрывается одно предостережение: Wi-Fi 6 крайне зависим от качества управляющей системы.

Несмотря на все достижения, возможности новой технологии не будут реализованы в полной мере без интеллектуального управления и оптимизации домашней сети Wi-Fi. Чтобы действительно улучшить качество обслуживания клиентов в перегруженной среде домашней сети, Wi-Fi 6 потребует дополнительных инструментов, таких как оптимизация сети и средств управления.

Ожидается, что большинство устройств Wi‑Fi 6 будут поддерживать 160-МГц каналы. Wi‑Fi 5 тоже имел такую возможность, но лишь немногие устройства WiFi 5 выходили за пределы 80 МГц. Теоретически, поскольку удвоение ширины канала удваивает пропускную способность, клиенты будут получать вдвое большую скорость загрузки, двойное разрешение и т. п.

Проблема в том, что в большинстве стран, включая США, в настоящее время доступны только два независимых 160-МГц канала, и устройства, использующие меньшую полосу пропускания, также совместно работают на этих каналах. Это станет огромной проблемой для плотных сред, где множество конкурирующих устройств и перекрывающиеся каналы, используемые разными абонентами, будут создавать значительные помехи.

Для устранения данной проблемы требуется определенная конфигурация сети. Во-первых, необходимо определить и спрогнозировать помехи на подканалах 80 МГц для передач на 160 МГц, чтобы разумно выполнить выделение каналов и выбор полосы пропускания. Кроме того, важно учитывать полную картину помех в среде, чтобы оптимизировать распределение каналов в многоквартирном комплексе (или соседних домах) и выделить отдельные каналы там, где это больше всего необходимо.

Такая конфигурация не может быть достигнута с помощью локально управляемых сетей и должна обрабатываться централизованно через «облако». В многоквартирном комплексе, например, облачная платформа будет анализировать такие факторы, как нагрузки и типы устройств, а также учитывать историю и текущий набор клиентов и нагрузок, присутствующих в сети в каждой точке доступа. На основе анализа этих данных платформа затем назначит полосу пропускания канала каждой точке доступа во всем здании.

Для минимизации конфликтов между соседними устройствами частотные каналы также могут быть «мозаичными». И если невозможно избежать повторного использования каналов, платформа оптимизации проанализирует активность за предшествующие периоды, чтобы выбрать квартиры, которые могут совместно использовать частотные каналы с минимальными проблемами.

Эта особенность Wi-Fi 6 повышает эффективность и пропускную способность за счет разделения канала на меньшие частотные выделения (единицы ресурсов), которые передаются от одной точки доступа параллельно, так что одна передача может взаимодействовать с большим количеством устройств. Таким образом устраняются накладные расходы на пакеты 802.11 и потери времени, особенно при передаче с использованием Интернета вещей и других устройств с низкой скоростью передачи данных.

Проблема в том, что схема модуляции OFDMA (orthogonal frequency-division multiple access) повышает эффективность только тогда, когда точку доступа совместно используют значительное число устройств Интернета вещей. В современных умных домах, где сеть превратилась в топологию с несколькими точками доступа, включающую ячеистые сети, повторители или несколько шлюзов, это не всегда так.

У каждой точки доступа не было бы достаточно устройств для группировки в передачу OFDMA, если бы клиентам было просто разрешено подключаться к ближайшей точке. Однако принуждение к подключению к удаленной точке доступа приведет к падению скорости передачи данных. Это означает, что для работы OFDMA потребуется тщательная оптимизация и управление клиентами.

Аргументы в пользу управления клиентами с учетом OFDMA сложны. Требуется централизованный интеллектуальный сетевой контроллер, чтобы знать, какие точки доступа и клиенты имеют возможности WiFi 6, учитывать исторические данные наблюдений и делать предварительные прогнозы потребностей каждого клиента в данных.

Затем контроллер должен будет сделать оптимизированный выбор точки доступа, к которой будет подключаться каждое устройство, в зависимости от возможностей, нагрузки трафика, мощности сигнала и использования данных устройством. И наконец, контроллеру понадобится возможность управлять каждым устройством – ​используя механизм управления, специфичный для этого типа устройства, – ​и удерживать его на правильной точке доступа, даже если это не ближайшая точка.

Целевое время пробуждения (TWT) увеличивает срок службы батареи для устройств, которые передают только время от времени или с малым рабочим циклом. Точка доступа резервирует временное окно для каждого клиента, чтобы «проснуться», быстро вый-ти на связь и вернуться в спящий режим, при этом зарезервированное эфирное время не будет задействовано в других видах связи.

В домашней сети несколько точек доступа часто работают на одном частотном канале. Это означает, что они могут пытаться запланировать один и тот же TWT для разных устройств. Во избежание перекрытия центральный планировщик на основе «облака» должен будет координировать периоды TWT для точек доступа с совмещенным каналом. Чтобы оптимизировать расположение TWT на каждой точке доступа в домашней сети, планировщику необходима информация о требованиях к передаче всех клиентов TWT, общих каналах между точками доступа, о том, какие клиенты подключаются к какой точке доступа, а также об уровне сигнала между точками доступа и клиентами.

В многоквартирном комплексе оптимизатор может дополнительно просматривать все перекрывающиеся сети, которые он контролирует, и планировать назначения и группы TWT по всему зданию. Контроллер будет учитывать данные о том, какие квартиры мешают друг другу, а также возможности клиента и требования к нагрузке в каждой квартире.

Как низко-, так и высокоэнергетическое использование спектра 6 ГГц вызовет специфические проблемы. Поскольку передача с низким энергопотреблением (18 дБм / 63 мВт) не может передаваться на большое расстояние или с высокой скоростью, для оптимизации системы потребуются более сложные конфигурации с несколькими точками доступа для выбора подходящей топологии сети, частотных назначений и т. п. и вариантов управления клиентом. С другой стороны, чтобы использовать систему автоматической регулировки частоты (AFC) (допустимое значение 30 дБм / 1 Вт), при передаче необходимо избегать любого частотного канала, используемого соседними микроволновыми системами. Это включает в себя связь с интеллектуальным контроллером, который может выполнять поиск в базе данных FCC, учитывать геоданные, вычислять уровни помех, а затем передавать инструкции обратно в точку доступа.

Для любого режима контроллер должен учитывать такие факторы, как типы клиентов, нагрузки и возможности, прежде чем выделять радиоресурсы сети. В зависимости от возможностей клиентов в сети не всегда оптимально размещать одну из радиостанций точки доступа в диапазоне 6 ГГц. Например, использование канала 6 ГГц для транзитного соединения может помочь в передаче, но при этом убрать высокопроизводительное радио из точки доступа в диапазоне 5 ГГц. Поэтому высокопроизводительные клиенты, не поддерживающие частоту 6 ГГц, могут подключаться на более низких скоростях, что фактически ухудшает качество работы домашней сети.

Домашняя сеть будет и дальше становиться все более перегруженной и сложной. Средняя семья в США уже имеет 14,5 подключенных устройств. Ожидается, что к 2023 г. объем мировых поставок умных устройств вырастет до 1,4 млрд шт. Возможно, сейчас самое подходящее время для массового внедрения Wi‑Fi 6.

Однако эта технология не оправдает своих обещаний без интеллектуального управления и оптимизации домашней сети. Чтобы новая эра подключения соответствовала ожиданиям, необходимо устранить имеющиеся ограничения – ​задача сложная, но при правильном решении вполне достижимая.


McFarland Bill. Potential of WiFi 6 Limited Without Intelligent Management. EE Times, April 8, 2021: https://www.eetimes.com/potential-of-wifi


ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ