Сети Wi-Fi 6 - трубопроводы для «новой нефти»

Объемы данных, передаваемых по сетям, стремительно растут. И все большая их доля передается по беспроводным сетям, которые в последнее время выходят за пределы «чисто офисного» применения.

Предприятия собирают информацию с датчиков Интернета вещей, на основе полученных данных в реальном времени принимаются управленческие решения по всей организации в целом и по работе отдельных узлов оборудования — задается оптимальный режим его функционирования, предсказывается необходимость в ремонте или профилактических работах.

В быстрой передаче данных с минимальной задержкой нуждаются транспортные средства, особенно те, которые не просто «ездят», а взаимодействуют с окружением, например — роботы на автоматизированных складах.

Системы виртуальной и дополненной реальности также перестали быть технологиями «для игр» (хотя, что греха таить, это пока их самое яркое и часто встречающееся применение). VR/AR-решения начинают все шире применять в процессе обучения сотрудников сложным рабочим процессам или правилам техники безопасности. Для того, чтобы такое обучение имело смысл, разумеется, виртуальная реальность должна быть максимально похожей на «обычную», что возможно лишь при минимальных задержках сигнала.

Все эти производственные проблемы призваны решать беспроводные сети нового поколения Wi-Fi 6, обеспечивающие быструю передачу сигнала и его малые задержки.

Функциональность беспроводных сетей в офисах также претерпевает существенное изменение. Современные офисные сети не только передают почту. Обилие ИТ-оборудования, системы интеллектуального отопления, кондиционирования и обеспечения безопасности выводят офисы по объему трафика на уровень среднего ЦОДа. Немалую часть этого трафика приходится передавать по беспроводным сетям, поскольку перекладывать кабели при каждой реорганизации дело крайне хлопотное. До появления Wi-Fi 6, тем не менее, приходилось тянуть кабели, причем на каждую подсистему (офис, безопасность, инженерные сети) нужна была своя. Беспроводные сети Wi-Fi 6 позволят обойтись единой инфраструктурой. В эту же беспроводную сеть в свободное время выходят и сотрудники со смартфонов — посмотреть видео в соцсетях, обменяться картинками в мессенджерах.

Да и вне офиса люди передают все большие объемы информации со своих смартфонов, забивая каналы связи, особенно когда собираются на концертах, стадионах или даже в торговых центрах (мы же верим, что ковид — это не навсегда). Плюс, все большую популярность завоевывают «носимые устройства» - умные часы, фитнес-браслеты, шагомеры и тому подобные гаджеты. Которые, впрочем, тоже из чисто личных становятся корпоративными — они измеряют пульс и температуру сотрудников, так что компания в режиме реального времени получает информацию о здоровье сотрудников, что нынче немаловажно.

Все это генерирует гигабайты информации, поэтому возможностей привычных сетей 4G и «старых» версий Wi-Fi для обеспечения новых потребностей, как уже говорилось, не хватает. Чаще всего в качестве спасителя упоминаются сети 5G, намного более быстрые, энергоэффективные и позволяющие подключать на порядок больше пользователей, чем сети четвертого поколения.

Сети пятого поколения действительно могут решить многие проблемы. Однако, их придется строить практически «с нуля» и обойдется это недешево. Так, Ассоциация мобильных операторов GSMA оценивает затраты на создание сетей 5G до 2025 года в $750 млрд. И эти затраты операторы постараются переложить на абонентов. Плюс, производственные мощности зачастую находятся в местах весьма отдаленных и передача всего потока данных оттуда очень накладна.

Решением такого рода сложностей может стать новый стандарт беспроводной передачи данных — 802.11ax, он же Wi-Fi 6.

История рождения «шестой версии»

Работа над новой версией Wi-Fi началась в мае 2013 года, когда исследовательская группа High Efficiency WLAN Study Group, входящая в рабочую группу IEEE 802.11 занялась изучением того, как можно более эффективно использовать спектр с целью увеличения пропускной способности беспроводных сетей в местах большой плотности размещения точек доступа и подключения пользователей.

Через год стартовал проект 802.11ax под названием Wi-Fi 6. Председателем рабочей группы 802.11ax был избран эксперт компании Huawei доктор Осама Абул-Магд.

Huawei стала одним из локомотивов нового стандарта: она внесла более 310 предложений по совершенствованию стандарта (15% от общего числа), уже в 2014 году она выпустила первый прототип на технологии 10G, в 2017-м — первую точку доступа, а в 2018-м — началось коммерческое использование ее точек W-Fi нового поколения. Тестирование Tolly Group показало, что именно этой компанией созданы самые быстрые устройства стандарта Wi-Fi 6.

Wi-Fi «промышленного масштаба»

Сети Wi-Fi 6 способны обслуживать намного больше абонентов, чем сети предыдущих стандартов. При этом они позволяют обеспечить каждому абоненту некий «гарантированный минимум», позволяющий бесперебойно передавать данные независимо ни от чего. Для того, чтобы обеспечить производительность и бесперебойность работы датчиков, в новом стандарте предусмотрен ряд общих механизмов.

Два диапазона. Включив Wi-Fi в телефоне дома, в офисе или в общественном месте, вы непременно увидите добрый десяток сетей. Особенно это касается наиболее распространенных и «дальнобойных» сетей в диапазоне 2,4 ГГЦ. Переход в Wi-Fi 5 на диапазон 5 ГГц был обусловлен попыткой хоть как-то решить проблему. Устройства Wi-Fi 6 работают на обеих частотах, обсуждается также вопрос о выделении стандарту еще и частоты 6 ГГц. Это дает возможность включать в сети шестого поколения любые устройства, что удешевляет переход на новый стандарт.

Для обеспечения бесперебойности работы в Wi-Fi 6 появилась «заимствованная» у сотовых сетей четвертого поколения поддержка мультиплексирования OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access) — множественного доступа с ортогональным частотным разделением каналов. Теперь ширину канала для каждого устройства можно менять в зависимости от ситуации и его потребностей. Для передачи видеосигнала выделить все доступные 160 МГц, а если претендентов на ресурс много — нарезать всем по «персональной» полосе 20 МГц. За счет этого вырастет общая пропускная способность сети, и ни одно устройство не зависнет из-за того, что ему в какой-то момент не досталось полосы пропускания.

В Wi-Fi 6 применяется, наряду со старым механизмом квадратурной модуляции сигнала QAM 256 (Quadrature Amplitude Modulation), поддерживается и QAM 1024, что увеличивает приблизительно на 25% количество передаваемой информации в расчете на 1 Гц частотного диапазона и, соответственно, скорость передачи данных.

Энергоэффективность. Обычно датчики передают информацию с некоторой наперед заданной периодичностью. Для того, чтобы в промежутках между сеансами связи устройства стандарта Wi-Fi 6 не тратили энергию и не засоряли эфир, их снабдили функцией Target Wake Time, которая «будит» их в момент приема или передачи данных. За счет этого можно экономить энергию и частотный ресурс, и, соответственно, создавать сети с намного большим количеством устройств.

Опознание «своих». Традиционно устройства Wi-Fi перед тем, как передать информацию мониторили свою частоту. Если на ней кто-то передавал — оно ждало некоторое время и потом пробовало снова. При этом не было разницы, передавало устройство из его сети или чужой. В местах, где сетей было много такой подход резко снижал скорость передачи. В Wi-Fi 6 появился механизм маркировки («раскрашивания») пакетов BSS Coloring, помогающий игнорировать «чужие» пакеты. Соответственно, несколько сетей Wi-Fi 6 способны работать одновременно в одном диапазоне, не мешая друг другу.

Кроме того, в сетях Wi-Fi 6 можно формировать полноценный отдельный луч для пользователя с пакетами, предназначенными именно для него.

Что в итоге?

«Три кита» Wi-Fi 6 – возможность массового подключения, высокая скорость работы и малые задержки. Все эти преимущества обеспечиваются повышением эффективности использования спектра, качественным управлением интерференцией и совершенствованием протокола управления доступом к среде (Medium Access Control; MAC). При этом, в сетях Wi-Fi 6 обеспечен бесшовный роуминг (не возникает задержек или сбоев при переходе из одного сегмента сети в другой). За счет своих характеристик и возможностей по взаимодействию с сетями интернета вещей (RFID, ZigBee), сети Wi-Fi 6 могут увязать в одно целое существующие сейчас отдельно сети разного назначения — офисные, видеонаблюдения, устройств интернета вещей, что позволяет создать единую сеть масштаба предприятия, которой гораздо проще управлять, чем несколькими отдельными.

Добавление к системам управления сетями решений в области искусственного интеллекта дает возможность построить платформы «упреждающей эксплуатации и технического обслуживания», которая на основании информации от датчиков интернета вещей в реальном времени контролирует и анализирует состояние оборудования, предсказывает, что может выйти из строя или обеспечивает поиск неисправностей в течение нескольких минут.

Возможности сетей Wi-Fi 6 в области «массового обслуживания» позволяют оказывать услуги тысячам пользователей одновременно, будь то посетители на стадионе, стримящие видео матча или роботы, в автономном режиме решающие производственные задачи.

Новые черты Wi-Fi 6 позволяют устройствам этого стандарта работать вчетверо быстрее, чем устройствам стандарта Wi-Fi 5 (достигая скоростей в районе 10 Гбит/с), обслуживать вчетверо больше клиентов при втрое меньшей задержке (до 10 мс).

Большое преимущество устройств Wi-Fi 6 – их можно постепенно вводить в уже существующие сети, со старыми устройствами они будут общаться на «старых» скоростях, между собой — на максимально возможной в конкретных условиях. Это позволяет избежать единовременных больших инвестиций в модернизацию сетей (хотя, конечно, часть возможностей новых устройств и не будет задействована). Впрочем, по оценкам аналитиков, ожидается, что уже к 2022-2023 году основная масса производимых устройств будет уже нового стандарта, вследствие чего они стремительно подешевеют и станут стандартом де-факто.

Фирменные улучшения Huawei

Компания Huawei не только стояла, как уже говорилось, у истоков создания стандарта нового поколения, но и создает технологии, улучшающие потребительские свойства сети Wi-Fi 6.

Например, разработанная в компании «умная антенна» позволяет добиться стопроцентного охвата зоны покрытия без мертвых зон, да и площадь покрытия на 20% больше, чем у другого производителя. Фирменный алгоритм ускорения пакетов Dynamic Turbo гарантирует низкую, не более 10 мс, задержку для наиболее важных задач. А интеллектуальный интерфейс, синергия каналов и устройств и возобновляемая передача без потерь, обеспечивают нулевую потерю пакетов при перемещении устройств из одного сегмента сети в другой. За счет этого решения Huawei позволяют создавать сети, обслуживающие огромные беспроводные офисные (до 15 тыс. интеллектуальных экранов высокой четкости) или производственные (более 1000 роботов) системы. Система интеллектуальной калибровки сигнала повышает производительность сети на 58%.

AirEngine – технологии «в металле»

В марте 2020 года Huawei выпустила линейку продуктов AirEngine Wi-Fi 6, покрывающую весь спектр потребностей в организации сетей. В нее входит точка доступа для помещений AirEngine 5760-51, устройства семейств AirEngine 6760 и AirEngine 8760.

Точка доступа Huawei AirEngine 5760-51 обеспечивает высокую производительность сети благодаря программно-определяемому радио (SDR) и гибкому переключению между режимами двойного и тройного радио. Технология Smart Antenna от Huawei позволяет сигналам «следовать» за пользователями, улучшая коэффициент усиления сигнала для обеспечения высококачественного покрытия без слепых зон. Устройство поддерживает шесть пространственных потоков, а с лицензией Right to Use — восемь. AirEngine 5760-51 может работать в условиях «зашумленности» эфира, так как снабжен независимым радиомодулем. Все эти возможности делают AirEngine 5760-51 оптимальным решением для большого количества сфер применения — устройство может работать и в офисе, и на производстве, и в торговых залах.

Точки доступа AirEngine 6760-X1 и 6760-X1E также предназначены для работы в помещениях. Они поддерживают десять пространственных потоков по умолчанию, при покупке лицензии Right to Use — до 12, в этом режиме устройство обеспечивает скорость до 10,75 Гбит/с. Обе модели поддерживают программно-определяемое радио (SDR) и могут гибко переключаться между тремя режимами — «двойное радио», «тройное радио» (в этом режиме они могут обслуживать до 1152 абонентов) и «двойное радио плюс сканирующее радио». Это позволяет точкам доступа работать в условиях высокого уровня помех.

В AirEngine 6760-X1 применяются встроенные интеллектуальные антенны, позволяющие избегать слепых зон и «следовать» за пользователями. AirEngine 6760-X1E можно подключить к нескольким внешним антеннам. Сфера применения этих моделей — малые и средние предприятия, офисы, образовательные учреждения, производственные объекты. Особенно заметно их преимущество над «обычными роутерами» в помещениях со сложной геометрией (узкие коридоры, многочисленные закоулки, башенки, толстые стены, которые трудно «пробить» сигналом напрямую) — благодаря интеллектуальным антеннам или возможности подсоединения внешних антенн, модели AirEngine 6760 позволяют создать Wi-Fi сети без единого разрыва.

«Уличные» модели AirEngine 6760R-51 и 6760R-51E могут поддерживать до 1024 абонентов. В первой модели применяются встроенные интеллектуальные антенны, вторая может работать с внешними, в этом они схожи с офисными вариантами семейства 6760. Максимальная скорость работы моделей немного меньше, чем у их «домашних» вариантов, 5,95 Гбит/с. Зато они удовлетворяют требованиям «военного» стандарта IP68, что указывает на устойчивость к воде, пыли, грязи и песку, имеют защиту до 5 кА на антеннах и до 6 кА на портах Ethernet, а также широкий диапазон рабочих температур от -40°C до +65°C. Их сфера применения — многолюдные отрытые пространства с высокой нагрузкой на сети передачи данных, например, спорткомплексы.

Семейство AirEngine 8760 включает модели для улицы (8760R-X1 со встроенной и 8760R-X1E с внешними антеннами) и домашнюю — 8760-X1-PRO. Все устройства поддерживают 16 пространственных потоков и позволяют достичь скорости передачи данных в 10,75 Гбит/с, могут работать с 1152 абонентами (в режиме тройного радио).

Уличные модели семейства 8760 также удовлетворяют требованиям стандарта IP68, они защищены от погодных условий и скачков напряжения, диапазон рабочих температур устройств — от -40°C до +65°C. Сфера применения 8760R-X1 и 8760R-X1E — открытые людные пространства, такие как парки, улицы и площади.

Все «внутренние» модели, AirEngine 5760-51, AirEngine 6760 и 8760-X1-PRO, не являются сугубо офисными, они снабжены слотами для работы с Интернетом вещей по протоколам ZigBee и RFID. Это дает возможность вместо нескольких сетей (для офиса, для сигнализации, для датчиков) создать единую сеть, под единым управлением.

Все устройства семейства AirEngine имеют средства крепления, позволяющие быстро развернуть беспроводную сеть с нуля. Ну а ценовая политика Huawei традиционно предоставляет возможность получить технику премиального класса по доступной цене.

«В мировом масштабе»

Устройства Wi-Fi, как правило, передают данные на относительно небольшие расстояния. Для их передачи в любую точку Земли Huawei предлагает устройства корпоративного класса, сетевые коммутаторы семейства CloudEngine S5732-H и магистральные устройства семейства CloudEngine S12700.

Скорость работы CloudEngine S5732-H — до 1,28 Тбит/с. В зависимости от модификации, они имеют 24 (S5732-H24UM2CC) или 48 (S5732-H24UM2CC) портов 10G Ethernet, по четыре порта 25 GE SFP28, два порта 40 GE QSFP + или два порта 100 GE QSFP28. Устройства способны работать с 1024 беспроводными точками доступа и поддерживают интерфейс питания PoE++.

Семейство коммутаторов CloudEngine S12700 состоит из трех моделей, CloudEngine S12700E-4, S12700E-8 и S12700E-12. В зависимости от модификации, коммутаторы работают со скоростью от 19,2 до 57,6 Тбит/с и могут управлять до 10 тыс. беспроводных точек. Это флагманское семейство коммутаторов Huawei, поэтому в этих моделях применяются все передовые технологии компании.