Количество устройств и требования к скоростям передачи данных в беспроводных сетях растут с каждым днем. И чем «плотнее» сети, тем ярче видны недостатки старых спецификаций Wi-Fi: падает скорость и надежность передачи данных. Чтобы решить эту проблему, был разработан новый стандарт — Wi-Fi 6 (802.11ax). Он позволяет развить скорость беспроводного соединения до 2.4 Гбит/с и работать одновременно с большим количеством подключенных устройств. Мы уже внедрили его в роутер Archer AX6000 и адаптер Archer TX3000E. В этой статье покажем их возможности.
Предыдущий стандарт — Wi-Fi 5 (802.11ac) — был разработан 9 лет назад, и многие его механизмы не рассчитаны на большое количество подключений. С ростом числа устройств скорость каждого из них падает, так как возникают взаимные помехи на физическом уровне и слишком много времени тратится на ожидание и согласование передачи.
Все нововведения Wi-Fi 6 как раз направлены на то, чтобы улучшить работу большого количества устройств на ограниченной площади, увеличивая скорость передачи для каждого из них. Решается эта задача одновременно несколькими путями, которые сводятся к повышению эффективности использования частотного спектра и снижению взаимных помех соседствующих устройств. Вот несколько ключевых идей.
Когда зоны нескольких точек доступа перекрываются, они мешают друг другу начать передачу. Все из-за того, что в Wi-Fi сетях доступ к среде реализован в соответствии с механизмом CSMA / CA (множественный доступ с контролем несущей и избеганием коллизий): устройство периодически «слушает» частоту. Если она занята, передача откладывается, частота прослушивается еще через некоторое время. Таким образом, чем больше устройств подключено к сети, тем больше каждому из них приходится ждать своей очереди на передачу пакета. Если рядом находится другая беспроводная сеть, прослушивание частоты покажет, что среда передачи занята, и передача не начнется.
В Wi-Fi 6 появился способ отделить «свою» передачу от «посторонней» — BSS Coloring. Каждый пакет, передаваемый по беспроводной сети, маркируется определенным цветом, передача чужих пакетов просто игнорируется. Это здорово оптимизирует процесс борьбы за среду передачи.
В Wi-Fi 6 реализована квадратурная модуляция более высокого (по сравнению с предыдущим стандартом) уровня: 1024-QAM, доступная в новых методах кодирования MCS 10 и 11. Она позволяет передавать в пакете 10 бит информации вместо 8. На физическом уровне это повышает скорость передачи на 25%.
OFDMA — множественный доступ с ортогональным частотным разделением — идея дальнейшего развития OFDM, позаимствованная из сетей 4G. Частотная полоса, в которой осуществляется передача, делится на поднесущие. Для передачи информации объединяется некоторое количество поднесущих, так что несколько пакетов данных передаются параллельно (на разных группах поднесущих). В Wi-Fi 6 количество поднесущих увеличено в 4 раза, что само по себе позволяет гибко оперировать загрузкой частотного спектра. Вместе с этим среда передачи, как и ранее, делится по времени.
Эффективность передачи определяет не только плотность «упаковки» информации, но и надежность ее доставки. Для повышения надежности в условиях загруженного электромагнитного спектра в Wi-Fi 6 были увеличены как длина символа, так и защитный интервал.
Устройства Wi-Fi 5 поддерживали в этом диапазоне предыдущий стандарт Wi-Fi 4, что не соответствовало возросшим требованиям к частотному спектру. Использование диапазона 2.4 ГГц дает большую дальность, но у него меньше скорость передачи данных.
Технология Beamforming позволяет динамически изменять диаграмму направленности точки доступа, корректируя ее в сторону принимающего устройства, даже если оно перемещается. MU-MIMO, в свою очередь, позволяет отдавать и принимать данные сразу нескольким клиентам. Обе технологии появились еще в Wi-Fi 5, но на тот момент работа MU-MIMO была возможна только для передачи данных от роутера к потребителю. В Wi-Fi 6 заработали оба направления передачи (хотя на данный момент они оба управляются со стороны роутера). При этом 8х8 MU-MIMO означает, что канал будет доступен одновременно для 8 потоков скачивания и 8 потоков загрузки.
Archer AX6000 — первый роутер TP-Link c поддержкой Wi-Fi 6. У него крупный корпус (25х25х6 см) со сложенными антеннами и мощный блок питания 12В на 4000 мА:
У роутера 8 гигабитных LAN-портов, WAN-порт на 2.5 Гбит/с и два USB-порта: USB-C и USB-3.0. Также на торец вынесены кнопки управления WPS, Wi-Fi и световой индикации на центральном значке:
Роутер предназначен для установки на стол или на стену с помощью двух саморезов:
Чтобы снять верхнюю крышку и посмотреть, что у него внутри, нужно вынуть с тыльной стороны мягкие заглушки, открутить четыре винта, а затем отщелкнуть крышку. Так как на верхнюю крышку идет индикация, к ней тянется шлейф, который нужно отсоединить:
Внутри все упаковано в одну плату с несколькими мощными радиаторами: модель работает бесшумно и подойдет для установки дома или недалеко от рабочего места. Под радиаторами прячутся четырехъядерный 1.8 ГГц процессор и 2 сопроцессора от Broadcom.
Чтобы добраться до другой стороны платы, нужно отсоединить антенны, которые крепятся на UFL-разъем. Сами антенны держатся на клипсах и снимаются легко:
Как и предписано стандартом, устройство поддерживает 8х8 MU-MIMO. Вместе с OFDMA в загруженных сетях технология позволяет увеличить пропускную способность до 4 раз по сравнению с устройствами Wi-Fi 5.
Поэкспериментировать с функциями можно в эмуляторе (кстати, в нем же есть переключение на русский язык). Сам роутер поддерживает стандартные сетевые настройки: WAN, LAN, DHCP, родительский контроль, IPv6, NAT, QOS, режим гостевой сети.
Archer AX6000 может работать как маршрутизатор, раздавая интернет проводным и беспроводным пользователям, или как точка доступа:
При этом беспроводную сеть можно развернуть одновременно в двух частотных диапазонах — при необходимости и наличии соответствующей поддержки клиенты перебрасываются на менее загруженный:
Из расширенных настроек есть выбор между Open VPN и PPTP VPN:
Дополнительную безопасность обеспечивает встроенный антивирус, с помощью которого можно настроить фильтрацию нежелательного контента и защиту от внешних атак. Антивирус, как и родительский контроль, реализован на базе продуктов TrendMicro:
Подключенные USB можно назначить общей папкой или FTP-сервером:
Из расширенных функций для дома у AX6000 есть поддержка работы с голосовым помощником Alexa и IFTTT, с помощью которых можно создавать простые домашние сценарии:
Archer TX3000E — это Wi-Fi и Bluetooth адаптер, в котором установлен Intel Wi-Fi 6 чипсет. В комплект входит сама PCI-E плата, выносное магнитное основание длиной 98 см с двумя антеннами и дополнительное крепление для системных блоков меньшего форм-фактора. У антенн используется стандартный SMA-разъем, поэтому при необходимости их можно заменить на более длинные.
При работе в режиме совместимости с 802.11ax этот адаптер позволяет получить максимальную скорость в 2.4 Гбит/с. Так при ограничении канала связи в 1000/500 Мбит/с:
Дальность передачи как характеристику конкретного устройства можно рассматривать в двух ситуациях: при отсутствии других устройств и преград, а также в условиях плотной сети какой-нибудь типовой конфигурации.
В первом случае дальность передачи определяется мощностью передатчика, а она ограничена стандартом. При поддержке Beamforming данных дальность определенно будет выше, чем у устройств предыдущей версии стандарта, поскольку диаграмма направленности массива передающих антенн будет скорректирована в направлении клиентского устройства. Смысл говорить о каких-то тестах появится только тогда, когда на рынок выйдет широкий ассортимент устройств с поддержкой Wi-Fi 6, по-разному реализующих корректировку диаграммы направленности. Но и в этом случае тест будет скорее лабораторным, не имеющим никакого отношения к реальной эксплуатации этих устройств.
Во второй ситуации — когда роутер передает данные по соседству с другими аналогичными устройствами — сравнение с предыдущими стандартами также бессмысленно. BSS Coloring позволит гораздо дальше принять сигнал, даже если рядом будет работать роутер на том же канале. MU-MIMO здесь также сыграет свою роль. Иными словами, сам стандарт построен так, что сравнение по этому параметру бессмысленно.
Новое в Wi-fi 6
Предыдущий стандарт — Wi-Fi 5 (802.11ac) — был разработан 9 лет назад, и многие его механизмы не рассчитаны на большое количество подключений. С ростом числа устройств скорость каждого из них падает, так как возникают взаимные помехи на физическом уровне и слишком много времени тратится на ожидание и согласование передачи.
Все нововведения Wi-Fi 6 как раз направлены на то, чтобы улучшить работу большого количества устройств на ограниченной площади, увеличивая скорость передачи для каждого из них. Решается эта задача одновременно несколькими путями, которые сводятся к повышению эффективности использования частотного спектра и снижению взаимных помех соседствующих устройств. Вот несколько ключевых идей.
BSS Coloring: помогает снизить влияние соседних точек доступа
Когда зоны нескольких точек доступа перекрываются, они мешают друг другу начать передачу. Все из-за того, что в Wi-Fi сетях доступ к среде реализован в соответствии с механизмом CSMA / CA (множественный доступ с контролем несущей и избеганием коллизий): устройство периодически «слушает» частоту. Если она занята, передача откладывается, частота прослушивается еще через некоторое время. Таким образом, чем больше устройств подключено к сети, тем больше каждому из них приходится ждать своей очереди на передачу пакета. Если рядом находится другая беспроводная сеть, прослушивание частоты покажет, что среда передачи занята, и передача не начнется.
В Wi-Fi 6 появился способ отделить «свою» передачу от «посторонней» — BSS Coloring. Каждый пакет, передаваемый по беспроводной сети, маркируется определенным цветом, передача чужих пакетов просто игнорируется. Это здорово оптимизирует процесс борьбы за среду передачи.
Модуляция 1024-QAM: передает больше в той же спектральной полосе
В Wi-Fi 6 реализована квадратурная модуляция более высокого (по сравнению с предыдущим стандартом) уровня: 1024-QAM, доступная в новых методах кодирования MCS 10 и 11. Она позволяет передавать в пакете 10 бит информации вместо 8. На физическом уровне это повышает скорость передачи на 25%.
OFDMA: уплотняет передачу, задействуя каждый герц и миллисекунду
OFDMA — множественный доступ с ортогональным частотным разделением — идея дальнейшего развития OFDM, позаимствованная из сетей 4G. Частотная полоса, в которой осуществляется передача, делится на поднесущие. Для передачи информации объединяется некоторое количество поднесущих, так что несколько пакетов данных передаются параллельно (на разных группах поднесущих). В Wi-Fi 6 количество поднесущих увеличено в 4 раза, что само по себе позволяет гибко оперировать загрузкой частотного спектра. Вместе с этим среда передачи, как и ранее, делится по времени.
Длинный символ OFDM: делает передачу более стабильной
Эффективность передачи определяет не только плотность «упаковки» информации, но и надежность ее доставки. Для повышения надежности в условиях загруженного электромагнитного спектра в Wi-Fi 6 были увеличены как длина символа, так и защитный интервал.
Поддержка 2.4 ГГц: дает выбор для разных условий распространения
Устройства Wi-Fi 5 поддерживали в этом диапазоне предыдущий стандарт Wi-Fi 4, что не соответствовало возросшим требованиям к частотному спектру. Использование диапазона 2.4 ГГц дает большую дальность, но у него меньше скорость передачи данных.
Beamforming и 8x8 MU-MIMO: позволяют не «греть» воздух впустую
Технология Beamforming позволяет динамически изменять диаграмму направленности точки доступа, корректируя ее в сторону принимающего устройства, даже если оно перемещается. MU-MIMO, в свою очередь, позволяет отдавать и принимать данные сразу нескольким клиентам. Обе технологии появились еще в Wi-Fi 5, но на тот момент работа MU-MIMO была возможна только для передачи данных от роутера к потребителю. В Wi-Fi 6 заработали оба направления передачи (хотя на данный момент они оба управляются со стороны роутера). При этом 8х8 MU-MIMO означает, что канал будет доступен одновременно для 8 потоков скачивания и 8 потоков загрузки.
Archer AX6000
Archer AX6000 — первый роутер TP-Link c поддержкой Wi-Fi 6. У него крупный корпус (25х25х6 см) со сложенными антеннами и мощный блок питания 12В на 4000 мА:
У роутера 8 гигабитных LAN-портов, WAN-порт на 2.5 Гбит/с и два USB-порта: USB-C и USB-3.0. Также на торец вынесены кнопки управления WPS, Wi-Fi и световой индикации на центральном значке:
Роутер предназначен для установки на стол или на стену с помощью двух саморезов:
Чтобы снять верхнюю крышку и посмотреть, что у него внутри, нужно вынуть с тыльной стороны мягкие заглушки, открутить четыре винта, а затем отщелкнуть крышку. Так как на верхнюю крышку идет индикация, к ней тянется шлейф, который нужно отсоединить:
Внутри все упаковано в одну плату с несколькими мощными радиаторами: модель работает бесшумно и подойдет для установки дома или недалеко от рабочего места. Под радиаторами прячутся четырехъядерный 1.8 ГГц процессор и 2 сопроцессора от Broadcom.
Чтобы добраться до другой стороны платы, нужно отсоединить антенны, которые крепятся на UFL-разъем. Сами антенны держатся на клипсах и снимаются легко:
Как и предписано стандартом, устройство поддерживает 8х8 MU-MIMO. Вместе с OFDMA в загруженных сетях технология позволяет увеличить пропускную способность до 4 раз по сравнению с устройствами Wi-Fi 5.
Поэкспериментировать с функциями можно в эмуляторе (кстати, в нем же есть переключение на русский язык). Сам роутер поддерживает стандартные сетевые настройки: WAN, LAN, DHCP, родительский контроль, IPv6, NAT, QOS, режим гостевой сети.
Archer AX6000 может работать как маршрутизатор, раздавая интернет проводным и беспроводным пользователям, или как точка доступа:
При этом беспроводную сеть можно развернуть одновременно в двух частотных диапазонах — при необходимости и наличии соответствующей поддержки клиенты перебрасываются на менее загруженный:
Из расширенных настроек есть выбор между Open VPN и PPTP VPN:
Дополнительную безопасность обеспечивает встроенный антивирус, с помощью которого можно настроить фильтрацию нежелательного контента и защиту от внешних атак. Антивирус, как и родительский контроль, реализован на базе продуктов TrendMicro:
Подключенные USB можно назначить общей папкой или FTP-сервером:
Из расширенных функций для дома у AX6000 есть поддержка работы с голосовым помощником Alexa и IFTTT, с помощью которых можно создавать простые домашние сценарии:
Archer TX3000E
Archer TX3000E — это Wi-Fi и Bluetooth адаптер, в котором установлен Intel Wi-Fi 6 чипсет. В комплект входит сама PCI-E плата, выносное магнитное основание длиной 98 см с двумя антеннами и дополнительное крепление для системных блоков меньшего форм-фактора. У антенн используется стандартный SMA-разъем, поэтому при необходимости их можно заменить на более длинные.
При работе в режиме совместимости с 802.11ax этот адаптер позволяет получить максимальную скорость в 2.4 Гбит/с. Так при ограничении канала связи в 1000/500 Мбит/с:
А что с дальностью?
Дальность передачи как характеристику конкретного устройства можно рассматривать в двух ситуациях: при отсутствии других устройств и преград, а также в условиях плотной сети какой-нибудь типовой конфигурации.
В первом случае дальность передачи определяется мощностью передатчика, а она ограничена стандартом. При поддержке Beamforming данных дальность определенно будет выше, чем у устройств предыдущей версии стандарта, поскольку диаграмма направленности массива передающих антенн будет скорректирована в направлении клиентского устройства. Смысл говорить о каких-то тестах появится только тогда, когда на рынок выйдет широкий ассортимент устройств с поддержкой Wi-Fi 6, по-разному реализующих корректировку диаграммы направленности. Но и в этом случае тест будет скорее лабораторным, не имеющим никакого отношения к реальной эксплуатации этих устройств.
Во второй ситуации — когда роутер передает данные по соседству с другими аналогичными устройствами — сравнение с предыдущими стандартами также бессмысленно. BSS Coloring позволит гораздо дальше принять сигнал, даже если рядом будет работать роутер на том же канале. MU-MIMO здесь также сыграет свою роль. Иными словами, сам стандарт построен так, что сравнение по этому параметру бессмысленно.
