Zakaj je funkcionalnost OFDMA najbolj koristna pridobitev Wi-Fi 6?

Najnovejši standard IEEE 802.11ax za WLAN znan pod imenom Wi-Fi 6 je bil zasnovan za visoko učinkovitost delovanja. Kot del standarda 802.11ax je bilo predlaganih več kot 50 novih funkcionalnosti. Ena od teh – funkcionalnost OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) oz. večstranski dostop z ortogonalno frekvenčno delitvijo – se zdi pomembnejša od ostalih. Najprej poglejmo kratek opis, nato še pogled vseh koristi, ki jih ta funkcionalnost prinaša.

 

Funkcionalnost OFDMA – za kaj sploh gre?

OFDMA je različica OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing). OFDM vzame RF-kanal, kot je 20 MHz radijski kanal, ki se pogosto uporablja v Wi-Fi omrežju. Namesto da bi uporabil eno samo nosilno frekvenco, določa številne frekvenčne podnosilce modulirane z amplitudno modulacijo in/ali fazno modulacijo. V OFDM je klientu dodeljen celoten frekvenčni kanal z vsemi podnosilci v času prenosa signalnega okvirja. Prejšnji standard 802.11ac je v 20 MHz RF-kanalu uporabljal 52 nosilcev za prenos podatkov, medtem ko 802.11ax uporablja 234 nosilcev.

 

Sprejemnik lahko istočasno sledi vsem podnosilcem in neodvisno demodulira simbole. To je mogoče, ker se signali ne prekrivajo zaradi ortogonalnosti v OFDM. OFDM velja za bolj učinkovito od drugih oblik multipleksiranja radijskega signala. Čeprav sam po sebi ne dopušča višjih hitrosti podatkovnega prenosa, je manj dovzeten za motnje ali izgubo posameznega nosilca znotraj kanala. Danes se ta način multipleksiranja pogosto uporablja v različnih komunikacijskih sistemih z radijskim prenosom, med drugim tudi v mobilnih omrežjih LTE.

 

Večstranski dostop z ortogonalno frekvenčno razdelitvijo (OFDMA) razpoložljivo pasovno širino kanala deli na več skupin medsebojno ortogonalnih podnosilcev (Resource Unit – RU). Te skupine frekvenčnih nosilcev – podkanali se dodelijo posameznim klientom glede na potrebe po komunikacijskih kapacitetah. Vsak podnosilec je moduliran neodvisno in hkrati z drugimi podnosilci v kanalu, tako da tvori simbole OFDM, ločene s časovnimi intervali. V OFDM se prenos signala realizira s sočasnimi simboli na številnih podnosilcih.

 

Funkcionalnost OFDMA spreminja značilnost delovanja Wi-Fi 6 omrežij

Do uporabe te tehnike multipleksiranja so bili zaporedoma prenašani signalni okvirji različnih klientov. Klient ali dostopovna točka (AP-Access Point) se poteguje za prenos in v primeru, da ni aktivnega prenosa drugega klienta, zasede radijski medij za prenos signalnega okvirja. Ko se prenos signalnega okvirja konča, lahko drugi klient zasede medij. To je zelo prilagodljiv in decentraliziran način nadzora dostopa do prenosnega radijskega medija. Z lahkoto sprejme hiter promet, raznoliko populacijo naprav in spreminjajoče se vzorce prometa.

 

Pred vsakim signalnim okvirjem, ki se oddaja, je čas, ko se klienti potegujejo za dostop do medija in čas, v katerem se oddaja t. i. preambula signalnega okvirja. Wi-Fi se je z leti razvijal in novi standardi so omogočali nove storitve. Postopki potegovanja klientov za dostop so ostali časovno nespremenjeni ali celo nekoliko daljši, saj morajo preambulo prepoznati tudi starejše naprave. Zaradi tega so se časi nekoliko podaljšali. Hkrati je bil signalni okvir vedno krajši, ko so se dodajale nove, hitrejše storitve. Zlasti za kratke signalne okvirje so časi potegovanja za oddajanje in preambule pri prenosih posameznih signalnih okvirjih postali razmeroma veliki.

 

Zaradi tega je bila uporabljena tehnika OFDMA, ki je znana iz drugih sistemov radijskega prenosa. OFDMA dodeli skupine podnosilcev v RF-kanalu različnim klientom. V OFDMA lahko dostopovna točka za povezavo proti klientu uporablja različne skupine podnosilcev za pošiljanje signalnih okvirjev različnih klientov. V smeri proti dostopovni točki bodo številni klienti poskušali oddajati hkrati in morajo biti usklajeni. Da bi to dosegli, dostopovna točka pošilja klientom signalne okvirje za sprožitev (trigger) oddaje, da jih obvesti, katere podnosilce lahko uporabijo za pošiljanje podatkov.

 

 

Po delovanju sta si zelo podobni obe smeri prenosa. Dostopovna točka usmerja promet pri odhodni povezavi in vzporedno prenaša signalne okvirje na več klientov. Dodatki k preambuli v novem standardu 802.11ax omogočajo klientom, da razumejo, katero skupino OFDMA podnosilcev (RU) demodulirati. OFDMA omogoča, da vsak klient oddaja v svoji skupini podnosilcev OFDMA, medtem ko dostopovna točka vzporedno sprejema več klientov. Nadzor za OFDMA prenos proti dostopovni točki je zapleten. Dostopovna točka koordinira, kateri klienti bodo prenašali, v katerem intervalu, in vsakemu dodeli hitrost prenosa podatkov in signalno moč oddajanja. Najprej pridobi informacijo, kaj želijo klienti poslati, tako da iz klientov zahteva poročila medpomnilnik. Nato pošlje signalni okvir sprožilca (trigger) navzdol, ki definira strukturo naslednjega podatkovnega signalnega okvira OFDMA za prenos proti dostopovni točki. Za dober sprejem morajo biti prenosi s strani klientov pravočasno sinhronizirani in morajo prispeti v dostopovno točko s podobnimi nivoji radijske moči signalov. Takšen način prenosa zahteva izpopolnjen nadzor. Struktura več nadzornih okvirjev klientov v standardu 802.11ax je zapleten. OFDMA paralelno nadzoruje promet.

 

Na nek način se to zdi kot preurejanje vžigalic v škatli – na koncu je enaka količina, samo na različnih mestih. Toda OFDMA ima presenetljivo veliko prednosti.

 

Prednosti OFDMA

Multipleksiranje paketov drug za drugim, tako kot v 802.11ac, lahko poveča zakasnitev in tresenje signala (jitter), zlasti kadar klienti pošiljajo dolgotrajne pakete z nizkimi hitrostmi v skladu s standardi 802.11b ali ga mora promet z nizko pasovno širino počakati, da pride na vrsto.

 

Toda funkcionalnost OFDMA omogoča prenos številnih nizko pasovnih kanalov vzporedno, kar zmanjšuje zakasnitev in tresenje signala. Zmanjšana zakasnitev je pomembna zahteva za nekatere IoT storitve, video prenos in aplikacije za avtomatizacijo tovarn, ki jih lahko zdaj obravnava 802.11ax.

 

V primeru, ko ima dostopovna točka dostop do podatkov, ki jih lahko pošlje, recimo trem klientom, bi se pri uporabi standarda 802.11ac (Wi-Fi 5) potegoval za medij in nato zaporedoma poslal tri signalne okvirje. Pri uporabi standarda 802.11ax z OFDMA se združuje prenos in hkrati pošilja okvirje vsem trem klientom. Toda ali ni čas, potreben za prenos podatkov, enak, glede na nespremenjene stopnje modulacije?

 

Razlika je v času čakanja na oddajo skozi radijski medij in preambuli. Če so, kot se pogosto zgodi, koristni signali veliko krajši od največje dolžine okvirjev, potem je mogoče tri koristne signale združiti v enega z eno samo preambulo, čeprav lahko koristni signal traja trikrat dlje. To je precejšen prihranek. Čas čakanja za priložnost za oddajanje skozi radijski medij se zmanjša, saj dostopovna točka potrebuje le eno priložnost za oddajo.

 

Tako lahko OFDMA znatno zmanjša čas čakanja na priložnost za oddajanje in preambulo, zlasti za kratke signalne okvirje, ki prevladujejo v mnogih WLAN omrežjih. A koristi je še več.

 

Standard 802.11ax omogoča OFDMA skupino z najmanj 26 podnosilcev, kar je enakovredno približno 2 MHz kanalu. Devet takšnih skupin se prilega kanalu 20 MHz, tako da, če je povezanih manj kot devet klientov, vsak dobi lastni kanal 2 MHz s hitrostjo prenosa podatkov okrog 14 Mb/s. Standard 802.11ax omogoča veliko različnih velikosti skupin RU, od 26 do 400+ podnosilcev.

 

S kombinacijo skupin OFDMA in izbranih modulacijskih stopenj lahko klient uporabi zahtevano hitrost prenosa podatkov in zakasnitev signalnih okvirjev za vsakega posameznega klienta za veliko bolj izpopolnjeno raven kakovosti storitve QoS (Quality of Service), v primerjavi s prejšnjimi standardi prenosa.

 

Skupine OFDMA niso trajno dodeljene prometnim tokovom ali klientom – mogoče jih je spreminjati za vsak signalni okvir posebej. To omogoča, da ena dostopovna točka podpira več klientov kot prej in izpolnjuje zahteve interneta stvari IoT za populacije naprav z zelo veliko gostoto, a nizko hitrostjo prenosa podatkov. OFDMA je ena od funkcij, ki zvišuje število aktivnih klientov v WLAN omrežju v skladu s standardom 802.11ax.

 

Funkcionalnost OFDMA v mnogih pogledih izboljša učinkovitost prenosa Wi-Fi WLAN omrežja. Prinaša spremembe v funkcionalnosti in pomenu dostopovnih točk v WLAN omrežju. Ugotovljeni so nižji režijski stroški, večje število klientov, nižje zakasnitve signalov, nižje tresenje (jitter) in izboljšanje celotne kvalitete storitve QoS.

 

Želite tudi sami izkusiti vse prednosti? Pišite nam in dogovorili se bomo za srečanje. Preizkusite lahko tudi delovanje dostopovne točke Juniper Mist in ste tako korak bližje Wi-Fi omrežju nove generacije.