MU-MIMO против SU-MIMO Wi-Fi

Введение

Радиоволны — это совсем другая среда для Wi-Fi, чем кабели для Ethernet. Одно из первых отличий заключается в том, что Ethernet может быть полнодуплексным, передачи могут отправляться и приниматься одновременно, тогда как Wi-Fi может быть только полудуплексным. Радио может передавать или принимать только одновременно, но не то и другое одновременно.

Кроме того, в прошлом радиостанции Wi-Fi могли отправлять передачи только на одно другое радио за раз. Однако с многопользовательским многоканальным входом и множественным выходом (MU-MIMO) все меняется.

Понимание однопользовательского MIMO

Чтобы понять новую многопользовательскую технологию MIMO, сначала необходимо иметь хотя бы базовое представление об однопользовательской технологии. Он появился в качестве дополнительной технологии со стандартом беспроводной связи 802.11n в 2007 году. Он позволял одновременно передавать или получать несколько потоков данных между двумя устройствами Wi-Fi с использованием нескольких антенн и технологии формирования луча. Это помогает увеличить скорость передачи данных между этими двумя устройствами Wi-Fi.

Проблемы с однопользовательским MIMO

Наиболее очевидным недостатком однопользовательского MIMO является то, что несколько потоков данных должны быть отправлены или получены только между одним устройством одновременно. Однако есть и больше минусов. Например, однопользовательский MIMO требует, чтобы и передающая, и принимающая радиостанции Wi-Fi поддерживали технологию MIMO, а также имели несколько антенн. Несколько антенн увеличивают стоимость, вес и размер устройств Wi-Fi, а обработка сигналов MIMO также требует больше ресурсов. Это особенно заметно на небольших устройствах, таких как смартфоны и планшеты.

Понимание многопользовательского MIMO

Многопользовательский MIMO выпускается во второй волне стандарта беспроводной связи 802.11ac. Он улучшает технологию MIMO, позволяя Wi-Fi одновременно передавать эти несколько потоков на разные устройства Wi-Fi, а не только на одно устройство, как в старой версии.

Так, например, скажем, точка доступа способна отправлять четыре потока данных одновременно, она может отправить все четыре на устройство, которое может принять четыре. В качестве альтернативы он может отправлять два потока на одно устройство и два других потока на два разных устройства. В целом, три разных устройства будут получать потоки одновременно.

Преимущества многопользовательского MIMO

Наиболее очевидным преимуществом многопользовательского MIMO является то, что эти несколько потоков данных могут быть отправлены или получены на разные устройства или с разных устройств, что увеличивает возможную пропускную способность сети. Однако есть и много других преимуществ.

Например, при многопользовательском MIMO устройства Wi-Fi, получающие один из потоков данных MIMO, не должны иметь несколько антенн. Принимающие устройства Wi-Fi должны поддерживать многопользовательскую технологию MIMO, но если есть только одна антенна, она все равно может принимать один из нескольких потоков данных от беспроводного маршрутизатора или точки доступа. Кроме того, беспроводной маршрутизатор или точка доступа — это устройство, которое выполняет тяжелую обработку сигналов MIMO, поэтому оно меньше нагружает процессоры устройств Wi-Fi. Все это означает снижение стоимости, веса и размера устройств, поддерживающих многопользовательскую технологию MIMO. В свою очередь, мы должны увидеть больше устройств с этой технологией, чем с однопользовательским MIMO.

Положительные побочные эффекты многопользовательского MIMO

Многопользовательский MIMO помогает увеличить скорость и пропускную способность всей сети больше, чем предыдущая технология. Даже устройства, не поддерживающие MIMO, увидят преимущество, поскольку для них потенциально будет больше эфирного времени, что также повысит их пропускную способность.

В дополнение к увеличению скорости многопользовательский MIMO также может увеличить пропускную способность беспроводных сетей. Поскольку устройства Wi-Fi могут обслуживаться быстрее, их может быть больше. Заметная разница может быть особенно ощутима в общедоступных сетях Wi-Fi с большим количеством пользователей в определенной области.

Один очень интересный побочный эффект обработки сигналов многопользовательской MIMO заключается в том, что данные шифруются при передаче от беспроводного маршрутизатора или точек доступа по радиоволнам к устройствам Wi-Fi. В основном это означает, что незащищенные или незашифрованные соединения, например, в общедоступных точках доступа Wi-Fi, могут повысить безопасность. Любые перехватчики поблизости, перехватывающие трафик Wi-Fi, не смогут использовать какие-либо данные, которые передаются как многопользовательский MIMO. Это также полезно в частных сетях, в которых используется персональный (PSK) режим безопасности Wi-Fi. Обычно любой перехватчик поблизости, который знает пароль Wi-Fi, может расшифровать беспроводной трафик от других пользователей, но это не относится к многопользовательскому трафику MIMO.

Правила и положения для одиночного MIMO и формирования луча, разработанные для беспроводного стандарта 802.11n, не были так стандартизированы, как для многопользовательского MIMO и стандарта 802.11ac. Наличие более стандартизированной технологии означает, что продукты разных производителей будут поддерживать одни и те же технологии и методы. Чем больше продуктов с этой технологией, тем выше вероятность того, что технология изменит вашу сеть.

Проблемы с многопользовательским MIMO

Основным условием многопользовательского MIMO является то, что в настоящее время он работает только с нисходящим соединением Wi-Fi: передача от беспроводного маршрутизатора или точки доступа к устройствам Wi-Fi, к которым подключены пользователи. В настоящее время устройства Wi-Fi могут передавать только один поток данных на беспроводной маршрутизатор или точку доступа с многопользовательской технологией MIMO, независимо от того, сколько антенн имеется на любом устройстве. Хотя однопользовательский MIMO на самом деле работает как для восходящего, так и для нисходящего соединения, многопользовательский MIMO обычно рассматривается как лучший вариант в целом, если взвесить все «за» и «против» каждой технологии.

Еще один важный факт о многопользовательском MIMO заключается в том, что он работает только в диапазоне Wi-Fi 5 ГГц. Хотя устройства 802.11ac также поддерживают более старые стандарты, такие как 802.11n или даже 802.11b/g, эта новая технология MIMO работает только для соединений, использующих фактический стандарт 802.11ac, который работает только на частоте 5 ГГц. Таким образом, за исключением положительных побочных эффектов, как я уже говорил, увеличения общей пропускной способности, многопользовательская технология MIMO не влияет напрямую на устройства, использующие 802.11n или более ранние версии.

Отдельной частью технологии MIMO является формирование луча, при котором сигналы Wi-Fi направляются к предполагаемому получателю, а не всегда отправляются одинаково во всех областях. Это создает потенциальную проблему для быстро перемещающихся устройств Wi-Fi. Движение может усложнить и замедлить работу MU-MIMO. Тем не менее, беспроводной маршрутизатор или точка доступа должны обнаружить это, когда оно возникает, и, вероятно, вернется к однопользовательскому MIMO, который не так чувствителен к движению, для любых проблемных устройств, когда это необходимо, продолжая при этом многопользовательский MIMO с любыми другими устройствами. Можно с уверенностью сказать, что multi MIMO не принесет большой пользы сетям с большинством устройств в роуминге.

Развертывание многопользовательского MIMO

Хотя многопользовательская технология MIMO была включена в стандарты 802.11ac от IEEE, а поставщики продуктов включают ее в то, что они называют волной 2 стандарта 802.11ac, Wi-Fi Alliance, скорее всего, не будет включать ее в свои критерии сертификации до тех пор, пока 2016. В любом случае, пока не так много продуктов Wi-Fi, которые его поддерживают, и те, которые появятся первыми, обычно находятся на потребительском рынке, например, для беспроводных маршрутизаторов. Скорее всего, мы не увидим, что многие корпоративные продукты будут поддерживать его до 2016 года и позже.