動態分段

因應網路封包結構,都會預先將資料固定切成一樣的大小往外傳輸(除了資料不足以填滿分段長度的最後 1 段)。導入 OFDMA 之後,因為無法預期會分到幾個子載波數量/RU,固定的分段長度容易造成問題,太長傳輸不完、太短則會造成諸如錯誤檢查碼等負擔太高,淨傳輸資料量下降。在此導入動態分段功能,可以依照分配到的子載波數量/RU 自行調整分段長度,以求盡量剛剛好填入子載波數量/RU。

空間重覆使用/色碼

無線網路採用 CSMA/CA 機制,傳輸之前會先行監聽通道是否被占用(意即其它裝置正在進行傳輸作業),沒有被占用則開始傳輸,若被占用則等待一段隨機時間後,再次進行監聽作業。但是在高密度佈建、多使用者環境中,這種機制非常容易造成傳輸速度下降、延遲過高等問題。

802.11ax 將導入色碼機制,一群相互關聯的 AP 和裝置們(1 組 BSS、Basic Service Set)使用相同的色碼,若此時監聽到使用其它色碼的傳輸作業,則無視;以白話文簡單描述,就是 CSMA/CA 機制僅作用於同一 BSS 內部。聰明的你應該也想到,如此將造成傳輸環境更為惡化,可能影響鄰近其它組 BSS 的運作,因此此一技術也納入功率控制,避免各組 BSS 之間,以及對舊式 802.11 規格產品的影響。

網路架構大概論7-802.11ax/Wi-Fi 6 規格看過來,不只高速傳輸,更注重有效率使用
▲傳統無線網路採用 CSMA/CA 方式避免訊框碰撞,因此當監聽到 149 頻道正在進行傳輸時,就無法使用此頻道;導入 BSS 色碼之後,即使紅色 149 存取點監聽到來自黃、綠、紫存取點的訊號,則因為色碼比對後不相同,因此視 149 頻道無人使用進而傳輸資料。

省電 TWT

為避免無線網路傳輸時的通道監聽與競爭,802.11ax 加入 TWT(Target Wake Time)機制,讓通道資源在一定時間之內專屬於 1 個或是 1 組上網裝置,其餘上網裝置則進入睡眠狀態省電,等到屬於自己的傳輸時段到來,無線網路才醒來並傳輸資料。

網路架構大概論7-802.11ax/Wi-Fi 6 規格看過來,不只高速傳輸,更注重有效率使用
▲各個上網裝置可以和 AP 協調 TWT 時間,無線網路卡唯有在自己的 TWT 時間才醒來並傳輸資料,其餘時間就休息省電。

除了讓各個上網裝置依據自身需求,向提供服務的 AP 協調 TWT 時間之外,AP 自身也可以預先定義 TWT 時間,再將相關資訊廣播給上網裝置,達到頻寬管理的附加目的。

高速更注重頻譜效率

回到開文敘述「高效率無線」網路,讀者可以反思上述 802.11ax 標準相較 802.11ac 以及前輩們,有多少規格演進著重在傳輸速率的提升?又有多少著墨在提升通道媒體使用效率?就不難發現 802.11ax 雖然走在更快速的道路上,但這條高速公路更注重彈性高效率的使用。譬如 Multi-TID AMPDU(Multi-Traffic Identifier Aggregated MAC Protocol Data Unit)讓多個不同流量辨識碼或是 QoS 的資料,能夠合併在單一傳輸作業當中完成,802.11ac 與之前的無線網路標準均不支援此種作法。

第一代 802.11ax 無線網路產品可以購買嗎?筆者認為需要分成幾點考量:首先就是 802.11ax 同時應用在 2.4GHz 和 5GHz 等各國免費 ISM 頻段,特別是 2.4GHz 前次標準 802.11n 最高速僅有 600Mbps(150Mbps x 4 空間流),轉換成 802.11ax 最高 8 空間流接近 2.3Gbps,行動產品經常使用的雙天線∕雙空間流則從 802.11n 300Mbps 提升至 802.11ax 574Mbps,若是環境關係導致 5GHz 訊號貧弱,而大幅仰賴 2.4GHz 無線網路,802.11ax 可以帶來不錯的效能增長。(註:首波無線存取點產品多為 4 天線∕4 空間流規格)

純粹追求速度的使用者可能要小小失望,因為依照目前眾廠商推出的首波 802.11ax 產品規格,Asus ROG Rapture GT-AX11000 於 LAN 加裝 1 個 2.5Gbps RJ45 網路孔,D-Link DIR-X6060 和 DIR-X9000 則於 WAN 導入 2.5Gbps,不少產品還停留在 1Gbps,除非使用者都是利用空中介面無線網路相互傳輸資料,否則 1Gbps 有線網路並無法餵飽 802.11ax 無線網路;事實上,筆者早在 802.11ac Wave 1 世代產品即可測出灌爆 1 Gbps 有線網路的上限 945Mbps 左右。(註:802.3ad Link Aggregation 或許能夠幫點小忙,但主要瓶頸在於交換器晶片和無線網路晶片之間的頻寬,此外支援 Link Aggregation 交換器不普及也是個問題。)

若是家中有許多裝置需要同時上網,爸爸看 Netflix、媽媽看愛奇藝、哥哥玩遊戲、妹妹直播當網紅,802.11ax 導入的上傳 MU-MIMO、OFDMA 等機制,能夠更好的解決多個使用者同時傳輸的情況,當然值得玩家加入 802.11ax 的行列,但也要無線路由器、無線存取點與連網裝置均支援 802.11ax 才行。或許等到家中筆電、手機規格均升級成 802.11ax,再順便升級家中無線路由器更為划算。

網路架構大概論7-802.11ax/Wi-Fi 6 規格看過來,不只高速傳輸,更注重有效率使用
▲802.11ax/Wi-Fi 6 功能與優點對應表,可以發現提升傳輸速度僅佔很小的一環,更重要的是解決無線網路規格傳輸的根本問題。

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