Wi-Fi 6 и 5G: от соперничества к сотрудничеству

Николай Ефимов
Технический менеджер компании Siemon на территории России и стран СНГ

Сочетание технологий Wi-Fi 6 и 5G позволит создавать как протяженное, так и локальное покрытие, обеспечивающее высокоскоростной беспроводной доступ. Но для эффективной работы оборудования этих сетей требуются высокопроизводительные кабельные системы.

Николай Ефимов, технический менеджер компании Siemon на территории России и стран СНГНедавно был опубликован стандарт 802.11ax, описывающий новое поколение приложений Wi-Fi, более известных как Wi-Fi 6. С появлением и постепенным распространением сетей 5G могло сложиться впечатление, что эти две технологии конкурируют друг с другом. Однако на самом деле это не так. Каждая из технологий нашла свою нишу в современном цифровом мире, они прекрасно сосуществуют и дополняют друг друга.

Путаница и неразбериха

Предшественниками систем Wi-Fi 6 были решения Wi-Fi 5, работающие в полосе 5 ГГц. Они широко распространились и последние пять лет демонстрировали устойчивый рост. Одновременно в телекоммуникационной отрасли активно шло обсуждение решений 5G для мобильной связи, и это привело к путанице – многие стали считать, что речь идет о развитии одной и той же технологии. Когда же Институт инженеров по электротехнике и электронике (IEEE) выпустил стандарт Wi-Fi 6 (802.11ax), некоторые подумали, что это решение лучше, чем 5G. Теперь же появилась еще и технология Wi-Fi 6E (802.11ax), предусматривающая использование полосы 6 ГГц в дополнение к частотам 2,4 ГГц и 5 ГГц, на которых работают решения Wi-Fi 6.

Сколько бы стандартов и нормативных документов ни выходило в свет, надо понимать, что решения 5G (новое поколение систем сотовой связи) и Wi-Fi (для создания беспроводной локальной сети) – совсем не одно и то же! Технология 5G относится к гражданской мобильной связи, рассчитана на многокилометровые зоны покрытия и призвана поддержать будущие системы беспилотного транспорта, отслеживания автомобилей и других средств передвижения, а также транспортировки грузов и т. п. Решения Wi-Fi должны предоставлять высокоскоростной доступ к локальным сетям и обеспечивать выход в интернет на объектах небольшой протяженности, в кампусах и зданиях. Их задача – поддержать бизнес-приложения и реализацию концепции интернета вещей.

Лицензируемые диапазоны частот для сотовой связи и нелицензируемые – для Wi-Fi

5G – обозначение пятого поколения технологий для сетей мобильной связи. Сотовые сети 4G LTE и 5G работают в лицензируемых диапазонах радиочастотного спектра: только компания, получившая соответствующую лицензию, имеет право работать на определенных частотах. Правда, предполагается, что системы 5G займут и некоторые нелицензируемые полосы частот – их смогут использовать операторы сетей 5G (и не только) для расширения существующих сетей и запуска новых.

Сигналы Wi-Fi передаются через беспроводные точки доступа в частных сетях на ограниченное расстояние. Выход в интернет происходит через интернет-провайдеров, предоставляющих такие услуги частным сетям. В отличие от лицензируемых частот сотовой связи, выделяемых конкретному мобильному оператору, полосы 2,4, 5 и 6 ГГц, в которых работают разные поколения приложений Wi-Fi, нелицензируемые, и использовать их может кто угодно.

Стандарты и частоты Wi-Fi
Wi-Fi 4 (802.11n): 2,4 или 5 ГГц
Wi-Fi 5 (802.11ac): только 5 ГГц
Wi-Fi 6 (802.11ax): 2,4 или 5 ГГц
Wi-Fi 6E (802.11ax): 2,4, 5 и 6 ГГц

Важно понимать, что Wi-Fi 6E – это не новый беспроводный протокол, а расширение Wi-Fi 6, предусматривающее предоставление приложениям дополнительной полосы 6 ГГц.

Скорости передачи в сетях Wi-Fi и в системах сотовой связи

Как в сетях Wi-Fi, так и в сотовых сетях 4G или 5G, скорость передачи данных зависит от того, к какой сети подключился пользователь, каким устройством он располагает и сколько других пользователей одновременно с ним подключены к той же самой сети.

Максимальная скорость передачи в ранних сотовых сетях 4G составляла 150 Мбит/с, однако на одного пользователя приходилось в среднем всего 10 Мбит/с. Сети 4G LTE и 4G LTE-A способны обеспечивать скорости от 300 Мбит/с до 1 Гбит/с, при этом в среднем пользователю предоставляется скорость загрузки около 15 Мбит/с. Сети LTE были призваны преодолеть ограничения, свойственные сетям 4G; они перевели передачу данных в системы на основе интернет-протокола и позволили передавать пакеты данных большего размера и с меньшими задержками.

В сотовых сетях 5G используются высокочастотные радиосигналы, потенциально способные обеспечить скорость передачи от 1 до 10 Гбит/с. Скорость загрузки у одного пользователя в среднем будет достигать 50 Мбит/с при уменьшенном времени ожидания. Однако более высокая частота радиоволн в сетях 5G подразумевает зону покрытия меньшего радиуса, чем у частот, используемых сегодня антеннами 4G. Приходится проектировать соты меньшего размера и размещать ретрансляторы ближе к пользователям и устройствам. В основаниях таких антенно-мачтовых сооружений стали размещать периферийные центры обработки данных.

В сетях Wi-Fi скорости передачи выше, чем в сотовых, однако в них нужно больше внимания уделять ширине и количеству каналов, доступных в той или иной полосе частот, способности передавать и принимать сигналы через множественные антенны (используются пространственные потоки), схеме кодирования и распределению (разделению) полосы пропускания в соответствии с потребностями. Системы Wi-Fi 4 с четырьмя пространственными потоками теоретически способны поддерживать скорость передачи данных на уровне 576 Мбит/с (144 Мбит/с на каждый поток). Сети Wi-Fi 5 с восемью пространственными потоками имеют теоретический максимум скорости 6,93 Гбит/с (866 Мбит/с на один поток), а системы Wi-Fi 6/6E с теми же восемью потоками, но более эффективной схемой кодирования, обеспечат максимальную скорость 9,61 Гбит/с (1,2 Гбит/с на каждый поток).

Поскольку полоса пропускания и количество пространственных потоков могут быть разными и могут применяться многопользовательские механизмы передачи сигналов, системы Wi-Fi 5, Wi-Fi 6 и Wi-Fi 6E настраиваются очень гибко. На практике нижние зоны в полосе пропускания выделены для носимых устройств с ограниченной емкостью батареи (смартфонов), средние диапазоны предназначены для ноутбуков, а верхний диапазон полосы пропускания обслуживает специализированное оборудование и уличные решения, где плотность размещения устройств заведомо меньше, чем внутри помещений (см. таблицу).

Канал Количество пространственных потоков Максимальная скорость Обслуживаемые устройства и приложения
Wi-Fi 5 Wi-Fi 6/6E
Решения «первой волны»
80 МГц 1 433 Мбит/с 540 Мбит/с Двухполосные смартфоны, планшеты, носимые трубки VoIP
80 МГц 3 1,3 Гбит/с 1,6 Гбит/с Мощные ноутбуки, цифровая кинематография
Решения «второй волны»
80 МГц 2 867 Мбит/с 1,1 Гбит/с Нетбуки, ноутбуки средней производительности
160 МГц 3 2,6 Гбит/с 3,6 Гбит/с Мощные ноутбуки, цифровая кинематография
Возможные конфигурации в будущем
160 МГц 4 3,5 Гбит/с 4,8 Гбит/с Уличные системы, зоны с малым охватом
160 МГц 8 9,61 Гбит/с Специализированные устройства

 Конфигурации и сценарии обслуживания систем Wi-Fi 5 и Wi-Fi 6/6E

Требования к кабельным системам

Системы Wi-Fi будут эффективно работать только в том случае, если к беспроводным точкам доступа подведена высокопроизводительная кабельная инфраструктура. При проектировании и монтаже кабельных систем, к которым затем будут подключаться точки доступа в корпоративных системах Wi-Fi 6/6E, нужно учитывать целый ряд важных рекомендаций.

  • К каждой точке доступа должны быть подведены минимум два сегмента категории 6A (или категории 7A), обеспечивающих скорость передачи 10 Гбит/с и поддерживающих агрегирование восходящих каналов 2,5G/5G/10GBASE-T.
  • Для создания восходящих каналов повышенной производительности для систем Wi-Fi 6 и Wi-Fi 6E следует устанавливать многомодовые оптические магистрали с производительностью не менее 25 Гбит/с.
  • Для обеспечения удаленного питания устройств Wi-Fi 6 (например, PoE Type 2 мощностью 30 Вт) следует создавать экранированные кабельные системы, поскольку они лучше противодействуют росту температуры внутри кабельных пучков, а значит, надежнее поддерживают требуемые характеристики передачи. Экранированные системы категорий 6A или 7A обеспечивают высокую стойкость к повышенным температурам и рассчитаны на поддержание характеристик передачи при температурах до 75°C.
  • В системах следует применять коммутационные компоненты, соответствующие требованиям стандарта IEC 60512-99-001. Это позволит избежать выгорания контактов в сетевых устройствах и портах при отключении вилок, когда используется удаленное питание PoE.
  • При проектировании кабельных систем необходимо применять зональный подход (рекомендуется сетчатая структура), поскольку он облегчает установку дополнительных точек доступа и изменение конфигурации зон обслуживания. Зональный подход обеспечит гибкость системы и возможность ее использования на многие годы вперед.

Применение систем 5G расширяется. Их развертывание будет сопровождаться установкой периферийных центров обработки данных, а в них тоже используется кабельная инфраструктура. Ее характеристики имеют большое значение для эффективной работы систем 5G. В периферийных ЦОДах следует устанавливать высокопроизводительные медные и волоконно-оптические кабельные системы – кабели и коммутационные компоненты. Медные кабельные системы категории 6A способны поддерживать скорость 10 Гбит/с, категории 8 – скорости 25 и 40 Гбит/с. Для передачи больших объемов данных с высокой скоростью между единицами активного оборудования (между коммутаторами, от коммутаторов к серверам, от коммутаторов к устройствам хранения) будут широко применяться высокоскоростные шнуры прямого подключения (High-Speed Interconnect solutions) небольшой длины. Эти решения особенно эффективны для периферийных ЦОДов, поскольку в них оборудование размещается в одной и той же или в соседних стойках. Высокоскоростные шнуры выпускаются в разных вариантах – медные шнуры прямого подключения (Direct Attach Copper cables) и активные оптические шнуры (Active Optical Cables) – и поддерживают скорости передачи от 10 до 100 Гбит/с. Их использование позволяет снизить расходы, обычно связанные с трансиверными решениями, и обеспечивает более высокую надежность, поскольку точек соединения – потенциальных точек сбоя – становится меньше.

В периферийных ЦОДах на малой площади располагается большое количество медных точек подключения, и ими нужно грамотно управлять. Высокоплотные решения для кабельных систем категории 6A/класса EA прекрасно подходят для использования на таких объектах за счет своей компактности. Для волоконно-оптических систем также существуют высокоплотные решения: оптические шкафчики высокой плотности при высоте 1U способны вместить 144 волокна для коннекторов LC или 864 волокна для интерфейса MTP. Высокая плотность портов сопровождается удобством и простотой доступа к каждому подключению; в шкафчиках хорошо продумана укладка кабелей и шнуров.

Для подключения периферийных ЦОДов к центрам колокации, облачным дата-центрам, сверхбольшим ЦОДам и узлам связи лучше всего подходят волоконно-оптические магистрали, обеспечивающие пропускную способность на уровне 400 Гбит/с или выше.


Николай Ефимов
Технический менеджер компании Siemon на территории России и стран СНГ