La tecnología Wi-Fi 6 recogida en el estándar 802.11ax High Efficiency (HE), es el sucesor natural de la tecnología wireless Wi-Fi 5 o estándar 802.11ac –Very High Throughput (VHT).

Esta nueva implementación está diseñada para trabajar en entornos de alta densidad de usuarios, por ejemplo, un estadio, un aeropuerto u oficinas con alta cantidad de dispositivos Wi-Fi conectados.

Características y Ventajas

Reducción del tiempo de latencia o el aumento la velocidad de descarga utilizando la misma cantidad de ancho de banda. La cobertura de señal mantiene valores de los estándares anteriores, esto se debe a que aumentar la potencia de señal no asegura un mejor rendimiento de red, sobre todo en entornos de alta densidad con muchos puntos de acceso (a mayor número de puntos de acceso mayor probabilidad de interferencias entre ellos). Para mejorar la cobertura de red siempre es mejor mantener un número de puntos de acceso que den coberturas en zonas concretas del despliegue.

MU-MIMO

Una de las primeras mejoras que podemos observar dentro de este estándar, es la evolución del Single User Multiple Input Multiple Output SU-MIMO ó MIMO a su siguiente nivel de paralelización de flujo de datos Multiple User Multiple Input Multiple Output MU-MIMO.

Las principales restricciones de SU-MIMO residen en los problemas de congestión, ya que los puntos de acceso tratan las peticiones de las estaciones en orden de llegada de forma secuencial, a mayor número de estaciones existe una mayor espera por el uso del punto de acceso para realizar un envío o descarga de datos.

El uso del MU-MIMO es capaz de paralelizar el número de estaciones de forma que no existen esperas para abrir un flujo hasta un cierto número de estaciones; este factor está determinado por el número de antenas desplegadas del punto de acceso (2×2, 4×4, 2x2x2, 8×8). Esta característica mejora el tráfico VoIP en las estaciones que conectan al punto de acceso de forma paralela.

Imagen de ejemplo de la paralelización del flujo de datos entre diferentes estaciones en un punto de acceso (AP) con implementación MU-MIMO.

Orthogonal frequency-division multiple access OFDMA

Los estándares Wi-Fi anteriores a 802.11ax utilizan lo que se denomina Orthogonal Frequency-Division Multiplexing OFDM.

Este estándar es ineficiente ya que las estaciones hacen uso completo del ancho de banda disponible para realizar un envío o una descarga de datos en su tiempo de uso.

OFDMA divide el canal en diferentes fragmentos llamados resource units (RU), cada fragmento o RU puede ser utilizado por un cliente dependiendo de la necesidad del uso del medio de cada estación paralelizando la transmisión y la descarga de datos dentro del ancho de banda del canal.

Diferencia entre OFDM 802.11ac y OFDMA 802.11ax y el uso de canal de forma fragmentada sirviendo fragmentos o RU a cada estación dependiendo de la necesidad.

Esta fragmentación evita que estaciones que envíen paquetes de datos pequeños cómo mensajes de texto hagan un uso abusivo o ineficiente del medio, permitiendo que otros usuarios que estén realizando llamadas de video o descarga de archivos multimedia puedan realizar un mayor uso del canal, permitiendo el uso completo del canal para estaciones con un alto nivel de tasa de datos throughput.

Uso en conjunto de MU-MIMO y OFDMA para entornos de alta densidad de usuarios.

El uso conjunto de OFDMA y MU-MIMO permiten el acceso multiusuario, cada uno de forma diferente consiguiendo en conjunto el servicio para una alta densidad de usuarios.

BSS coloring

Uno de los problemas en el despliegue de redes wifi de alta densidad es el solapamiento entre los puntos de acceso u OBSS. El problema afecta al rendimiento de la red, incrementando los tiempos de latencia debido a la espera por transmitir en el medio- ya que uno o más puntos de acceso- están compartiendo el mismo canal Co Channel Interference (CCI).

Ejemplo de OBSS en 802.11ac/n.

Ambos puntos de acceso están transmitiendo en el mismo canal, sin embargo, al no verse el uno al otro, la estación reduce el tiempo de acceso al medio minimizando el uso del canal. Para evitar esto y que la estación sea capaz de enviar aunque el medio esté en uso por el punto de acceso que no pertenece a la misma red o BSS, el punto de acceso y la estación hacen uso del BSS Coloring Spatial Reuse.

Uso del BSS Coloring entre dos puntos de acceso con 802.11ax

La estación (Client 2) puede comprobar el valor de BSS coloring en las tramas transmitidas por ambos puntos de acceso y hacer un cálculo del valor de señal del punto de acceso intra-BSS, es decir, el punto de acceso o la trama de estación que está fuera del inter-BSS dentro del BSS de servicio.

Una vez realizado el cálculo del valor de señal y teniendo en cuenta la reducción de potencia que debe realizar para evitar la interferencia con el punto de acceso externo, la estación puede transmitir al mismo tiempo aumentando la eficiencia del canal solapado. Esta funcionalidad aumenta de forma considerable el uso del canal en la banda de 2.4GHz ya que esta banda únicamente cuenta con 3 canales de 20MHz no solapables en el espectro electromagnético de uso.

1024-QAM

Otra de las mejoras en 802.11ax, es el uso de una modulación más extensa que en tecnologías Wi-Fi anteriores, de esta manera se aumenta la tasa de datos utilizando el mismo canal consiguiendo tasas de datos mucho más altas que en 802.11ac.

La modulación QAM funciona con dos portadoras ortogonales, estas dos portadoras cambian en amplitud y fase de esta manera se obtiene una mayor codificación en la transmisión de datos por símbolo.

Modulaciones QAM-256 802.11ac, QAM-1024 802.11ax

Este aumento en la tasa de datos depende de la calidad de señal entre emisor y receptor, aumentando el valor de la modulación si se tiene una mayor calidad de señal; el estándar 802.11ax permite el uso de modulaciones QAM-1024 a diferencia de 802.11ac que permite hasta QAM-256. De forma teórica el aumento de la modulación en 802.11ax puede soportar una tasa de datos de hasta 1.5 Gbps en 80 MHz y 3 Gbps en 160 MHz.

TWT (Target Wake Time)

El uso de la funcionalidad TWT permite a los dispositivos decidir el momento en el que pueden permanecer en silencio y por tanto ahorrar energía entre los envíos de datos con el punto de acceso.

Por lo tanto, TWT es un método de ahorro de energía ideal para dispositivos móviles y dispositivos de Internet de las cosas (IOT) que necesitan conservar la vida útil de la batería.

Ejemplo de uso de TWT por parte del punto de acceso.

Los dispositivos conectados al punto de acceso con TWT pueden permanecer dormidos hasta que el punto de acceso notifique su tiempo de transmisión, momento en el que los dispositivos despiertan y realizan su transmisión de datos.

En Teldat la nueva generación de puntos de acceso cuentan con la tecnología Wi-Fi 6, permitiendo el uso de todas las funcionalidades descritas en la entrada del blog.

References

• https://7labs.io/tips-tricks/wi-fi-101.html

• https://www.accton.com/Technology-Brief/high-efficiency-wifi-6-ieee-802-11ax/

• https://www.extremenetworks.com/extreme-networks-blog/what-is-bss-color-in-802-11ax/

• https://arxiv.org/pdf/1907.04141.pdf

• https://www.semfionetworks.com/blog/mcs-table-updated-with-80211ax-data-rates

• https://www.itweb.co.za/content/P3gQ2qGxyLdvnRD1

Requirements

MU-MIMO Downlink and uplink

• Better response to uplink traffic for multiple users (VoIP)

OFDMA Downlink and Uplink

• Tx and Rx channel resources shared with different users optimal for high density deployments

BSS Coloring

• Minimize canal interference between AP’s

1024-QAM

• Higher bitrate

TWT (Target Wake Time)

• Lower power consumption of mobile terminals