Что такое txbf mu mimo
Зачем нужен MU-MIMO в Wi-Fi
Как устройства подключаются к беспроводным маршрутизаторам при использовании более старых стандартов (SU-MIMO или 1×1 MU-MIMO)
Беспроводные маршрутизаторы, не поддерживающие MU-MIMO, используют так называемый метод SU-MIMO для передачи данных по беспроводному радиоканалу. SU-MIMO означает однопользовательский множественный вход с несколькими входами, а это означает, что один беспроводной канал может одновременно отправлять и получать данные от сетевого клиента. SU-MIMO является частью стандартного сетевого стандарта 802.11n, который был доработан и опубликован в октябре 2009 года. Все беспроводные маршрутизаторы с поддержкой окончательной версии стандарта 802.11n могут использовать SU-MIMO-метод для передачи данных. При использовании этого подхода маршрутизаторы умеют отправлять и получать данные, но только в одном направлении, одному клиенту за раз. Если у вас есть беспроводной маршрутизатор с одной антенной, который используется для приема и отправки данных, он может подключаться только к одному сетевому устройству за раз. Предположим, что у вас есть три пользователя, каждый со своим устройством, подключенным к Wi-Fi, транслируемым маршрутизатором. Маршрутизатор может отправлять и принимать данные только первому пользователю. Когда это делается с первым пользователем, он переходит ко второму пользователю, а затем к третьему.
Количество одновременных потоков данных ограничено минимальным количеством используемых антенн. Если ваш маршрутизатор имеет четыре антенны, в SU-MIMO вы можете одновременно иметь до четырех потоков данных. Например, беспроводной маршрутизатор, который может передавать или принимать на двух антеннах, может одновременно обрабатывать двух пользователей. Маршрутизатор с четырьмя антеннами может обрабатывать четыре отдельных потока и до четырех клиентов одновременно. Поскольку во многих WiFi-сетях у вас есть несколько беспроводных клиентов, которые подключены, каждый из которых запрашивает доступ к их потоку данных, маршрутизатор действует как пулемет, установленный на карусели. Он быстро сбивает бит данных с несколькими устройствами по очереди. Каждое устройство ждет своей очереди для отправки и приема данных, поэтому при подключении нового устройства линия и ожидание становятся длиннее. Таким образом, чем больше устройств вы подключаетесь к беспроводному маршрутизатору, использующему SU-MIMO, тем больше становится латентность и тем меньше скорость вы получаете для каждого устройства.
ПРИМЕЧАНИЕ. В некоторой технической документации SU-MIMO называется 1×1 MIMO. Имейте это в виду, когда вы видите 1×1 MIMO, который будет использоваться далее в этой статье.
Что делает MU-MIMO
MU-MIMO, многопользовательский MIMO или многопользовательский множественный входной множественный выход — это возможность передавать нескольким клиентам одновременно, а не только одну, или передавать данные сетевому клиенту с использованием нескольких потоков данных одновременно и, таким образом, увеличивать скорость передачи. С помощью этого способа передачи беспроводной маршрутизатор может «разговаривать» с несколькими пользователями одновременно на одном беспроводном радиоканале или с одним пользователем, используя несколько потоков данных на одном канале.
Существуют различные типы реализаций MU-MIMO, которые можно найти в беспроводных маршрутизаторах и устройствах:
На рисунке ниже вы можете увидеть представление маршрутизатора с поддержкой 3×3 MIMO, сообщающегося одновременно с тремя устройствами.
Что происходит, когда ваши беспроводные устройства также поддерживают MU-MIMO?
Один из аспектов MU-MIMO заключается в том, что беспроводные клиенты могут также поддерживать эту технологию. У дешевых смартфонов и планшетов есть только одна беспроводная антенна для снижения производственных затрат, поэтому они предлагают 1×1 MIMO. Премиум-смартфоны и планшеты часто имеют две антенны и могут использовать 2×2 MIMO. Доступные ноутбуки имеют две антенны Wi-Fi и могут использовать 2×2 MIMO, в то время как более дорогие имеют три антенны и могут использовать 3×3 MIMO. Сетевой адаптер PCI-Express ASUS PCE-AC88 является первым в реализации 4×4 MIMO. Любой пользователь может использовать его на настольном компьютере для подключения к сети WiFi.
Идея MU-MIMO заключается не только в одновременном подключении большего количества устройств к беспроводной сети, но и к увеличению скорости беспроводного соединения. Поэтому сетевые устройства предлагают одну из следующих реализаций MU-MIMO:
В вашей сети вы используете различные типы беспроводных устройств, которые предлагают различные реализации MIMO. Предположим, что у вас есть беспроводной маршрутизатор с 4×4 MIMO. Этот маршрутизатор предоставляет четыре потока данных. Поэтому вы можете подключать и одновременно передавать данные на четыре смартфона с 1×1 MIMO, поскольку каждый смартфон использует только один поток. Кроме того, вы можете подключать и одновременно передавать данные на две таблетки с 2×2 MIMO, на один ноутбук с 3×3 MIMO и один смартфон с 1×1 MIMO или только на одно устройство, если оно поддерживает поддержку 4×4 MIMO. Однако это устройство с 4×4 MIMO будет иметь преимущества скорости передачи, которая намного быстрее, чем один смартфон с 1×1 MIMO.
В чем преимущества MU-MIMO?
Если вы покупаете беспроводной маршрутизатор или сеть Wi-Fi с поддержкой MU-MIMO, вы получаете следующие преимущества:
Недостатки MU-MIMO
Также существуют недостатки в использовании беспроводных сетевых систем и маршрутизаторов с MU-MIMO:
Когда был выпущен MU-MIMO?
Технология MU-MIMO является частью беспроводного стандарта 802.11ac Wave 2, который был выпущен альянсом Wi-Fi летом 2015 года. В июне 2016 года Wi-Fi Alliance расширил свою программу Wi-Fi CERTIFIED, включив в нее спецификации стандарта 802.11ac Wave 2. Wi-Fi Alliance — это всемирная сеть компаний, которые предоставляют нам беспроводные продукты, стандарты и технологии. Сеть включает более 500 компаний, включая такие крупные имена, как Cisco, Qualcomm, Microsoft, Dell, Samsung, Apple, Intel и так далее.
Нужен ли мне MU-MIMO?
В современных домах растет число интеллектуальных устройств, которые требуют постоянной беспроводной связи. Даже если некоторые из ваших устройств не поддерживают MU-MIMO, вы по-прежнему пользуетесь покупкой беспроводного маршрутизатора с MU-MIMO, потому что он может обрабатывать больше устройств одновременно. Если у вас также есть премиальные смартфоны, ноутбуки и консоли в вашем доме, тогда преимущество использования MU-MIMO увеличивается. Мы рекомендуем, если у вас есть восемь или более устройств, которые подключаются к беспроводной сети в вашем доме, вам следует подумать о покупке маршрутизатора Wi-Fi с MU-MIMO.
Какие беспроводные маршрутизаторы и сетевые WiFi-системы поддерживают MU-MIMO?
Wi-Fi Alliance также предлагает портал, на котором вы можете найти все устройства, поддерживающие стандарт 802.11ac Wave 2, включая беспроводные маршрутизаторы, смартфоны, компьютеры и планшеты. Посетите их Product Finder и просмотрите типы продуктов, которые вас интересуют.
MU-MIMO
802.11ac 2.0
Вас беспокоит проблема задержек при подключении?
Количество подключаемых Wi-Fi устройств в среднем доме или офисе постоянно увеличивается. Параллельно с этим все больше устройств используются для выполнения ресурсоёмких задач. В результате пользователи испытывают низкую производительность Wi-Fi.
Сниженная производительность Wi-Fi
Почему MU-MIMO?
В целях улучшения производительности Wi-Fi режиму SU-MIMO (однопользовательский MIMO) нужна модернизация. Большинство Wi-Fi маршрутизаторов с SU-MIMO отправляют данные одному пользователю в один момент времени. Наши маршрутизаторы обычно обеспечивают 3 или более потоков данных, но большинство принимающих устройств, таких как смартфоны, планшеты, ноутбуки (и даже Apple TV) обычно получают 1
2 потока данных – таким образом, пользователи не получают максимум от возможностей роутера. Например, 3×3 11ac Wi-Fi маршрутизатор с SU-MIMO поддерживает максимальную скорость Wi-Fi до 1,3 Гбит/с. Но смартфон или планшет с одной антенной поддерживает максимальную скорость до 433 Мбит/с, оставляя незадействованной 867 Мбит/с пропускной способности.
Таким образом, MU-MIMO предназначен улучшить производительность режима SU-MIMO.
Что такое MU-MIMO?
Обыкновенные WI-Fi маршрутизаторы с однопользовательским MIMO отправляют данные только одному устройству в один момент времени. Другим пользователям, подключённым к данному соединению, приходится ожидать. Это снижает производительность и общую пропускную способность. Этот эффект становится выражен ещё сильнее при подключении большего числа пользователей и просмотра ими мультимедийного контента, такого как HD-видео.
MU-MIMO решает эту проблему, создавая 3 одновременных соединения для отправки нескольким пользователям по 3 потока данных одновременно. Благодаря технологическому преимуществу технологии MU-MIMO может обеспечивать больше пространственных потоков и отправлять данные большему числу клиентов одновременно.
В чем преимущества MU-MIMO для пользователей?
Множественная производительность – увеличенная пропускная способность и сниженная задержка
Поскольку сеть MU-MIMO не требует, чтобы клиентские устройства поочерёдно делили соединение, время ожидания значительно снижается, что обеспечивает быструю работу сети и клиентских устройств.
Больше пользователей
Маршрутизатор с MU-MIMO позволяет использовать ранее незадействованный объём пропускной способности, позволяя отправлять данные 3 пользователям одновременно.
Высокая эффективность – больший объём передачи трафика в сети
Сети с большим числом клиентов получают больше времени или пропускной способности для обработки устаревших устройств, что позволяет даже устаревшим клиентам получать выгоду от MU-MIMO.
Быстрее / мощнее / эффективнее
Что предлагает TP-LINK?
В настоящий момент Archer C3150 поддерживают MU-MIMO. Технология MU-MIMO будет применяться в большем числе устройств в будущем.
Что такое MU-MIMO и что это дает конечному пользователю?
Что такое MIMO?
SU-MIMO и MU-MIMO: в чем различие?
Работа многопользовательского МИМО начинается с 802.11ax, 802.11ac Wave2. Старшие стандарты, такие как 802.11b, g и n его не поддерживают. Когда в 2015 году вышел стандарт ac Wave 2, с этой технологией могли работать только маршрутизаторы и точки доступа.
Технология MU-MIMO изнутри
В 2008 году стандарт 802.11n представил технологию multi-in multi-out (MIMO), предназначенную для повышения пропускной способности Wi-Fi между точками доступа и клиентскими устройствами. Чтобы MIMO работал, две беспроводные станции (т.е. и точка доступа, и клиентское устройство) должны иметь несколько антенн, которые идентичны и физически отделены друг от друга фиксированным расстоянием, чтобы отсутствовала разность фаз на рабочей длине волны.
Пространственное мультиплексирование (Spatial Mutiplexing)
Пространственный поток представляет собой набор данных, посланный передающими антеннами, который может быть математически реконструирован на антеннах приемника. В MIMO каждый пространственный поток передается с разных антенн в том же частотном канале, на котором работает передатчик. Рисунок ниже иллюстрирует это для случая с двумя потоками.
Приемник принимает каждый поток на идентичную радио цепь. Поскольку он знает смещения фазы своих собственных антенн, он может использовать математические методы обработки сигналов для реконструкции исходных потоков. Чтобы повысить пропускную способность нужно увеличивать количество потоков. Каждый пространственный поток содержит набор уникальных данных, а количество независимых пространственных потоков ограничено тем, какое Wi-Fi устройство имеет наименьшее количество радиолиний.
В первой волне 802.11ac пропускная способность повышалась не только за счет использования MIMO, а применялись и другие механизмы:
Однако общая ширина полосы в любом частотном диапазоне является «конечной» и это накладывает свои ограничения. Чем шире канал, тем больше он подвержен помехам.
Beamforming (адаптивное формирование диаграммы направленности луча)
Многопользовательский MIMO (MU-MIMO) повышает пропускную способность канала за счет одновременной передачи данных на множество клиентов. Но есть еще другая эффективная технология – формирование диаграммы направленности луча в нисходящем канале – TxBF.
TxBF впервые была представлена в стандарте 802.11n, но широкого распространения не получила. Если в MIMO с каждой антенны отправляются разные пространственные потоки, то при формировании луча с нескольких антенн отправляется один и тот же поток со сдвигом фаз.
Роутер отправляет служебную информацию к клиенту со всех своих антенн, а клиент в обязательном порядке отвечает роутеру матрицей, которая указывает, что он увидел от каждой из антенн. Программное обеспечение маршрутизатора вычисляет примерное местоположение клиента и вносит поправки в работу всех своих передатчиков таким образом, что бы максимизировать сигнал на клиенте.
Например, для устранения замираний на одной из антенн изменяется фазовый сдвиг или увеличивается амплитуда сигнала для прохождения преграды. Если сигнал с разных антенн приходит синфазно и с одинаковой мощностью, он складывается – это понятие называется конструктивной интерференцией. В этом случаем за счет увеличения мощности сигнала возрастает скорость передачи данных и максимальное расстояние до клиента. И наоборот если приходит два сигнал с противоположной фазой они гасятся, и результирующая амплитуда сигнала может быть равна нулю – это называется деструктивной интерференцией радиоволн.
Для формирования диаграммы направленности требуется использование фазированной антенной решетки, в которой имеется множество одинаковых антенн и они разнесены на фиксированное друг от друга расстояние (для работы в противофазе).
За счет одновременной передачи данных сразу нескольким клиентам и поддержки множества пространственных потоков MU-MIMO позволяет увеличить канальную скорость в полосе.
Механизм передачи информации в MU-MIMO
Максимальное количество одновременно работающих клиентов на единицу меньше, чем общее количество доступных потоков роутера. Это математическое ограничение и вот почему. Точка доступа должна контролировать как зоны максимальной конструктивной интерференции для фокусирования самого сильного сигнала на клиентском устройстве, так и зоны максимальной деструктивной интерференции, чтобы минимизировать сигнал на других клиентских устройствах в этой группе.
Математически число переменных превышает число неизвестных, поэтому одним потоком нельзя управлять независимо. Таким образом, для текущего поколения точек доступа 802.11ac Wave 2 с поддержкой MU-MIMO 4×4: 4 допустима следующая комбинация групп:
Совместное использование пространственного мультиплексирования и адаптивного формирования диаграммы направленности луча позволяет:
IoT (Интернет вещей) и MU-MIMO
Стандарт 802.11ax может поддерживать одновременно восемь передач MU-MIMO, по сравнению с четырьмя в 802.11ac. Одновременная поддержка восьми выделенных каналов позволяет большему количеству IoT устройств установить связь с точкой доступа и избежать проблем с пропускной способностью, которые существовали в более ранних версиях Wi-Fi, включая 802.11ac. Это особенно актуально, если в помещении большое количество устройств, обладающих низкой скоростью передачи данных (а это как раз и есть IoT).
Практические ограничения MU-MIMO
Комментарии
Даниил 2021-05-14 10:37:00
Что такое MU-MIMO: простой рассказ о сложной технологии
Здравствуйте, дорогие друзья! Сегодня мы с вами вместе будем разбираться с технологией MU-MIMO. Все мы понимаем, что каждый день число пользователей интернетом растет, а многие работают с мощными устройствами для выполнения ресурсоемких задач. В такой ситуации происходят задержки при подключении к Wi-Fi сети, долго открываются страницы, медленно скачиваются файлы.
А всему виной – технология однопользовательской передачи данных SU-MIMO. Давайте разбираться, чем же лучше MU-MIMO, что это такое вообще и как работает.
Постараюсь рассказать простым языком, но если вдруг будут вопросы, сразу пишите в комментарии!
Определение
Начну, пожалуй, с определения – что представляет собой MIMO. Это метод пространственного кодирования сигнала, который увеличивает полосу пропускания канала, где передача и прием данных происходят системами из нескольких антенн. Антенны разносят таким образом, чтобы корреляционная зависимость между соседними была слабой.
Для повышения пропускной способности и получения необходимой скорости передачи данных эффективны именно такие антенны. А системы с ними получили название MIMO. Технология широко применяется в локальных беспроводных сетях протокола 802.11 n, ac, а также LTE и ViMAX.
В переводе с английского MIMO (Multiple Input Multiple Output) переводится как «множество входов, множество выходов». То есть сигнал на одном канале передается несколькими приемниками и передатчиками. Например, изучая характеристики Wi-Fi устройства, можно увидеть такие параметры – 3*2. Это значит – 3 передатчика и 2 принимающих антенны.
Если говорить о связи с Wi-Fi, то именно метод MIMO позволил увеличить максимальную теоретическую скорость до 300 Мбит/с. Это послужило возникновению стандарта 802.11 n, который повсеместно работает по сей день. Этот протокол работает при стандартной ширине канала 20 МГц, но также позволяет применять широкополосной – 40 МГц. Это дает высокую пропускную способность – мы без торможений можем играть в онлайн-игры, скачивать «тяжелые» файлы, общаться по видео в режиме реального времени.
Целый видео-урок об основах Wi-Fi, в том числе и про MIMO, можно посмотреть здесь:
В зависимости от числа пользователей, которым одновременно идет передача данных, есть два вида технологии:
Проще говоря, если применяется SU-MIMO, в определенный временной промежуток потоки данных идут одному пользователю. Технология предоставляет многоканальные входные и выходные потоки одному устройству. Пока Wi-Fi устройство адресата получает или принимает данные, другие клиенты находятся в ожидании.
MU-MIMO позволяет нескольким пользователям принимать несколько потоков данных. Она базируется на технологии SU-MIMO, но обеспечивает одновременную связь точки доступа с несколькими устройствами.
MU-MIMO создает до 4 одновременных подключений для нескольких пользователей, передавая по 4 потока данных одновременно. В результате клиенты не делят между собой соединение и улучшается производительность сети.
Особенности
А теперь несколько фактов, которые помогут нам до конца разобраться в технологии:
Эти 8 пунктов рассказывают об особенностях технологии. Надеюсь, объяснила все понятно.
Обзор роутеров
Ну и в конце статьи хочу сделать краткий обзор нескольких моделей маршрутизаторов с поддержкой MU-MIMO.
ASUS RT-AC87U
Мощная машинка за 12000 рублей. Без проблем подойдет для видеоконференций и передачи потоков мультимедиа различного объема. Применение технологии 4*4 MU-MIMO дает ровный сигнал на площади в 465 кв. м. Пользователи отмечают, что даже при одновременном подключении нескольких устройств нет падения пропускной способности.
TP-LINK Archer C2600
Современное решение для подключения большого количества пользователей примерно за 15000 рублей. Используемый стандарт 802.11 ac суммарно дает максимальную скорость до 2600 Мбит/с – 800 Мбит в диапазоне 2,4, до 1733 Мбит/с на частоте 5 ГГц.
Применение архитектуры многопользовательского MIMO улучшает производительность и пропускную способность Wi-Fi сети. У роутера 4 внешние несъемные антенны с мощным усилением. Порты гигабитные, USB разъемы поколения 3.0.
Linksys EA8500
Примерная стоимость маршрутизатора – 19000 рублей. Что можно выделить:
Обзор роутера в формате видео предлагаю посмотреть тут:
Вот еще несколько моделей роутеров с поддержкой многопользовательского MIMO:
Напишите нам, про какую модель вы хотели бы узнать подробно. Обязательно сделаем обзор. А я прощаюсь, до встречи!
Технология MU-MIMO: что это такое, и зачем нужен роутер с её поддержкой?
Мы проверяем наличие Wi-Fi, как только окажемся дома, на работе, в ресторане, в аэропорту, в отеле… И, подключившись к беспроводной сети, никто не хочет ждать дольше пары секунд, пока обновится страница в Facebook или скачается электронная почта. Но скорость Wi-Fi порою оставляет желать лучшего, особенно если вы сидите не у себя дома, а в переполненном кафе, офисе или аэропорту. Причина такой неприятности — SU-MIMO, технология однопользовательской передачи данных. В современных роутерах ей на смену приходит более прогрессивная MU-MIMO.
SU-MIMO и MU-MIMO: чем они различаются?
MIMO расшифровывается как multiple input, multiple output — «множественный ввод, множественный вывод». Это метод пространственного кодирования сигнала, использующий систему с множеством каналов передачи и приема данных.
В зависимости от количества пользователей, в адрес которых осуществляется одновременная передача данных, существует два типа MIMO:
Сейчас в сетях Wi-Fi традиционно используется технология, при которой подключение к точке доступа происходит последовательно, и в определенный отрезок времени все потоки данных адресованы одному пользователю: пока его устройство отправляет или получает данные, остальные скромно ждут своей очереди. Это похоже на получение обеда в столовой: стоя в очереди, вы видите повара на раздаче, но впереди ещё два десятка коллег, и ваша порция достанется вам только после того, как обслужат стоящих перед вами людей. С Wi-Fi в случае SU-MIMO история аналогичная: из-за задержки на ожидание очереди скорость обмена данными снижается, и, даже находясь дома в зоне стабильного приёма, телефон или планшет не всегда подключается к сети мгновенно или долго загружает страницы.
Зачем вообще что-то менять, если и так всё хорошо?
«Но мы же нормально жили с существующими технологиями Wi-Fi», — скажете вы. Что ж, вот вам парочка интересных фактов. Большинство пользователей обновляют домашний роутер раз в 3–5 лет. Для мира технологий это эквивалентно 30–50 годам! Например, пять лет назад почти никто даже не думал об Интернете вещей или «умном доме».
Объёмы мобильного трафика непрерывно растут: например, в США каждый год среднестатистическая семья добавляет к домашней сети Wi-Fi три подключенных устройства, а к 2022 году, с наступлением эры Интернета вещей, таких устройств в каждом домовладении будет до 50!
Получается, что и число подключенных устройств, и количество данных, которые мы потребляем, растёт ускоряющимися темпами. Если вы купили роутер пять лет назад, то скорее всего он с трудом справляется даже с существующими нагрузками. Чтобы идти в ногу со временем — не только сегодня, но и в ближайшие несколько лет, лучше перейти на роутер с технологией MU-MIMO. Такой роутер обеспечит передачу данных между множеством устройств одновременно без потери скорости и качества подключения. Даже наоборот, скорость обслуживания подключённых устройств повысится. Беспроводные модули в ваших многочисленных домашних устройствах не будет «топтаться», переминаясь с ноги на ногу, в ожидании своей очереди, он не будет тратить энергию на отправку роутеру запросов на подключение, а значит, сможет работать дольше от одной зарядки.
Как я опознаю роутер с МU-MIMO?
Роутер с поддержкой MU-MIMO визуально отличается бОльшим количеством передающих и принимающих антенн, из-за чего похож на ёжика. Многочисленные антенны как раз и нужны для одновременного обслуживания нескольких устройств без потери скорости.
IoT дружит с MU-MIMO?
В обозримом, а точнее даже скором будущем Интернет вещей (IoT) станет обыденностью. Технология SU-MIMO не позволит эффективно и быстро подключать множество устройств, которые постоянно обмениваются данными с Сетью.
А роутер с MU-MIMO сможет обеспечить достаточную пропускную способность для большого количества подключенных устройств: смартфонов, медиаплееров, смарт-телевизоров, планшетов, игровых ПК и другой умной техники — вплоть до стиральных машин, холодильников, мультиварок. Даже если вся техника и все члены семьи будут одновременно пользоваться Wi-Fi, качество соединения не пострадает.
За что вы полюбите MU-MIMO
Роутеры, в которых реализована эта технология, стали появляться не так давно и на рынке их пока немного. Но когда придет время обновляться, предпочтительно выбирать модель с поддержкой MU-MIMO — такой роутер не устареет морально в ближайшие годы.