Effektivt wifi

De nyare wifi-standarderna har inte bara möjliggjort högre överföringshastigheter. De har också öppnat för effektivare användning av wifi-nätverken så att fler klienter kan samsas utan att hastigheten sjunker för mycket. I detta kapitel ska vi se närmare på nyheterna som Wifi 5- och Wifi 6-standarden har bidragit med ur ett effektivitetsperspektiv.

När det sägs att en router stödjer överföringshastigheter på upp till exempelvis 3000 Mb/s med Wifi 6 innebär det att routern, rent teoretiskt, kan överföra så många megabit per sekund totalt. Siffran är en avrundad summering av hastigheten som routern stödjer på 2,4 GHz-bandet (574 Mb/s) och på 5 GHz-bandet (2402 Mb/s). Som vi konstaterade i Wifi-standarder innebär det att en klient som ansluter på 2,4 GHz-bandet kan ladda ned i 574 Mb/s samtidigt som en annan klient på 5 GHz-bandet laddar ned i 2402 Mb/s.

Om båda klienterna istället ansluter på 5 GHz-bandet får de dela på 2402 Mb/s. Förutsatt att båda klienterna stödjer två parallella Wifi 6-dataströmmar och att de belastar nätverket jämnt får de 1201 Mb/s vardera. Ifall tre klienter ansluter på 5 GHz-bandet får de 801 Mb/s vardera. Routern löser detta genom att skicka data till klienterna i olika tidsluckor. Först skickar routern data till klient A, sedan till klient B, därefter till klient C och slutligen återigen till klient A.

Tre klienter med samma förutsättningar laddar ned i samma hastighet.

Om en av klienterna belastar nätverket hårdare (laddar ned mer data) kommer routern att ge den klienten en procentuellt större andel av tidsluckorna. På detta vis uppnås höga nedladdningshastigheter även om många klienter är anslutna samtidigt, åtminstone i teorin. I praktiken finns det ytterligare aspekter som spelar in, vilka tillsammans gör att hastigheten sjunker mer än denna teoretiska beskrivning ger sken av.

Det första problemet är att inte alla klienter har stöd för lika många parallella dataströmmar. Om en av de tre klienterna enbart stödjer en dataström kommer det att ta dubbelt så lång tid för routern att överföra datan till den. För att fortsätta ge alla klienter lika hög nedladdningshastighet måste routern tilldela den långsammare klienten en större andel av tidsluckorna, vilket leder till att hastigheten sjunker för de två snabbare klienterna.

Tre klienter med olika förutsättningar laddar ned i samma hastighet.

Det andra problemet ligger i att klienterna har olika mottagningsförhållanden. Den faktiska överföringshastigheten mellan routern och klienterna beror på avståndet och störningarna. Ju längre avståndet är och ju värre störningar som råder, desto lägre blir den faktiska överföringshastigheten. Även om bara en av klienterna har sämre mottagningsförhållanden än de andra påverkas samtliga klienter med lägre överföringshastighet som följd. Precis som i fallet med olika antal dataströmmar beror detta på att routern måste ge klienten med sämre mottagningsförhållanden en större andel av tidsluckorna.

Ett av sätten att lindra de ovannämnda problemen är att använda en så kallad triple-band-router. Den kompletterar sitt vanliga 2,4 GHz-band med dubbla 5 GHz-band eller ett 5 GHz-band tillsammans med ett 6 GHz-band. Routern skapar ett nätverksnamn (SSID) för respektive frekvensband, och genom att dra nytta av Smart Connect kan routern samla de tre nätverksnamnen under ett gemensamt sådant (se Wifi-standarder).

Fördelen med två 5 GHz-band eller ett 5 GHz-band i kombination med ett 6 GHz-band är att belastning av det ena frekvensbandet lämnar det andra frekvensbandet opåverkat. En AX6000-router stödjer exempelvis upp till 1148 Mb/s på 2,4 GHz-bandet och upp till 9608 Mb/s fördelat på två 5 GHz-band. Med en sådan router kan två klienter ladda ned i upp till 4804 Mb/s vardera genom att ansluta på varsitt 5 GHz-band istället för att dela på 4804 Mb/s och ansluta till samma 5 GHz-band.

Alternativt kan ett av frekvensbanden användas som ett så kallat backhaul-band för att öka genomsnittshastigheten när ett mesh-system används.

En triple-band-router fördelar klienterna utifrån prestanda.

Här följer en översikt över vanligt förekommande hastighetskombinationer för triple-band-routrar.

Triple-band-routrar kräver i sig inget speciellt stöd hos klienterna och fungerar därmed med alla klienter oavsett hur gamla de är. Vid användning av dubbla 5 GHz-band måste visserligen ett av dessa läggas på höga 5 GHz-kanaler med begränsad kompatibilitet, men det orsakar sällan problem i praktiken. Klienterna som behöver högst prestanda är troligtvis utrustade med kompatibla nätverkskort/-kretsar. Läs mer om höga 5 GHz-kanaler i Kanalplanering. Detta problem kommer vi ifrån med hjälp av Wifi 6e som använder sig av 6 GHz på ett av frekvensbanden. När 6 GHz-bandet används måste klienten som ansluter sig använda sig av ett nätverkskort som stödjer Wifi 6e för att ha möjlighet att ansluta sig till 6 GHz-bandet.

Wifi 5-standarden lanserades i två så kallade ”vågor” (Wifi 5 wave 1 och Wifi 5 wave 2). Den första vågen med Wifi 5-produkter kunde dra nytta av de högre överföringshastigheterna per dataström. Den andra vågen lanserade därtill stöd för fyra parallella dataströmmar (tidigare tre), upp till 160 MHz breda kanaler (tidigare 80 MHz) samt en teknik vid namn Mu-mimo. Den långa förkortningen står för ”Multi user Mimo” och gör att flera klienter kan dra nytta av Mimo samtidigt. Jämför med vanliga Mimo (i efterhand kallat Su-mimo, Single user Mimo) som beskrivs i Wifi-standarder.

Mu-mimo höjer inte de teoretiska överföringshastigheterna. Tekniken gör istället att nedladdningshastigheterna ökar i praktiken när flera Mu-mimo-kompatibla klienter laddar ned data samtidigt. Principen bygger på faktumet att en wifi-router ofta har stöd för fler parallella dataströmmar än klienterna som ansluter till den. En mobil har vanligtvis bara stöd för en dataström och en surfplatta stödjer sällan fler än två parallella dataströmmar. Routrar har däremot ofta stöd för tre eller till och med fyra parallella dataströmmar.

Ponera att tre Wifi 5-mobiler är anslutna till en fyrströmskompatibel Wifi 5-router. Eftersom mobilerna enbart stödjer nedladdning med en dataström kommer de att som bäst kunna ladda ned i 433 Mb/s var. Det gäller under förutsättning att enbart en av dem belastar nätverket åt gången. Om alla mobiler belastar nätverket på samma gång sjunker den individuella hastigheten till en tredjedel.

Tre Wifi 5-mobiler belastar en Wifi 5-router samtidigt.

Om både routern och mobilerna stödjer Mu-mimo förbättras situationen. Tack vare beamforming, det vill säga möjligheten för routern att rikta signalen, kan routern skicka olika signaler till olika klienter på samma gång.

Tre Mu-mimo-kompatibla mobiler belastar en Mu-mimo-kompatibel router samtidigt.

För att principen ska fungera måste klienterna vara åtskilda rent fysiskt. Två klienter som ska ta emot olika signaler kan inte ligga intill varandra eftersom signalen till den ena då stör ut signalen till den andra. Så länge klienterna är separerade kan routerns beamforming göra att signalen till den ena klienten uppfattas som obetydligt brus för den andra klienten.

Klienterna måste också vara Mu-mimo-kompatibla och det är tyvärr långt ifrån alla Wifi 5-, Wifi 6- och Wifi 6e-klienter som är det. Mobiler och surfplattor går inte att begåva med Mu-mimo-stöd i efterhand. Datorer kan däremot få stödet som krävs med hjälp av ett nytt nätverkskort.

Wifi 6- och Wifi 6e-standarden bjuder på ytterligare förbättringar på Mu-mimo-fronten. Likt utrullningen av Wifi 5 görs utrullningen av Wifi 6 i två vågor. Den första vågen av Wifi 6- och Wifi 6e-produkter har redan lanserats och förbättrar Mu-mimo-tekniken genom att öka storleken på Mu-mimo-grupperna (antalet klienter som routern kan skicka data till samtidigt). Den andra vågen är tänkt att lägga till något smått revolutionerande: Mu-mimo i uppströmsriktningen. Att överföra data med Mu-mimo från klienterna till routern är betydligt mer komplicerat än att överföra data i andra riktningen. I nedströmsriktningen kan routern själv anpassa hur signalen skickas, men i uppströmsriktningen kan den bara ta emot signalen så som klienterna skickar den. Tanken är andra vågens Wifi 6- och Wifi 6e-routrar ska kunna dirigera hur och när kompatibla klienter skickar signalen. Genom att få klienterna att skicka signalen synkroniserat med varandra ska routern kunna lyssna på flera klienter samtidigt.

En av de mest omtalade nyheterna med Wifi 6 och Wifi 6e är stödet för OFDMA (Orthogonal Frequency-Division Multiple Access). Det är en teknik som redan används i 4G- och 5G-mobilnäten för att effektivare överföra data till många samtidigt anslutna mobiler. Med Wifi 6/6e tar samma teknik steget in i wifi-världen.

OFDMA och Mu-mimo kan ses som två olika lösningar för att kommunicera med flera klienter samtidigt. Mu-mimo löser det genom att separera klienterna rent fysiskt medan OFDMA löser det genom att använda olika subfrekvenser. Utan OFDMA använder routern hela kanalbandbredden (t.ex. 20 MHz) för att kommunicera med en klient åt gången. Med OFDMA kan routern dela upp kanalbandbredden så att trafik dedikerad till olika klienter skickas på olika subfrekvenser. Med Wifi 6/6e kan upp till nio klienter per 20 MHz få data skickad till sig samtidigt och Wifi 6/6e stödjer upp till 160 MHz kanalbandbredd.

Vid optimala förutsättningar fyller OFDMA ingen större funktion. Om tre identiska klienter belastar routern jämnt får de utan OFDMA en tredjedel av tidsluckorna var och därmed varsin tredjedel av hastigheten. Med OFDMA får de istället en tredjedel av frekvensbandbredden, men resultatet blir detsamma (de får en tredjedel av hastigheten).

Skillnaden i överföring med och utan OFDMA.

I den verkliga världen fyller OFDMA däremot en stor funktion. Vanligtvis gör belastningen från en långsam klient att routern inte kan nyttja sin fulla kapacitet. Med OFDMA kan routern dra nytta av kapaciteten som annars hade gått till spillo genom att skicka data till andra klienter samtidigt som den överför data till den långsamma klienten.

Med OFDMA kan routern skicka data till flera klienter samtidigt.

OFDMA ger också ett jämnare flöde av data till klienterna, i och med att de får sin data i mindre men tätare stötar. Det bådar för lägre latenser och mindre jitter, vilket är välkommet för alla som spelar spel eller har andra realtidskritiska wifi-behov. För att kunna dra nytta av alla dessa fördelar krävs stöd för OFDMA i både routern och klienterna. Till skillnad från Mu-mimo är OFDMA-stödet dock obligatoriskt för att en produkt ska kunna bli Wifi 6-certifierad.

Obs! Det är inte alla Wifi 6-produkter som är Wifi 6-certifierade. Vissa OFDMA-kompatibla Wifi 6-routrar stödjer också enbart OFDMA nedströms (trafik från router till klient) och inte uppströms (trafik från klient till router).

Ett produktsegment som verkligen gynnas av Wifi 6 och Wifi 6e är IOT (Internet of Things), till exempel fjärrströmbrytare, rörelsedetektorer och andra smarta hem-prylar. Gemensamt för dessa produkter är att de överför data långsamt, vilket som tidigare nämnt sänker hastigheten överlag i klassiska wifi-nätverk. Tack vare Wifi 6:s stöd för OFDMA kommer wifi-nätverken att kunna hantera den ökande mängden av klienter som överför data titt som tätt.

Ännu större fördelar ger Wifi 6-standarden för IOT-produkter som drivs på batteri. Fram tills nu har enbart elnätsanslunta IOT-produkter kunnat kommunicera via wifi. De batteridrivna alternativen har varit förvisade att använda strömsnålare kommunikationstekniker som Bluetooth LE, Z-wave och Zigbee. Wifi 6 introducerar stödet för TWT (Target Wait Time) som låter batteridrivna klienter gå ned i viloläge när de inte skickar eller tar emot data.

Under förutsättning att både routern och klienten stödjer TWT kan de schemalägga sin kommunikation. Schemaläggningen gör att den batteridrivna klienten vaknar i ett överenskommet intervall som kan variera mellan allt från minuter till flera dagar. Detta gör Wifi 6 tillsammans med Wifi 6e till en reell utmanare bland teknikerna som kopplar samman de smarta hemmen.

Ännu bättre förutsättningar ger Wifi 6e som även använder 6GHz-bandet. Detta ger möjligheten att fördela IOT-enheter och andra mer prestandakrävande enheter på olika ett ytterligare frekvensband för bättre prestanda i nätverket.