Linksys Velop tinklo optimizavimo algoritmai

Kaip veikia šiuolaikiniai namų tinklai ir kodėl jie tokie svarbūs

Prisimenu, kaip prieš kokį dešimtmetį namuose pakakdavo vieno maršrutizatoriaus, kad visi būtų laimingi. Dabar situacija visiškai kitokia – turime išmaniuosius telefonus, planšetes, kompiuterius, televizorius, šaldytuvus, dulkių siurblius ir dar dešimtis kitų įrenginių, kurie nori prisijungti prie interneto. Linksys Velop sistema atsirado kaip atsakas į šį sudėtingumą, ir jos optimizavimo algoritmai yra tikra technologinė magija, nors, žinoma, jokios magijos čia nėra – tik gerai apgalvota inžinerija.

Mesh tinklų technologija, kurią naudoja Velop, iš esmės pakeičia tradicinį požiūrį į namų Wi-Fi. Vietoj vieno centrinio maršrutizatoriaus, kuris stengiasi pasiekti kiekvieną kambarį, turime kelias mazgų stotis, kurios dirba kaip komanda. Tai primena orkestro veikimą – kiekvienas instrumentas atlieka savo partiją, bet kartu sukuria harmoningą skambesį.

Saviorganizuojantis tinklas – ne tik reklamos šūkis

Velop sistema naudoja tai, kas vadinama „self-organizing network” arba saviorganizuojančiu tinklu. Skamba gražiai, bet kas tai reiškia praktiškai? Įsivaizduokite, kad jūsų namuose yra keletas Velop mazgų. Kai juos įjungiate, jie pradeda bendrauti tarpusavyje, tarsi nauji kaimynai susipažįsta per tvorą. Tik šie kaimynai kalba radijo bangomis ir keičiasi informacija apie signalo stiprumą, triukšmo lygius ir galimus ryšio kelius.

Sistema naudoja dinaminį maršrutizavimo algoritmą, kuris nuolat analizuoja tinklo būklę. Tai vyksta fone, jūs nieko nepastebite. Algoritmas stebi, kuris kelias tarp mazgų yra greičiausias, kuris mažiausiai apkrautas, ir automatiškai nukreipia duomenų srautus optimaliausiu maršrutu. Jei vienas kelias užsikemša (pavyzdžiui, kažkas pradeda transliuoti 4K vaizdo įrašą), sistema greitai persiorientuoja ir randa alternatyvą.

Įdomiausia tai, kad Velop naudoja atskirą radijo kanalą komunikacijai tarp mazgų – tai vadinama „dedicated backhaul”. Trijų dažnių modeliai turi du 5 GHz diapazonus ir vieną 2.4 GHz. Vienas iš 5 GHz dažnių yra rezervuotas tik mazgų tarpusavio bendravimui, o kiti du aptarnauja jūsų įrenginius. Tai kaip turėti atskirą greitkelį tik tarnybiniam transportui – duomenys tarp mazgų keliauja netrukdomi.

Band steering arba kaip sistema sprendžia už jus

Viena iš labiausiai neįvertintų Velop funkcijų yra band steering technologija. Daugelis žmonių net nežino, kad ji egzistuoja, bet ji dirba kiekvieną dieną. Esmė tokia: jūsų išmanusis telefonas gali veikti dviejuose dažniuose – 2.4 GHz ir 5 GHz. Pirmasis geriau prasiskverbia pro sienas, bet lėtesnis. Antrasis greitesnis, bet silpnesnis per kliūtis.

Velop sistema analizuoja kiekvieno įrenginio galimybes ir padėtį, tada „pastūmėja” jį prie tinkamesnio dažnio. Jei sėdite šalia mazgo su planšete, sistema jus nukreips į 5 GHz, nes signalas stiprus ir galite mėgautis maksimaliu greičiu. Jei nueinate į rūsį, kur signalas silpnesnis, sistema švelniai perkels jus į 2.4 GHz, kad išlaikytų stabilų ryšį.

Algoritmas atsižvelgia į daugybę parametrų: signalo stiprumą (RSSI), duomenų perdavimo greitį, klaidų skaičių, tinklo apkrovimą. Tai ne vienkartinis sprendimas – sistema nuolat persvarsto savo pasirinkimus. Kai kurie pigūs mesh tinklai tiesiog leidžia įrenginiui pačiam pasirinkti, bet Velop aktyviai valdo procesą, naudodama 802.11k, 802.11v ir 802.11r protokolus.

Airtime fairness – demokratija radijo bangose

Štai įdomi problema: turite namuose seną nešiojamąjį kompiuterį iš 2012 metų ir naują iPhone. Senas kompiuteris palaiko tik senus Wi-Fi standartus ir dirba lėtai. Jei abu įrenginiai nori perduoti duomenis, tradicinis maršrutizatorius duoda kiekvienam vienodą laiką – tarkim, 50% laiko senam kompiuteriui ir 50% naujam telefonui.

Problema ta, kad per tą 50% laiko senas kompiuteris gali perduoti, tarkim, 10 MB duomenų, o naujas telefonas – 100 MB. Tai reiškia, kad senas įrenginys lėtina visą tinklą. Velop naudoja airtime fairness algoritmą, kuris skirsto laiką ne pagal įrenginių skaičių, o pagal duomenų kiekį. Taigi naujas telefonas gaus daugiau laiko, nes jis gali tuo laiku perduoti daugiau informacijos. Tai ne diskriminacija – tai efektyvumas.

Sistema stebi kiekvieno įrenginio galimybes ir prisitaiko. Jei turite daug senų įrenginių, Velop vis tiek stengiasi užtikrinti, kad visi gautų pakankamai pralaidumo, bet prioritetą teikia tiems, kurie gali dirbti greičiau. Praktiškai tai reiškia, kad jūsų 4K vaizdo transliacija nestrigs, net jei kažkas namuose naudoja seną planšetę.

MU-MIMO ir beamforming – tikslinė duomenų pristatymas

Seniau Wi-Fi veikė kaip mokytojas, kuris gali kalbėti tik su vienu mokiniu vienu metu. Kiti turi laukti eilėje. MU-MIMO (Multi-User, Multiple-Input, Multiple-Output) technologija leidžia „kalbėti” su keliais įrenginiais vienu metu. Velop sistema palaiko iki 4 duomenų srautų vienu metu, naudodama kelias antenas.

Bet kaip tai veikia praktiškai? Sistema naudoja sudėtingus signalų apdorojimo algoritmus, kurie leidžia atskirti skirtingus duomenų srautus. Įsivaizduokite, kad stovite kambaryje, kuriame kelios pokalbių grupės. Jūsų ausys ir smegenys gali išskirti vieną pokalbį iš bendro triukšmo fono – tai vadinama „cocktail party effect”. MU-MIMO daro kažką panašaus su radijo bangomis.

Beamforming papildo šią technologiją. Vietoj to, kad siųstų signalą visomis kryptimis vienodai (kaip lemputė šviečia visomis kryptimis), Velop mazgas gali „fokusuoti” signalą konkrečia kryptimi, kur yra jūsų įrenginys. Tai pasiekiama keičiant fazę ir amplitudę kiekvienoje antenoje. Rezultatas – stipresnis signalas ten, kur jo reikia, ir mažiau trukdžių kitiems.

Algoritmas nuolat skaičiuoja optimalias antenos nuostatas kiekvienam įrenginiui. Kai judėjate po namus su telefonu, beamforming „seka” jus, koreguodamas signalo kryptį. Tai vyksta labai greitai – šimtus kartų per sekundę sistema gali perskaičiuoti optimalią konfigūraciją.

Adaptyvus QoS – prioritetų žaidimas

Quality of Service (QoS) yra būdas pasakyti tinklui, kas yra svarbu, o kas gali palaukti. Velop naudoja adaptyvų QoS, kuris mokosi iš jūsų elgsenos. Pavyzdžiui, jei kiekvieną vakarą 20 val. žiūrite Netflix, sistema tai pamena ir automatiškai pradeda prioritizuoti vaizdo transliavimo srautus tuo metu.

Sistema kategorizuoja duomenų srautus į kelis tipus: vaizdo transliavimas, žaidimai, naršymas, failų atsisiuntimas ir pan. Kiekvienas tipas gauna skirtingą prioritetą. Vaizdo transliavimas ir žaidimai paprastai gauna aukščiausią prioritetą, nes jie jautrūs vėlavimams. Failų atsisiuntimas gali palaukti – jums nesvarbu, ar 1 GB failas atsisiųs per 2 minutes ar 2 minutes ir 10 sekundžių.

Įdomu tai, kad Velop naudoja deep packet inspection (DPI) technologiją, kuri analizuoja duomenų paketus ir bando atpažinti, kokio tipo srautas tai yra. Sistema žiūri ne tik į IP adresus ir prievadus, bet ir į paketo turinį (kiek tai leidžia šifravimas). Taip ji gali atskirti, pavyzdžiui, Zoom vaizdo skambutį nuo paprastos el. pašto sinchronizacijos.

Algoritmas taip pat stebi tinklo apkrovimą realiu laiku. Kai tinklas neapkrautas, visi gauna maksimalų greitį. Kai prasideda konkurencija dėl pralaidumo, QoS įsijungia ir pradeda valdyti srautus pagal prioritetus. Tai dinamiškas procesas – sistema nuolat persvarsto sprendimus pagal besikeičiančias sąlygas.

Kanalo optimizavimas ir trukdžių valdymas

Wi-Fi dažnių spektras yra kaip daugiajuostė automagistralė, kur kiekviena juosta yra atskiras kanalas. 2.4 GHz diapazone yra tik 3 nepersidengiančios juostos, o 5 GHz – daug daugiau. Problema ta, kad jūsų kaimynai taip pat naudoja tuos pačius kanalus. Velop sistema nuolat skenina eterį ir ieško mažiausiai užimtų kanalų.

Algoritmas naudoja keletą metrikų: kanalo užimtumą (kiek laiko jis naudojamas), trukdžių lygį, gretimų tinklų signalo stiprumą. Sistema gali automatiškai perjungti į kitą kanalą, jei dabartinis tampa per daug užimtas. Tai vyksta sklandžiai – jūsų įrenginiai net nepastebės perjungimo, nes jis trunka tik kelias milisekundes.

5 GHz diapazone yra papildoma komplikacija – kai kurie kanalai yra DFS (Dynamic Frequency Selection) zonoje, kur Wi-Fi turi užleisti vietą radarams. Jei Velop aptinka radaro signalą, ji turi per 10 sekundžių išsikraustyti į kitą kanalą. Algoritmas tai daro automatiškai, bet stengiasi vengti DFS kanalų, jei yra kitų gerų alternatyvų.

Sistema taip pat naudoja kanalų pločio optimizavimą. 5 GHz diapazone galite naudoti 20, 40, 80 ar net 160 MHz pločio kanalus. Platesni kanalai reiškia didesnį greitį, bet jie labiau jautrūs trukdžiams ir užima daugiau vietos spektre. Velop dinamiškai keičia kanalo plotį priklausomai nuo aplinkos – jei eteris švarus, naudoja platesnius kanalus, jei triukšmingas – siauresnius.

Kai viskas susideda į vieną veikiančią sistemą

Dabar suprantate, kodėl Velop sistema veikia taip sklandžiai – tai ne vienas algoritmas, o daugybė jų, dirbančių kartu. Saviorganizuojantis tinklas užtikrina, kad mazgai bendrauja efektyviausiais keliais. Band steering ir node steering užtikrina, kad jūsų įrenginiai visada prijungti prie geriausio mazgo ir dažnio. MU-MIMO ir beamforming maksimizuoja signalo kokybę. Adaptyvus QoS prioritizuoja svarbų srautą. Kanalo optimizavimas išvengia trukdžių.

Visa tai vyksta automatiškai, fone, tūkstančius kartų per sekundę. Jums nereikia nieko konfigūruoti ar suprasti – tiesiog įjungiate mazgus, prijungiate įrenginius ir viskas veikia. Tai ir yra tikrasis mesh tinklų pranašumas – ne tik platesnis padengimas, bet ir protingas, adaptyvus valdymas.

Žinoma, sistema nėra tobula. Labai sudėtingose aplinkose, kur daug trukdžių ar neįprastų reikalavimų, gali tekti rankiniu būdu koreguoti kai kuriuos nustatymus. Bet 90% vartotojų tiesiog džiaugiasi veikiančiu tinklu, nežinodami apie visą tą sudėtingą technologiją, kuri dirba už kulisų. Ir tai, galų gale, yra geriausias technologijos įvertinimas – kai ji tiesiog veikia ir netrukdo gyventi.