۱۳ نکته مهم درباره وای‌فای MU-MIMO

درباره مزایای MU-MIMO صحبت‌های زیادی شده است، اما موضوع مهم این است که بدانیم این فناوری بی‌عیب‌ونقص نیست و قدرت نامحدودی به کاربران نمی‌دهد. بسیاری از مردم هنوز دقیقاً نمی‌دانند MU-MIMO چیست و چه‌ کاری می‌کند و افسانه‌های اشتباهی درباره‌اش می‌‌گویند. در این مطلب ۱۳ نکته کلیدی درباره این فناوری را عنوان کرده‌ایم تا هم بیشتر با این دستاورد بزرگ صنعت شبکه‌های بی‌سیم آشنا شوید و هم با چشمانی باز به سراغ خرید و استفاده از روترهای MU-MIMO در بازار بروید. 

مطلب پیشنهادی

با اینترنت 5G یک فیلم 4K را در ۱۸ ثانیه دانلود کنید

5G‌ بزرگ‌ترین پدیده دنیا بعد از الکتریسیته است

MU-MIMO، مخفف Multi-User Multiple Input Multiple Output به معنی «چند ورودی، چند خروجی، چند کاربری» است. این فناوری توسعه‌یافته قابلیت SU-MIMO، مخفف Single-User MIMO است که نزدیک به یک دهه پیش، روی استاندارد 802.11n مطرح شد.
SU-MIMO به یک جفت دستگاه اجازه می‌دهد به صورت بی‌سیم و هم‌زمان روی چندین کانال تبادل اطلاعات یا استریم اطلاعات داشته باشند. SU-MIMO در زمان خود، باعث افزایش سرعت شبکه‌های وای‌فای شد. اکنون، MU-MIMO گسترش‌یافته این فناوری است و به چندین کاربر یا دستگاه اجازه می‌دهد هم‌زمان روی چندین کانال رادیویی ارسال یا دریافت اطلاعات داشته باشند. MU-MIMO یکی از پیچیده‌ترین فناوری‌ها و تکنیک‌های ابداع‌شده در حوزه ارتباطات بی‌سیم و وای‌فای است و یک ویژگی فوق‌پیشرفته محسوب می‌شود.

مطلب پیشنهادی

نگاهی به روتر بی‌سیم Linksys EA8500

پیش به سوی نسل بعدی وای‌فای!

این فناوری به طور ویژه روی روترها و اکسس‌پوینت‌های مجهز به چیپ‌ست‌های 802.11ac Wave 2 عرضه شده است و در بازار به عنوان یک مزیت رقابتی کلیدی برای فروش محصولات برتر استفاده می‌شود. کاربرانی که تمایل دارند وای‌فای پیشرفته، پرسرعت و به‌روزی داشته باشند، به سراغ خریدن یک روتر یا اکسس‌پوینت مجهز به قابلیت MU-MIMO می‌روند. توجه کنید تمام روترها و اکسس‌پوینت‌های 802.11ac یا اصطلاحاً سری AC در بازار مجهز به MU-MIMO نیستند و عموماً نسل جدید این محصولات که اواخر سال‌های ۲۰۱۵ و سال ۲۰۱۶ ساخته و روانه بازار شدند، از این ویژگی برجسته سود می‌برند. (شکل 1) 

شکل ۱: فناوری SU-MIMO اجازه می‌دهد یک دستگاه در یک زمان بتواند چندین استریم ورودی یا خروجی داشته باشد، اما MU-MIMO اجازه می‌دهد چندین دستگاه در یک زمان چندین استریم ورودی یا خروجی داشته باشند. 

۱- MU-MIMO فقط برای لینک‌های دانلود کار می‌کند
این موضوع، نکته بسیار مهمی است که بیشتر کاربران از آن اطلاعی ندارند. MU-MIMO برخلاف SU-MIMO، فقط برای اتصال‌ها و لینک‌های دانلود طراحی و توسعه داده شده است و در وای‌فای استفاده می‌شود. تنها روترهای بی‌سیم و اکسس‌پوینت‌هایی می‌توانند ارسال اطلاعات به کاربران مختلف را به طور هم‌زمان شبیه‌سازی کنند که با هریک از این کاربران چندین لینک استریم اطلاعات داشته باشند. بنابراین برای دریافت اطلاعات از کلاینت‌ها استفاده نمی‌شود و روی سرعت دریافت اطلاعات از چندین دستگاه تأثیری ندارد. دستگاه‌های متصل به شبکه بی‌سیم مانند تبلت و تلفن هوشمند، خودشان مستقیم و به دور از هر نوع فناوری روی روتر یا اکسس‌پوینت اطلاعات را برای شبکه بی‌سیم می‌فرستند.
البته، این دستگاه‌ها می‌توانند از تکنیک SU-MIMO برای ارسال اطلاعات چندگانه استفاده کنند. برای مدیران شبکه، این نکته به این معنا است که MU-MIMO برای کاربران و شبکه‌هایی مناسب است که غالباً دانلودشان بیشتر از آپلودشان است. امیدواریم در نسخه‌های بعدی استاندارد 802.11ax شاهد پشتیبانی MU-MIMO از لینک‌های آپلود نیز باشیم. 

۲- MU-MIMO فقط روی فرکانس پنج گیگاهرتز کار می‌کند
فناوری SU-MIMO روی هر دو فرکانس ۲.۴ و پنج گیگاهرتز کار می‌کند، اما فناوری MU-MIMO این‌گونه نیست. روترها و اکسس‌پوینت‌ها فقط می‌توانند روی فرکانس رادیویی بالا ارسال اطلاعات چندگانه برای چندین ورودی/خروجی را شبیه‌سازی کنند؛ بنابراین MU-MIMO فقط روی باندهای فرکانسی پنج گیگاهرتز کار می‌کند و برای باندهای فرکانس کاری کوچک‌تر و متراکم‌تر ۲.۴ گیگاهرتز کاربردی نیست. مثلاً اگر در یک شبکه بی‌سیم پنج دستگاه فعال هستند که دو دستگاه روی فرکانس پنج گیگاهرتز و سه دستگاه روی فرکانس ۲.۴ گیگاهرتز تنظیم شده‌اند، فقط دو دستگاه می‌توانند روی MU-MIMO کار کنند و دستگاه‌های دیگر نمی‌توانند استریم هم‌زمان از چندین باندکاری رادیویی داشته باشند. یکی از نقاط ضعف MU-MIMO اینجا نمود پیدا می‌کند که مدیران شبکه باید آن را رفع کنند. 
به طور کلی، روترها و اکسس‌پوینت‌های جدید از هر دو فرکانس کاری پشتیبانی می‌کنند، اما باید دستگاه‌های کلاینت مانند تبلت‌ها، تلفن‌های هوشمند، نوت‌بوک‌ها و کامپیوترهای خانگی نیز به سوی فرکانس پنج گیگاهرتز حرکت کنند. اولین گام در این مسیر، به‌روزرسانی دانگل شبکه است. 

۳- Beamforming فقط به سیگنال‌های مستقیم کمک می‌کند
بسیاری از کاربران Beamforming و MU-MIMO را با یکدیگر اشتباه می‌گیرند و تصور می‌کنند روتری که مجهز به فناوری Beamforming است، کارایی و سرعتی مانند MU-MIMO دارد. اما این دو فناوری از اساس با یکدیگر تفاوت دارند و ویژگی‌های هم را پوشش نمی‌دهند. Beamforming به جای اینکه تمام سیگنال‌ها را در همه جهت توزیع و پراکنده کند، کیفیت و پایداری سیگنال‌های ارسال‌شده در جهت مستقیم برای دستگاه‌های دیگر را تضمین می‌کند. وقتی تمام سیگنال‌ها فقط در یک جهت مستقیم و برای یک دستگاه یا چند دستگاه خاص ارسال می‌شوند، طبیعی است که سرعت و قدرت وای‌فای افزایش خواهد یافت. در حال حاضر، برندهای مختلف سعی کردند نسخه‌های متفاوتی از Beamforming را پیاده‌سازی کنند که غالباً با MU-MIMO در تعارض است. اگر سخت‌افزارسازها قصد دارند هم MU-MIMO و هم Beamforming را روی یک دستگاه داشته باشند، باید نسخه‌های یکپارچه و ساده‌شده این فناوری‌ها را روی محصولات 802.11ac پیاده‌سازی کنند. 

۴- MU-MIMO هم‌زمان از تعداد نامحدودی دستگاه پشتیبانی نمی‌کند
یک تصور اشتباه درباره فناوری جدید و پرسروصدای MU-MIMO این است که تعداد نامحدودی دستگاه می‌توانند هم‌ز‌مان ارسال و دریافت اطلاعات چندگانه داشته باشند، در حالی که این‌طور نیست و هر روتر بی‌سیم یا اکسس‌پوینت فقط از تعداد محدودی کانال استریم اطلاعات که غالباً سه یا چهار کانال است، پشتیبانی می‌کنند. این تعداد کانال به تعداد آنتن‌های داخلی و خارجی روتر بی‌سیم یا اکسس‌پونت وابسته است. پس تعداد کانال‌های استریم اطلاعات محدود است، اما یک روتر یا اکسس‌پوینت می‌تواند تصمیم بگیرد برای هر دستگاه چند کانال استریم اختصاص دهد. مثلاً یک روتر MU-MIMO چهارکاناله می‌تواند هم‌زمان چهار دستگاه یک‌کاناله را پشتیبانی کند یا اینکه یک دستگاه یک‌کاناله و یک دستگاه سه‌کاناله را زیر پوشش خود قرار دهد. مدیران شبکه نمی‌توانند تعداد زیادی دستگاه چندکاناله را در یک شبکه بی‌سیم 802.11ac فعال کنند، بلکه باید تعداد محدودی دستگاه چندکاناله مانند تلویزیون یا کنسول بازی را در کنار دستگاه‌های کلاینت هم‌مصرف شبکه به کار گیرند. 

۵- دستگاه‌های کاربران به چندین آنتن نیاز ندارند
همانند فناوری SU-MIMO، در فناوری MU-MIMO نیز کافی است دستگاه‌های کلاینت کاربران به طور توکار مجهز به فناوری MU-MIMO باشند تا سیگنال‌های MU-MIMO را دریافت کنند. در واقع، باید چیپ‌ست این دستگاه‌ها از قابلیت MU-MIMO پشتیبانی کند و دیگر نیازی نیست که چندین آنتن داخلی یا خارجی داشته باشند. در حالی که دستگاه‌های روتر بی‌سیم و اکسس‌پوینت MU-MIMO باید دارای چندین آنتن باشند، دستگاه‌های گیرنده بدون آنتن‌های متعدد و تنها با یک آنتن می‌توانند اطلاعات MU-MIMO را استریم کنند. دستگاه‌های گیرنده تنها با یک آنتن می‌توانند یک کانال استریم اطلاعات با روتر و اکسس‌پوینت برقرار کنند. 

MU-MIMO یکی از پیچیده‌ترین فناوری‌ها و تکنیک‌های ابداع‌شده در حوزه ارتباطات بی‌سیم و وای‌فای است و یک ویژگی فوق‌پیشرفته محسوب می‌شود

البته، تعداد بیشتر آنتن باعث افزایش تعداد کانال‌های استریم اطلاعات میان فرستنده و گیرنده می‌شود؛ قطعاً برای هر آنتن یک کانال استریم اطلاعات وجود دارد که کارایی شبکه بی‌سیم را افزایش می‌دهد و برای کاربرانی که به‌شدت نیازمند سرعت‌های بالا برای انتقال اطلاعات یا استریم اطلاعات هستند، خبر خوشی است. اما استفاده از آنتن‌های بیشتر نیازمند مصرف انرژی و مشخصات سخت‌افزاری بالاتر است و هزینه دستگاه را افزایش می‌دهد. در حالی که فناوری MU-MIMO در مقایسه با فناوری SU-MIMO مشخصات سخت‌افزاری کمتر و هزینه پایین‌تری دارد، شرکت‌های سازنده سخت‌افزارهای وای‌فای نیز تمایل دارند از فناوری‌های جدید با هزینه و مشخصات سخت‌افزاری کمتر بهره ببرند. 

۶- اکسس‌پوینت‌ها می‌توانند پردازش‌های سنگین انجام دهند
برعکس دستگاه‌های MU-MIMO کلاینت سمت کاربر که از مشخصات سخت‌افزاری ساده‌ای بهره می‌برند، روترها و اکسس‌پوینت‌های MU-MIMO طوری طراحی شده‌اند که از پس پردازش‌های سنگین چند استریمی اطلاعات برآیند. این موضوع یکی از مزیت‌های MU-MIMO نسبت به فناوری SU-MIMO است که تنها قادر به پردازش یک کانال استریم اطلاعات است. قدرت بالای پردازشی چیپ‌ست‌های اکسس‌پوینت و روتر به شرکت‌های سخت‌افزاری اجازه می‌دهد در مصرف انرژی، هزینه و مشخصات سخت‌افزاری مانند حافظه رم و حافظه فلش صرفه‌جویی کنند و بتوانند دستگاه‌های MU-MIMO مقرون‌به‌صرفه‌ای برای کاربران و بازار بسازند. 

۷- دستگاه‌های ساده‌تر، قدرت بیشتری دارند
برخلاف تصور، دستگاه‌های ساده‌تر MU-MIMO که فقط از یکی یا دو آنتن سود می‌برند، در مقایسه با دستگاه‌های سه یا چهارآنتنه قدرت و کارایی بهتری دارند؛ چراکه فناوری MU-MIMO نمی‌تواند سرعت انتقال اطلاعات روی هر کانال را افزایش دهد، بلکه توان خروجی نهایی شبکه را با تقسیم ترافیک روی چندین کانال افزایش می‌دهد. برای مثال، اگر برای یک اکسس‌پوینت با سه آنتن از یک دستگاه سه‌کاناله استریم اطلاعات در شبکه بی‌سیم استفاده کنیم، فناوری MU-MIMO نمی‌تواند کمکی به افزایش توان خروجی شبکه نسبت به فناوری SU-MIMO داشته باشد. اما اگر در چنین شبکه‌ای از دستگاه‌های با یک آنتن استفاده شود، MU-MIMO می‌تواند توان خروجی را تا سه‌برابر افزایش دهد. به همین دلیل، شرکت‌های سازنده سخت‌افزارها سعی می‌کنند دستگاه‌های MU-MIMO با تعداد آنتن و کانال استریم اطلاعات کمتر بسازند. (شکل 2) 

شکل ۲: MU-MIMO می‌تواند اطلاعات را سه‌برابر سریع‌تر از حالت SU-MIMO در همان زمان ارسال کند که سرعتی دوبرابری روی هر دستگاه ارائه می‌دهد. 

۸- برخی از دستگاه‌ها به طور بالقوه از MU-MIMO پشتیبانی  می‌کنند
در حال حاضر، چندین روتر، اکسس‌پوینت و گوشی تلفن همراه هوشمند در بازار از قابلیت MU-MIMO پشتیبانی می‌کنند، اما شرکت کوال‌کام که سازنده عمده چیپ‌ست‌های وای‌فای MU-MIMO است می‌گوید که برخی از شرکت‌های سازنده سخت‌افزارهای شبکه‌های بی‌سیم از چیپ‌ست‌ها و مشخصات سخت‌افزاری در محصولات گذشته خود استفاده کردند که به طور بالقوه از MU-MIMO پشتیبانی می‌کنند و کاربران کافی است یک به‌روزرسانی ساده نرم‌افزاری انجام دهند. این به‌روزرسانی باعث می‌شود به نسل دوم استاندارد 802.11ac مجهز شوند و بتوانند از فناوری‌های جدید این شبکه‌ها بهره ببرند. اگر شما هم یک روتر یا اکسس‌پوینت دارید که طی دو تا سه سال گذشته آن را خریده‌اید و از استاندارد 802.11ac پشتیبانی می‌کند، با مراجعه به سایت شرکت سازنده، جدیدترین نسخه‌های فریم‌ویر را نصب کنید. ممکن است با این به‌روزرسانی دستگاه شما به MU-MIMO مجهز شود و دیگر نیازی به پرداخت هزینه اضافی نداشته باشید. 

۹- دستگاه‌های غیر MIMO هم سود می‌برند
در حالی که دستگاه‌های مجهز به MU-MIMO مستقیماً از مزایا این فناوری سود می‌برند، اما دستگاه‌های ساده و غیر MIMO نیز در شبکه‌های بی‌سیم از مزایای این فناوری بی‌بهره نیستند و با اتصال به روتر یا اکسس‌پوینت MU-MIMO می‌توانند از وای‌فای بهتر و سریع‌تری استفاده کنند. فراموش نکنید وای‌فای چیزی بیشتر از ارتباطات رادیویی زمان‌دار نیست و وقتی دستگاه‌های دیگر در شبکه با سرعت بیشتری اطلاعات را انتقال می‌دهند، نوبت به دستگاه‌های ساده وای‌فای نیز می‌رسد که از توان خروجی بالای شبکه سود ببرند. 

۱۰- MU-MIMO به افزایش ظرفیت شبکه کمک می‌کند
وقتی می‌توانید سرعت وای‌فای را افزایش دهید، به طور طبیعی ظرفیت شبکه بی‌سیم را نیز افزایش داده‌اید. هنگامی که دستگاه‌های متصل به شبکه بی‌سیم با سرعت بیشتری کار می‌کنند، زمان کافی برای فعالیت دیگر دستگاه‌های شبکه فراهم می‌شود و تعداد دستگاه‌های بیشتری می‌توانند با شبکه بی‌سیم فعال باشند. MU-MIMO تکنیکی برای مقابله با ازدحام و تداخل در شبکه‌های رادیویی است. در مراکز عمومی شلوغ مانند فروشگاه‌ها، فرودگاه‌ها و دانشگاه‌ها، فناوری MU-MIMO خود را نشان می‌دهد؛ چون تعداد دستگاه بیشتری می‌توانند هم‌زمان از وای‌فای و اینترنت استفاده کنند و دستگاه‌های دیگر هم زمان تأخیر کمتری برای اتصال و دریافت اطلاعات دارند. یکی از دلایل رشد و توسعه سریع فناوری MU-MIMO در سال‌های اخیر، همین مزیت ارزشمند است که یک مزیت واقعی برای گوشی‌های هوشمند، تبلت‌ها، نوت‌بوک‌ها و دیگر دستگاه‌های همراه محسوب می‌شود. 

۱۱- هر پهنای‌باند کانالی پشتیبانی می‌شود
یکی از روش‌های افزایش توان خروجی وای‌فای، توسعه کانال‌های رادیویی و پهنای‌باند است. وقتی دو کانال رادیویی مجاور هم با یکدیگر ادغام شوند، یک کانال رادیویی با پهنای‌باند عریض‌تر ایجاد می‌شود که سرعتی دوبرابر کانال‌های قبلی فراهم خواهد کرد و سرعت وای‌فای دوبرابر می‌شود. استاندارد 802.11n از کانال‌های با پهنای‌باند ۴۰ مگاهرتز پشتیبانی می‌کند. نسل اول استاندارد 802.11ac از پهنای‌باند ۸۰ مگاهرتز برای هر کانال رادیویی پشتیبانی می‌کند و اکنون با نسل دوم استاندارد 802.11ac موسوم به Wave 2 شاهد پشتیبانی از کانال‌های با پهنای‌باند ۱۶۰ مگاهرتز هستیم. البته، بزرگ‌تر شدن عرض کانال باعث از بین رفتن کانال‌های موجود می‌شود و امکان تداخل و هم‌پوشانی را افزایش می‌دهد که ویژگی خوبی برای شبکه‌های رادیویی نیست.
یکی از مزایای MU-MIMO این است که می‌تواند روی هر کانالی با عرض‌های مختلف کار کند؛ به این معنی که حتی اگر از یک شبکه با عرض کانال بسیار پایین ۲۰ یا ۴۰ مگاهرتز استفاده شود، MU-MIMO می‌تواند باعث افزایش سرعت ارتباطات شود. این ویژگی کمک می‌کند تعداد دستگاه‌های بیشتری در شبکه بتوانند زیر چتر MU-MIMO قرار بگیرند و استریم اطلاعات داشته باشند. با استفاده از فناوری MU-MIMO بدون اینکه به ادغام‌سازی چند کانال در یکدیگر یا توسعه کانال‌ها نیاز باشد، می‌توان توان خروجی وای‌فای را چندین برابر افزایش داد و هر دستگاه می‌تواند لینک دانلود سریع‌تری روی همان کانال اختصاصی خود استفاده کند. (شکل 3) 

شکل ۳: استاندارد 802.11ac از کانال‌های با پهنای‌باند ۱۶۰ مگاهرتز روی فرکانس پنج گیگاهرتز پشتیبانی می‌کند. 

۱۲- پردازش سیگنال‌، امنیت بیشتری فراهم می‌کند
یکی از مزایای قابل توجه و مهم فناوری MU-MIMO این است که روتر یا اکسس‌پوینت قبل از ارسال رادیویی اطلاعات می‌تواند آن‌ها را رمزگذاری کند. به طور پیش‌فرض، هر دستگاه دریافت‌کننده امواج رادیویی MU-MIMO نیز می‌تواند این اطلاعات را رمزگشایی کند. این ویژگی به دستگاه‌ها اجازه می‌دهد انواع مکانیزم‌های احراز هویت و رمزنگاری اطلاعات و ترافیک شبکه رادیویی را به کار بگیرند و از این طریق طیف وسیعی از حملات هکری و استراق‌سمع در شبکه‌های وای‌فای خنثی شود. MU-MIMO اجازه پردازش ترافیک رادیویی را می‌دهد، در حالی که روتر یا اکسس‌پوینت‌های ساده، فاقد این قابلیت هستند. از این رهگذر، امنیت شبکه‌های بی‌سیم و وای‌فای افزایش پیدا می‌کند؛ به‌خصوص برای وای‌فای عمومی و شخصی یا وای‌فای مبتنی بر رمزنگاری WPA و WPA2 که به طور گسترده توسط کاربران به کار گرفته می‌شوند. 

۱۳- بهترین راهکار برای دستگاه‌های وای‌فای ثابت است
یک نکته ظریف درباره فناوری MU-MIMO وجود دارد: با دستگاه‌های در حال حرکت با سرعت زیاد به‌خوبی کار نمی‌کند؛ به‌خصوص روی تکنیک Beamforming این وضعیت بسیار بدتر می‌شود و نگهداری اتصال‌های رادیویی مستقیم بسیار سخت و تأثیرگذاری آن‌ کمتر است. بنابراین، MU-MIMO برای شبکه‌ها یا دستگاه‌های با قابلیت تحرک بالا یا رومینگ طراحی نشده است. MU-MIMO روی دستگاه‌ها ثابت بسیار مؤثر و کارآمد است و کارایی واقعی و مورد انتظار را نشان می‌دهد.