Стандарт IEEE 802.11ac
СТАНДАРТ IEEE 802.11ac утраивает пропускную способность по сравнению с 11n благодаря нескольким усовершенствованиям: используются доработанные варианты некоторых технологий 802.11n; ряд особенностей, которые были опциональными в 802.11n, теперь обязательны; реализованы новшества, кардинально повышающие пропускную способность; работа ведется только в диапазоне 5 ГГц, который в целом используется мало
Источник: shutterstock.com

Устройства 11ac активно анонсируются производителями оборудования беспроводных локальных сетей, такими как Aerohive, Aruba Networks, Cisco, Meru, Motorola Solutions, Ruckus, Ubiquiti и Xirrus. Эти компании испытывают свое оборудование 11ac уже несколько месяцев, выясняя, какие факторы влияют на характеристики его работы. Тесты проводятся как в идеальных лабораторных условиях, так и в реальных или смоделированных рабочих сетях. Вот некоторые результаты: скорость передачи данных на клиентских устройствах в оптимальных условиях достигает 400-800 Мбит/c; в сравнении с 11n пропускная способность с увеличением дистанции выше; каждая точка доступа может обслуживать больше клиентов; клиенты 11n, подключаясь к точкам доступа нового стандарта, работают быстрее.

Кампусные испытания

Стандарт IEEE 802.11ac утраивает пропускную способность по сравнению с 11n благодаря нескольким усовершенствованиям: используются доработанные варианты некоторых технологий 802.11n; ряд особенностей, которые были опциональными в 802.11n, теперь обязательны; реализованы новшества, кардинально повышающие пропускную способность; работа ведется только в диапазоне 5 ГГц, который в целом используется мало.

Это сочетание улучшений приносит хорошие плоды. «Ноутбуки Macbook Air с адаптером 11ac обмениваются данными на скорости больше 800 Мбит/с, а смартфоны Samsung Galaxy S4 — больше 400 Мбит/с, — сообщил Майк Дэвис, системный программист из Университета Делавэра. — Среди устройств с поддержкой 11ac таких ноутбуков и смартфонов в нашем кампусе сейчас больше всего».

Университет — давний клиент компании Aruba Networks. Летом в нем установили 3700 новых точек доступа 11ac производства Aruba — в кампусе, в недавно появившемся инженерном корпусе, в двух новых общежитиях и больших аудиториях. Из 24 тыс. клиентских устройств Wi-Fi в кампусе в среднем обычно активны 80 с поддержкой 11ac, а максимум их бывает до 100.

Сеть 11ac, похоже, вполне справляется с нагрузкой. «В процессе тестирования на Macbook Air удавалось добиться постоянной скорости 400 Мбит/с, когда к той же точке доступа было подключено еще 120 клиентов, — говорит Дэвис. — Не все они активно обменивались данными, но стало ясно, что точки доступа 11ac обеспечивают более высокую, чем у 11n, скорость, и обслуживают при этом больше клиентских устройств».

На максимальную пропускную способность оборудования 11ac сильно влияет несколько факторов, в частности то, использует ли приемопередатчик каналы шириной 80 МГц (в 11n повышение скорости достигается главным образом за счет 40-мегагерцевых каналов). Второй фактор — наличие возможности использования 256-позиционной квадратурной модуляции (256 QAM) вместо 64-позиционной, применяемой в 11n. То и другое зависит от того, насколько близко клиенты 11ac находятся к точке доступа: при определенном удалении передатчики «соскакивают» на более узкие каналы и модуляцию с меньшим числом позиций.

Еще один фактор — количество «пространственных потоков», поддерживаемых радиомодулями клиента и точки доступа. Технология пространственных потоков впервые появилась еще в стандарте 11n.

В идеальных условиях трехпотоковый приемопередатчик 11ac, находящийся вблизи от точки доступа, достигает «чистой» скорости обмена данными до 1,3 Гбит/с. Но в реальности этой скорости пользователи не получат.

«Обычно, когда клиент находится близко к точке доступа, около 40% чистой пропускной способности будет теряться из-за непроизводительных издержек протокола — обмена подтверждениями, настроечной и опознавательной сигнализации и т. д.», — объясняет Матью Гаст, директор по продуктовому управлению компании Aerohive Networks, которая только что анонсировала свои первые точки доступа 11ac — AP370 и AP390. Решения Aerohive лишены выделенного контроллера WLAN — соответствующие функции встроены в сами точки доступа, на базе которых можно строить сети любого масштаба. Администрирование каждой такой группы точек доступа выполняется централизованно, с помощью веб-интерфейса.

«Если к точке доступа подключен всего один клиент 11ac и он находится к ней очень близко, то в идеале он получит очень высокую скорость, — отмечает Гаст. — Но в реальности все иначе: мешает электронный 'шум' и наличие множества других клиентов, в том числе 11n. В некоторых случаях скорости 11ac будут ненамного выше, чем у 11n».

Что касается пространственных потоков, большинство точек доступа поддерживают по три потока, имея соответствующее число передающих и принимающих антенн. Возможности клиентов же варьируются. Например, новые Macbook Air поддерживают два потока, а Samsung Galaxy S4 и HTC One, оснащенные одинаковым чипсетом 11ac марки Broadcom, — один.

Неожиданные результаты

Испытания, проведенные в самой Broadcom, показали, что при передаче одного потока данных по каналу 40 МГц в стандарте 11n пропускная способность достигает 60 Мбит/с. Для сравнения, минимум для однопоточных устройств 11ac, транслирующих по 80-мегагерцевым каналам, намного выше 250 Мбит/с, утверждает Крис Браун, директор по развитию бизнеса беспроводной связи Broadcom. Максимум же для однопоточного радио 11ac — примерно 433 Мбит/с.

В ходе испытаний в компании получили кое-какие интересные результаты. Например, у 11ac пропускная способность на любом конкретном расстоянии от точки доступа значительно выше, чем у 11n. «Даже на дистанции 60 м однопоточные устройства 11ac передают быстрее, чем любые варианты 11n, кроме устройств с конфигурацией антенн типа 2х2 и использующих канал 40 МГц», — отмечает Браун.

Выяснилось также, что точки доступа 11ac могут обслуживать больше клиентских устройств, чем точки 11n.

«В одной из больших аудиторий мы заменили несколько десятков точек доступа 11n на 11ac и получили отличные результаты, — сообщил Дэвис. — Мы, как и раньше, ограничиваем максимальное число клиентов, которые могут подключаться к одной ТД, но новые устройства обеспечивают высокую пропускную способность, даже когда клиентов вдвое больше по сравнению с предельным количеством, обслуживаемым предыдущим поколением точек».

В стандарте 11ac предусмотрены механизмы, помогающие постоянно поддерживать скорость на высоком уровне. В частности, это технология формирования адаптивной диаграммы направленности Transmit Beam Forming, которая в 11n была опциональной, а в 11ac она обязательна. «TBF позволяет сконцентрировать радиосигнал в направлении конкретного клиента, — объясняет Марк Джордан, директор технической поддержки маркетинга Aruba Networks. — Технология сдвигает фазу таким образом, чтобы сигнал передавался с усилением. Результат — существенное улучшение пропускной способности на большой дистанции».

Еще одна особенность — использование кода с малой плотностью проверок на четность (Low Density Parity Check, LDPC). Это метод коррекции ошибок передачи, позволяющий повысить чувстительность радиоприемника, усилить его «слух».

Перемены, которые принесет новый стандарт, будут весьма ощутимыми. В Broadcom провели обстоятельное тестирование в сети, организованной в офисном здании с использованием точек доступа и клиентов 11n и 11ac. При этом специально проверялась пропускная способность 11ac со включенными и выключенными TBF и LDPC.

Тесты показали, что, когда обе технологии активны, соединения 11ac намного быстрее, чем 11n, причем с увеличением дистанции возрастало и преимущество нового стандарта. Например, на одной из контрольных точек клиент 11n показал скорость 32 Мбит/с, как и клиент 11ac с отключенными TBF и LDPC. Но при включении обеих технологий у последнего скорость возросла сразу до 102 Мбит/с.

Похожие результаты получили и в Aruba. Смартфон Galaxy S4 с однопоточным адаптером 11ac загружал данные по протоколу TCP на скорости 238 Мбит/c, находясь на расстоянии 4,5 м от точки доступа; при удалении на 9 м скорость составила 235 Мбит/c, а на 23 м — 193 Мбит/с. Даже на 36 м данные загружались на 154 Мбит/с. Скорость передачи в обратном направлении составила соответственно 235, 230, 268 и 87 Мбит/с.

«Мы перепроверили результаты несколько раз, — подчеркивает Джордан. — Ясно, что теоретического максимума не достичь, но тем не менее имеющихся возможностей достаточно, чтобы удовлетворить возросшие потребности заказчиков. При этом мы можем гарантировать, что высокая пропускная способность будет сохраняться даже при значительном удалении от точки доступа».

Экономная экономика

У 11ac есть и другие преимущества. Благодаря гораздо более высокой скорости передачи в обоих направлениях мобильные устройства подключаются к каналу Wi-Fi и отключаются от него гораздо быстрее, чем в случае 11n, расходуя меньше энергии. Таким образом, уменьшается «расход энергии на бит» и продлевается время работы от батареи.

Благодаря ускорению процедур подключения и отключения у других клиентских устройств появляется больше времени на доступ к каналу. В результате, как подсчитали в Broadcom, емкость сети по сравнению с 11n может увеличиться шестикратно.

Пользуясь этой особенностью, можно уменьшить число точек доступа для охвата определенной территории: в тестовой зоне Broadcom вместо четырех точек доступа 11n оказалось достаточно всего одной 11ac, сообщил Браун.

Но более вероятно, что технологией 11ac будут пользоваться для увеличения емкости беспроводных сетей, учитывая, что сегодня все больше смартфонов, планшетов, ноутбуков и других устройств оснащают адаптерами нового стандарта.

Как выяснили в Университете Делавэра, в сетях 11ac даже клиенты 11n начинают работать лучше. «Повышение быстродействия клиентов 11n при подключении к точкам 11ac стало для нас, наверное, самым большим и неожиданным преимуществом, — признается Дэвис. — Ведь сегодня около 80% общего количества устройств — это все еще клиенты 11n, а у них при работе с точками доступа 11ac пропускная способность оказалась выше, чем с последним поколением точек 11n».

Wi-Fi, как и Ethernet, использует технологию множественного доступа с контролем несущей и обнаружением коллизий (CSMA/CD), принцип действия которой, в двух словах, — проверять, занят ли канал, и, если это так, подождать и попробовать снова. «Когда устройства меньше занимают эфир, высвобождается время для других клиентов, — продолжает Браун. — В результате уменьшается число конфликтов и отказов в соединении. Таким образом, если перегруженную точку доступа 11n заменить на 11ac, емкость сети увеличится».

В ходе проведенного в Aruba тестирования, Macbook Pro, оснащенный трехпоточным адаптером 11n, соединялся вначале с точкой доступа 11n, затем с 11ac. В последнем случае скорость обмена данными на ноутбуке была намного выше, особенно при возрастании дистанции до точки.

Все эти улучшения свойственны «первой волне» устройств 11ac. Приемопередатчики второй волны, которые ориентировочно появятся в 2014 году, получат новые усовершенствования: поддержку четырех-восьми потоков, технологию Explicit Transmit Beam Forming (режим направленной передачи, взаимно координируемой точкой доступа и клиентом), возможность использования каналов 160 МГц и антенные системы Multi-User MIMO, которые позволят точкам доступа в параллельном режиме работать больше чем с одним клиентом.

Поделитесь материалом с коллегами и друзьями