Технологии быстрого интернета

Подробный анализ утвержденного стандарта IEEE 802.11n для сетей Wi-Fi

Свершилось! Итоговую версию стандарта IEEE 802.11n после двух лет обсуждений в профильном комитете наконец утвердили. По случаю окончания столь длительной эпопеи, даже с учетом того, что концептуальных изменений в финальной версии немного, мы не вправе ограничиваться фразой о том, что «стандарт обеспечил десятикратный рост производительности и двукратный – дальности связи». Тем более что одновременно обоим обещаниям не всегда суждено сбыться на практике...

Хотя спецификация 802.11n статус официального стандарта IEEE приобрела менее двух недель назад, данную технологию нельзя назвать молодой. Она строилась на фундаменте, заложенном десятком лет ранее с принятием 802.11b, и за последующие годы дополнилась рядом существенных усовершенствований. Их целью стали достижение обмена с более высокими скоростями, умение работать в новых сетевых архитектурах на основе передовых достижений в области радиотехнологий с использованием более совершенных стандартов безопасности и обеспечение требуемых качества обслуживания и управляемости сети в целом. Но путь этот выдался долгим и тернистым.

Как поссорились Иван Иванович...

Фактически в состоянии черновика стандарт IEEE 802.11n провел рекордное для отрасли время, составившее 7 лет с момента начала его разработки (она официально началась 11 сентября 2002 г., а через год была образована целевая группа TGn). Уже при первом рассмотрении, весной 2006 г., черновая версия под номером 1.0 вызвала лавину (более 10 тысяч!) технических замечаний. Несмотря на то что участникам проекта удалось к концу лета того же года уменьшить количество разногласий до 3000, принятие окончательного документа (для его утверждения в качестве стандарта необходима поддержка более 75% участников) постоянно откладывалось. После очередного этапа их урегулирования в марте 2007 г. был создан документ с описанием «черновой» версии, которую назвали Draft 2.0.

Принято считать, что одной из первопричин разногласий стало нежелание компаний Atheros и Broadcom долгое время по ряду вопросов найти общий язык. Тем не менее в истории мытарств 802.11n отметились (не иначе как исходя из принципа «сам не гам и другому не дам») и другие именитые бренды и консорциумы, составившие WWiSE (World-Wide Spectrum Efficiency), TGn Sync, MITMOT, EWC (Enhanced Wireless Consortium).

 

Технологические различия между промежуточным и финальным проектами стандарта IEEE 802.11n


Появлению временной спецификации в значительной мере способствовал решительный шаг вперед, сделанный в 2006 г. альянсом Wi-Fi (WFA). Им была анонсирована программа сертификации продукции, основанная на готовящемся черновике стандарта (802.11n Draft 2). Кстати, WFA заработал свое почетное место в истории не только этим ходом, но и рядом других предпринятых мер, направленных на ратификационную и рыночную адаптацию основных стандартов WLAN. Именно с его подачи были предложены WPA (в качестве промежуточного решения для обеспечения безопасности беспроводных сетей до ратификации стандарта 802.11i), а также Wi-Fi Multimedia (WMM) как временная мера (до 802.11e) для обеспечения работы потоковых мультимедийных и голосовых приложений.

Программа сертификации WFA основывалась на требовании обеспечения интероперабельности продуктов Draft 2.0 от разных вендоров, а также на условии их обратной совместимости с существующим парком устройств 802.11 a/b/g, что облегчало плавный переход к новому поколению технологий и снижало финансовые риски при модернизации крупных сетей. Консенсусный характер программы также подразумевал, что продукты, соответствующие спецификациям, которые последуют за данным релизом, будут совместимы с уже получившими логотип альянса, что послужило мощнейшим толчком для чипмейкеров и производителей «железа».

Но на этом история разногласий (в ходе которой ряд вендоров продолжал, пусть и менее активно, подстраивать итоговый стандарт под свою авторскую патентную базу, производственный потенциал и продуктовые планы) не прекратилась. С тех пор спецификация претерпела много изменений, и финальный стандарт, собравший требуемое большинство голосов, принят на основе проекта версии 11.0. Расхождения между ними (табл. 1) весьма незначительны, и окончательный вариант стандарта противоречий с базовыми основами, заложенными во временно узаконенный второй черновик, не имеет. Таким образом, подтвердилось, что изделия, сертифицированные на соответствие требованиям проекта, по сути, не нуждаются в повтором тестировании.

Стандарт 11n: сухой остаток

Учитывая заявленные преимущества 802.11n по сравнению с ранними, наиболее заманчивым представляется обещание многократного увеличения скорости обмена между устройствами. Как известно (см. врезку «Следует ли рассматривать 802.11n как "конец Ethernet"», ko-online.com.ua/32250), на сигнальном уровне оно основано на двух базовых физических принципах: удвоении занимаемой устройством полосы пропускания и введении множественных каналов приема-передачи. Предыдущие версии стандартов семейства 802.11х определяли только одну полосу частот, одну ширину канала, один пространственный поток приема или передачи и одну максимальную скорость передачи данных.

Согласно задаче-максимуму, возложенной на себя создателями стандарта, в устройствах возможны от одного до четырех каналов обработки как на передающей, так и на приемной стороне. В табл. 2 указано количество активных потоков (при условии работы в сети устройств только 802.11n), позволяющее работать на максимальной скорости. Заметим, что здесь учтены не только результаты использования пространственного мультиплексирования и технологии MIMO, но и повышение спектральной эффективности с максимальных 2,7 бит/с/Гц для 11a/11g до 7,22 (что в пересчете на реальную односайтовую систему эквивалентен приросту с 0,9 до 2,4 бит/с/Гц). Оно достигается рядом нововведений (увеличением числа используемых поднесущих, агрегированием кадров, двукратным сокращением защитных интервалов и другими усовершенствованиями на PHY- и MAC-уровнях.

Позволим себе комментарий относительно максимальной формулы 4×4. Еще на Computex 2009 компания Qualcomm заставила конкурентов ускорить создание аналогичных чипов, продемонстрировав кристалл для 802.11n, позволяющий передавать и получать данные по четырем пространственным каналам. Однако следует учитывать, что их увеличение (со ставших классикой формул 2×2 и 3×3) при обработке влечет за собой экспоненциальный рост мощности процессора, усложняет конструкцию антенной системы, повышает энергопотребление, а следовательно, приводит к удорожанию устройства в целом. Все это вряд ли целесообразно для большинства малогабаритных и мобильных устройств. Да и фактическая возможность организации 4×4 в среднестатистическом помещении весьма ограничена условиями и их постоянством для подобного многолучевого приема.

Уместно обратить внимание, что количество антенн, реализованных в новых устройствах, отнюдь не определяет его канальную формулу, поэтому многие точки доступа с тремя антеннами могут поддерживать лишь два потока. Третья в данном случае вводится для улучшения качества покрытия и является реализацией части другой, смежной технологии – адаптивного диаграммообразования. Напомним, что распространяясь от передатчика по нескольким траекториям, лучи приходят к приемнику не одновременно: вначале прямой, затем с различными задержками – остальные отраженные (каждые 30 см удлинения пути означают их запаздывание на 1 нс). Алгоритмы эхоподавления, основанные на введении амплитудно-фазового эквалайзера, позволяют сложить эти копии синфазно, увеличив тем самым отношение сигнал/шум на входе приемника. Это способствует расширению зоны покрытия сети.

 

Максимальная достижимая канальная скорость в зависимости от количества пространственных каналов

Нажмите, чтобы увеличить


Следует остановиться и на вопросе спаривания каналов. Говоря о занимаемой полосе частот, Cisco, Intel и ряд других компаний в один голос заявляют о нецелесообразности перехода с 20 МГц на объединенный канал шириной в 40 МГц в диапазоне 2,4 ГГц (2400–2483,5 МГц). Вероятно, такая оценка продиктована отголосками конфликтов по поводу применения устройств с фирменными версиями 11g+ (104 Мб/с) и т. д., когда использование агрессивных режимов с удвоенной занимаемой полосой практически не оставляло шансов для работы других беспроводных сетей. Попутно напомним и о возможности возникновения проблем с достижением декларированной в 802.11n максимальной производительности, когда в сети, работающей только в диапазоне 2,4 ГГц, имеются устройства устаревших типов (особенно стандарта 802.11b, в отличие от 11a/11g, «не владеющего» технологией OFDM).

Что же касается диапазона 5 ГГц (он состоит из поддиапазонов 5150–5250, 5250–5350, 5470–5670 и 5725–5825 МГц), в котором ранее работала лишь аппаратура стандарта 11а, то смешанный режим эксплуатации не приводит к существенной деградации скорости обмена устройств в сети. Разумеется, с максимальной скоростью, соответствующей одному пространственному потоку.

В большинстве стран мира диапазон 5 ГГц доступен для использования на безлицензионной основе в полном объеме. В Украине, если руководствоваться действующим на момент написания материала законодательством, эксплуатация точки доступа 11а с интегрированными антеннами не потребует разрешения при работе внутри помещения. При этом выделенный диапазон частот ограничивается полосой 5150–5350 МГц (zakon.rada.gov.ua/cgi-bin/laws/main.cgi?nreg=z0654-09). Таким образом, возможно использование только восьми частотных каналов из 19, что означает (после спаривания смежных) функционирование без взаимных влияний не более четырех беспроводных сетей 802.11n и может оказаться недостаточным для частотного планирования внутриофисной корпоративной беспроводной сети, например в многоэтажном здании.

В результате о десятикратном выигрыше в канальной скорости пока можно говорить с большой натяжкой, рассчитывая на практике в среднем на двух- трехкратный прирост. Тем не менее фактическое увеличение производительности с точки зрения пользователя (например, скорости загрузки конкретного файла) будет превышать соотношение между канальными значениями, что объясняется введением более гибкой интеллектуальной структуры и форматов кадров, а также новых алгоритмов обмена и квитирования, приводящих к снижению удельного веса служебной информации в общем объеме циркулирующих данных.

Что же касается обещания многократного расширения зоны покрытия, то данный показатель не следует рассматривать в отрыве от результирующей производительности сети. Ведь основным достоинством технологий, обеспечивающих гибкость в быстроменяющихся условиях, продолжает оставаться возможность «обмена скорости на дальность». Несмотря на однозначность требований, заложенных в новый стандарт, потенциал конкретных устройств может различаться в зависимости от примененных чипов и реализации микропрограммного обеспечения устройств, что может быть исследовано лишь в практических тестах с применением для анализа современной измерительной и анализирующей аппаратуры.


Источник: http://itc.ua

SocButtons v1.5

Добавить комментарий

Обращайтесь к посетителям сайта так, как вы хотите чтобы они обращались к вам

Защитный код
Обновить

Допрос

Сколько вы готовы платить за качественный интернет для личного пользования 100 Мбит/c на загрузку и отдачу?

Вы здесь: Главная Технологии быстрого интернета Подробный анализ утвержденного стандарта IEEE 802.11n для сетей Wi-Fi