Гигабитное ускорение технологии WLAN

Вроде бы совсем недавно значительно улучшенная технология для беспроводных сетей (WLAN) получила признание в виде стандарта 802.11n, а на горизонте уже замаячил очередной прорыв: WiGig. Как в проводных локальных сетях еще долго будут сосуществовать гигабитный и 10-гигабитный Ethernet, так и 802.11n и WiGig должны, скорее, дополнять друг друга, а не состязаться за первенство, ведь новая технология позволяет весьма эффективно реализовать такое вспомогательное приложение, как очень востребованная сегодня локализация в реальном времени. В результате беспроводные сети начинают превосходить по своей функциональности проводные.

Современный стандарт 802.11n и связанные с ним разработки позволяют строить очень производительные и стабильные среды WLAN — как в потребительском, так и корпоративном сегментах. В настоящий момент приложениям не требуются более высокие скорости передачи данных, чем уже достигнутая 600 Мбит/с. Однако факт отсутствия потребности всегда играл для технических разработок, скорее, второстепенную роль. Опыт показывает, что стоит только поднять планку выше, как тут же появляется приложение, способное полностью использовать полученные возможности или вообще сделать их обязательными.

В сфере гигабитных сетей WLAN значительный прогресс наметился гораздо быстрее, чем ожидалось. С середины мая этого года существуют единая спецификация для сверхскоростных сетей WLAN (целевые скорости — до 7 Гбит/с), продвигаемая и координируемая группой Wireless Gigabit Alliance (WiGig, http://www.wigig.org), и так называемая программа для последователей (Adopter Program), с помощью которой заинтересованные производители могут разрабатывать продукты для беспроводной связи с многогигабитными скоростями. Спецификация WiGig базируется на частоте 60 ГГц, которая — как и традиционные частоты для беспроводных сетей 2,4 и 5 ГГц — не требует лицензирования.

Кроме того, с мая та же группа координирует свои действия с организацией Wi-Fi Alliance; последняя рассматривает WiGig как расширение предшествующих технологий WLAN и собирается включить системы для 60 ГГц в свою программу по сертификации. Особое внимание планируется уделить разработке трехдиапазонных устройств для беспроводных сетей, в которых, помимо процессоров для 2,4 и 5 ГГц, должна появиться поддержка для 60 ГГц (включая соответствующее антенное оборудование). По представлениям Wi-Fi Alliance, в трех диапазонах должна реализовываться большая часть гигабитных беспроводных сетей, а в идеале — все подобные сети. Это обеспечило бы обратную совместимость с оборудованием WLAN предыдущих поколений и позволило осуществлять смешанную эксплуатацию.

«Эта технология поддерживает множество приложений на устройствах как с низким энергопотреблением, так и с высокой производительностью, — объясняет Эдгар Фигуэроа, директор Wi-Fi Alliance. — В их число входят многочисленные бытовые устройства, аудио- и видеосистемы, ПК, КПК и оборудование для создания домашних сетей. У WiGig есть потенциал для того, чтобы стать основой глобальной экосистемы, состоящей из развлекательной техники, компьютерных систем и коммуникационных устройств, причем все они будут тесно взаимодействовать в соответствии с духом цифровой эпохи». Но это взаимодействие должно осуществляться в сравнительно малом пространстве — в настоящий момент рассматривается радиус передачи от 10 до 20 метров.

И даже такое расстояние возможно только в случае использования массивов мини-антенн, способных направлять сигнал в нужную сторону для улучшения приема. WiGig поддерживает технологию формирования луча (Beam Forming), разработанную около пяти лет назад компанией Ruckus Wireless — тогдашним новичком в области беспроводных сетей (см. врезку «Формирование луча: массивы антенн с направленной передачей сигнала»). Для подключения специфических интерфейсов, таких как шины данных для периферийного компьютерного оборудования или интерфейсы дисплеев для устройств HDTV, мониторов и проекторов, предусматриваются определенные уровни протоколов (Protocol Adaption Layer).

В организации IEEE за стандартизацию WiGig отвечает рабочая группа «ad», поэтому будущий стандарт будет именоваться IEEE 802.11ad. Согласно официальному графику, IEEE планирует выделить на его завершение еще два года: ратификация ожидается в сентябре 2012-го. Однако, как показывает опыт, эта дата может быть изменена. С большой долей вероятности можно предположить, что программа по сертификации Wi-Fi и WiGig стартует существенно раньше, и первые «достандартные» продукты появятся на потребительском рынке уже в течение следующего года.

ГИГАБИТНЫЕ СКОРОСТИ НА 5 ГГЦ И КАЧЕСТВО СЕРВИСА

После многолетних споров о стандарте 802.11n в области стандартизации беспроводных технологий IEEE для локальных сетей наступило относительное затишье. На сентябрь была назначена ратификация стандарта 802.11v, где определяется, каким образом можно осуществлять централизованную настройку конечных устройств, когда они связываются с беспроводной точкой доступа (Access Point, AP). Однако явно интереснее дополнение WiGig для традиционной частоты 5 ГГц: здесь тоже грядет повышение пропускной способности — более 1 Гбит/с для агрегированных соединений через несколько станций и более 500 Мбит/с для одиночных.

Запланированный стандарт 802.11ac Very High Throughput для 5 ГГц ориентирован на повышение эффективности использования спектра, и вместе с тем он призван снизить потребление электроэнергии. Его ратификация запланирована на декабрь 2012 года. Однако уже сейчас границы между 802.11n и 802.11ac стираются: благодаря применению таких методов, как MIMO 4×4 и передача сигнала с формированием луча, первая технология уже сегодня способна достичь скоростей, предусмотренных для последней. Говорят, что 802.11ac в результате использования тех же самых технических «уловок» сможет достичь заметно больших скоростей передачи данных, чем 802.11n, однако это смогут подтвердить лишь практические испытания.

Стандартизации управления качеством сервиса (приоритетное обслуживание пакетов управления качеством сервиса) придется ждать гораздо дольше, чем планировалось. Если изначально речь шла о 2010 годе, то теперь официальный план предусматривает ратификацию соответствующего стандарта 802.11ae лишь в сентябре 2012-го. При этом ставится цель окончательно отказаться от необходимости использования технологии DECT для беспроводной телефонии за счет обеспечения адекватного качества связи для разговоров через беспроводные сети. Впрочем, с этой задачей, возможно, справилось бы продуманное внедрение инфраструктур 802.11n в сочетании с механизмами обеспечения качества сервиса (Quality of Service, QoS), предусмотренными в стандарте 802.11e, — по крайней мере, на это указывает опыт пользователей 802.11n.

КООПЕРАТИВНЫЙ КОНТРОЛЬ ВМЕСТО ЦЕНТРАЛЬНЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ

Без оглядки на всевозможные комиссии по стандартизации отдельные производители по-прежнему пытаются опередить конкурентов с помощью особенно изобретательных — но все-таки проприетарных — технологий. На этом поприще наиболее дерзкой, но сравнительно успешной оказалась американская компания Aerohive. Разработанная ею технология Cooperative Control (CC), когда функцию специализированных контроллеров WLAN выполняют небольшие и динамически самоорганизующиеся группы точек доступа (так называемые ульи), привносит в беспроводную сеть простоту и, по заверениям производителя, неограниченную масштабируемость.

В вопросах отказоустойчивости распределенный контроль тоже обладает преимуществами. «Контроллер WLAN всегда является потенциальной точкой общесистемного отказа (Single Point of Failure), — объясняет Мэтью Гаст, начальник отдела менеджмента компании Aerohive. — Если он выходит из строя, функционирование всей беспроводной локальной сети ставится под угрозу». Последнее поколение точек доступа CC оснащено двухъядерными процессорами, которые берут на себя обработку управляющей информации, а также сбор данных о загруженности сети, соглашениях об уровне сервиса, правилах для брандмауэра и т. п. Функционирование точек доступа CC реализуется посредством трех собственных протоколов:

• Aerohive Mobility Routing Protocol (AMRP) позволяет точкам доступа автоматически идентифицировать соседние точки и при отказе одной из них перенаправлять трафик данных через другие точки доступа;
• Aerohive Channel Selection Protocol (ACSP) управляет каналами передачи сигнала и сокращает интерфе-ренцию;
• Dynamic Network Extension Protocol (DNXP) при необходимости создает туннели между «ульями» в разных подсетях (таким образом, клиентские компьютеры могут перейти из одной подсети в другую без необходимости получения нового IP-адреса).

Aerohive, как когда-то компания Ruckus с ее технологией Beam Forming, намерена включиться в процесс стандартизации. «Мы существуем в условиях жесткой конкуренции, для нас Cooperative Control является важным отличительным фактором, — подчеркивает Гаст. — В настоящий момент мы единственные, кто применяет эту технологию».

БЕСПРОВОДНЫЕ СЕТИ WLAN В КАЧЕСТВЕ СИСТЕМЫ ОБНАРУЖЕНИЯ И ОТСЛЕЖИВАНИЯ

Технологии, используемые в современных беспроводных сетях стандарта 802.11n, позволяют реализовать очень надежные, точные и недорогие системы для определения местоположения в реальном времени (Real Time Locating System, RTLS). Аналитики из Abi Research считают, что системы RTLS на основе сетей WLAN представляют собой перспективный рынок, ежегодный прирост оборота которого до 2012 года составит 800 млн долларов. RTLS позволяет определять в реальном времени местонахождение предметов и людей, снабженных специальными транспондерами — «ярлыками» (Tag). Эта функция особенно востребована в контейнерных портовых терминалах, в промышленных комплексах, на складах, в автопарках, больницах и многих других учреждениях.

Для поиска объекта обычно используется либо многократное измерение расстояния (мультилатерация), либо многократное измерение углов (триангуляция). Системы RTLS на основе WLAN конкурируют и с другими ставшими популярными в последнее время решениями, которые базируются на технологиях Ultra-Wideband, ZigBee, Ultrasound или на проприетарных технологиях. Эксперты прогнозируют, что эти системы могут использоваться по большей части в компактных средах. Когда речь заходит о масштабных инсталляциях, системы WLAN лидируют с явным отрывом — как в техническом, так и экономическом плане.

В соответствии со своей базовой спецификацией, транспондеры RTLS всегда обладают функциями ярлыков радиочастотной идентификации (Radio Frequency Identification, RFID). Однако сами по себе ярлыки RFID не могут выполнять функций систем RTLS, так как не поддерживают измерение расстояний, которое позволяет выяснить, где располагается объект. Системы локализации в реальном времени определяют не только текущее местоположение, но и, при необходимости, отображают историю передвижения и документируют информацию о том, где и в какой момент времени находился тот или иной объект. На основании собранных данных можно делать выводы по вопросам загруженности помещений, распределения затрат и пополнения запасов. Помимо оптимизации логистики системы RTLS могут использоваться для защиты устройств и объектов от хищений. В сегменте RTLS присутствуют такие компании, как Aruba Networks, Cisco Systems, Ekahau, Motorola и Trapeze Networks.

Финский производитель Ekahau специализируется исключительно на системах RTLS, созданных на основе WLAN. В отличие от других он не производит собственных систем WLAN, зато сотрудничает практически со всеми именитыми поставщиками подобных решений, среди которых и такие участники рынка корпоративных беспроводных решений, как Cisco, HP, Aruba, Ruckus и Aerohive. Ассортимент решений, предлагаемых Ekahau, включает в себя Site Survey Professional 4.6 — программное обеспечение с обширным функционалом для планирования WLAN с поддержкой RTLS, а также чрезвычайно точные ярлыки для локализации (Location Beacon), ярлыки в виде беспроводных браслетов для пациентов, детей и т. д., значки WLAN с дисплеем для личной безопасности и использования в качестве пейджера. Это лишь некоторые из недавно представленных продуктов.

Современные ярлыки RTLS оснащаются датчиками движения, которые активируют передающий беспроводной модуль. В неподвижном состоянии ярлыки переходят в режим ожидания, что повышает их энергоэффективность, — ранее высокое энергопотребление было самым слабым местом транспондеров. Благодаря такому режиму ожидания срок службы батарей составляет до пяти лет, причем в идеале система администрирования RTLS должна контролировать уровень заряда. Необоснованными оказались опасения, что трафик RTLS станет помехой для критически важных приложений, использующих сеть WLAN. При обновлении информации о своем нахождении стандартный ярлык RTLS отправляет от 5 до 50 байт информации. Даже если несколько тысяч ярлыков будут одновременно отправлять свои данные, все равно общий объем данных не окажет отрицательного влияния на функционирование беспроводной сети.

В настоящее время еще не до конца решена проблема, связанная с точками доступа RTLS, разработанными специально для промышленных сред. Эти устройства должны быть водо- и/или пыленепроницаемы, нечувствительны к колебанию температур в широком диапазоне, устойчивы к ударам/вибрациям и монтироваться на внешние стены или шины DIN; как правило, у них есть специальные разъемы для аварийной сигнализации и еще множество других функций. Однако с точки зрения технологий WLAN они чаще всего довольно посредственные. Кроме того, в зависимости от характеристик надежности, которые выражаются в сертификатах IP (к примеру, IP40, IP65, IP66 или IP67), стоимость их может быть довольно высокой. Специализированным производителям, в число которых входят и крупные немецкие (либо созданные в Германии) компании, в частности Hirschmann (как и Trapeze Networks, входит в группу Belden), Siemens, Funkwerk и Lancom, необходимо заняться решением этих вопросов не в последнюю очередь потому, что многие из типичных сфер применения технологии RTLS нуждаются как раз в таком типе «усиленных» точек доступа.

Штефан Мучлер — ведущий корреспондент LANline.