Беспроводные сети на 100 Мбит/с

Устройства, которые используют технологию MIMO и соответствуют спецификациям 802.11n, вплотную приблизились к 100 Мбит/с по пропускной способности. Однако они пока не способны корректно взаимодействовать друг с другом.

Беспроводные устройства с несколькими антеннами используют разные виды радиосигналов на двух, а иногда и большем числе антенн для передачи данных по радиоканалу. Множественные антенны и несколько видов сигналов применяются и на принимающем конце соединения в сочетании с разнообразными средствами обработки сигналов. В идеале, это должно способствовать увеличению дальности связи и пропускной способности — по сравнению с традиционным вариантом построения беспроводной сети, работающей в тех же условиях.

Что такое MIMO?

Применительно к MIMO иногда используется термин «пространственное мультиплексирование», поскольку в дополнение к частоте и времени при передаче трафика задействуется еще одно измерение — пространство. Мультипликативный эффект в корректно спроектированной MIMO-системе может быть колоссальным. Как показали наши испытания, барьер 100 Мбит/с пропускной способности прикладного уровня в БЛС уже преодолен. В окончательном стандарте 802.11n для производительности физического уровня в MIMO-конфигурации «4х4» может быть записана величина 600 Мбит/с.

Два года назад появились первые экземпляры оборудования для беспроводных локальных сетей, в котором используются множественные антенны (multiple-input multiple output, MIMO). Сейчас имеется уже достаточное число устройств, предназначенных для частных пользователей, малого и среднего бизнеса, а компания Bluesocket даже предлагает продукт BSAP-1700 крупным корпоративным клиентам.

В течение месяца мы тестировали MIMO-устройства в нескольких офисах редакции Network World. Оценивались их пропускная способность на больших и малых расстояниях, а также способность взаимодействовать друг с другом. Кроме того, нас интересовали процедуры настройки и конфигурирования, средства управления, простота использования и качество документации.

Шесть компаний — Asus, Belkin, Buffalo, D-Link, Linksys и Netgear — представили на наш суд девять продуктов. Как потом выяснилось, оборудование, использующее технологию MIMO, выпускает также компания SMC Networks, но в начале тестирования мы об этом не знали. Фирма Bluesocket была не готова предоставить нам свою разработку BSAP-1700. В процессе испытаний мы обнаружили ошибку в работе устройства Belkin, что не позволило продолжить его тестирование, а исправленный вариант поступил от производителя слишком поздно.

Хотя протестированные продукты адресованы частным лицам и сектору SMB, крупным компаниям не стоит их игнорировать. Они недвусмысленно свидетельствуют о направлении развития корпоративных беспроводных сетей в ближайшем будущем. Современные клиентские MIMO-устройства существенно увеличивают производительность и радиус действия сетей 802.11g, а большая протяженность соединений зачастую не просто желательна, а жизненно необходима.

Благодаря высочайшей производительности и великолепным средствам настройки конфигурации клиентов победителем стала разработка фирмы Asus. Кроме того, высокие баллы за быстродействие получило семейство WZR-G240 компании Buffalo и маршрутизатор WRT300N фирмы Linksys.

Производительность

Результаты, полученные в гомогенной среде (маршрутизатор и клиентский адаптер из одного продуктового семейства), оказались вполне предсказуемыми. Три модели, продемонстрировавшие наивысшую производительность (компаний Asus, Buffalo и Netgear), присутствуют на рынке не первый месяц и базируются на одном и том же MIMO-чипсете третьего поколения Airgo Networks. Наши предыдущие испытания уже выявили превосходство микросхем этой фирмы, что неудивительно с учетом срока разработки ею таких микросхем. Среди новых продуктов вполне приличные результаты показала пара «маршрутизатор-клиент» производства Linksys.

Производительность MIMO-устройств на небольших расстояниях

Устройства WNR-854T и WN511T компании Netgear продемонстрировали при передаче данных в нисходящем направлении (от точки доступа к клиенту) выдающуюся производительность — 120,1 Мбит/с. Однако в обратном направлении этот показатель составил всего 18 Мбит/с. Сотрудники фирмы Marvell, поставляющей микросхемы для MIMO-продуктов Netgear, не сумели это объяснить. Они утверждали, что производительность свыше 100 Мбит/с достигается в обоих направлениях, но так и не предоставили документального подтверждения данного факта. Правда, высочайшая производительность даже в одном направлении заслуживает всяческих похвал.

Наилучшие результаты как на больших, так и на малых расстояниях показали WL-566gM и WL-106gM производства Asus. Этой компании мы присудили и приз за правдивую рекламу, поскольку истинная пропускная способность ее продуктов (без малого 100 Мбит/с) в точности соответствует указанной на упаковке.

Аттракцион с взаимодействием

Из-за отсутствия нужного теста в арсенале консорциума Wi-Fi Alliance нам вряд ли стоило многого ожидать от своих испытаний. Некоторые сочетания устройств разных производителей создали для нас серьезные проблемы, связанные с настройкой средств безопасности (мы требовали, чтобы функции защиты Wi-Fi Protected Access 2 были включены). Иногда компании ссылались на обновленные версии микропрограммных средств, которые вот-вот появятся на рынке, но пока способность к взаимодействию даже на уровне базовых функций остается камнем преткновения.

Производительность в тестах на взаимодействие оказалась на уровне 20 Мбит/с, что соответствует параметрам оборудования 802.11g. Этот показатель был выше у устройств, построенных на основе одного и того же набора микросхем.

Другие функции

В итоговой оценке «вес» производительности составил 40%. Остальные ее доли пришлись на конфигурацию, функциональные возможности, средства управления, простоту установки, дизайн и качество документации.

Нам пришлась по душе функциональность клиентских устройств Asus. Основную роль в присуждении им первого места сыграла производительность. Отметим, что компании следовало бы уделить больше внимания содержанию сообщений, которые выводятся в процессе инсталляции.

Производительность MIMO-устройств на больших расстояниях

Нас смутило то, что упаковка и дизайн маршрутизаторов WNR-834B и WNR-845T производства Netgear оказались практически идентичными. Мы предупреждаем покупателей: необходимо быть внимательными при выборе клиентских карт (упаковки которых также очень похожи), поскольку в случае ошибки пропускная способность сети будет заметно меньшей, чем ожидаемая. Компании D-Link и Linksys получили высокие оценки за прекрасно написанные руководства пользователей.

Довольно удачными оказались функция автоматической проверки обновления микропрограммных средств оборудования Buffalo и схожая возможность маршрутизатора WRT300N фирмы Linksys (наряду с удобным интерфейсом и средствами диагностики). Не вдохновил нас промышленный дизайн устройства WZR-G300N компании Buffalo, в остальном довольно стильного. Часть светодиодных индикаторов находится на задней панели продукта, что делает весьма проблематичной его установку на полку. Нельзя не отметить простоту использования продуктов D-Link.

Соображения для корпоративных клиентов

Мы по-прежнему убеждены в том, что за технологией MIMO — будущее беспроводных локальных сетей. Эта технология прошла проверку временем и может быть реализована в недорогих простых в применении продуктах. Мы не рекомендуем приобретать оборудование БЛС, не использующее технологию MIMO, по крайней мере — для частных домовладений и рынка SMB.

Хотя для большинства частных пользователей абсолютная пропускная способность и емкость сети не столь важны (многие из них довольствуются Internet-соединением с пропускной способностью 6-8 Мбит/с, а беспроводное телевидение высокой четкости пока используется редко), дальность связи играет не последнюю роль. Типичная ситуация: MIMO-оборудование легко передает сигнал достаточной мощности на расстояния, которые недоступны для обычных беспроводных устройств, адресованных частным пользователям.

Корпоративные клиенты все чаще исповедуют противоположную тактику, устанавливая дополнительные точки доступа с меньшим радиусом действия, что снижает общие требования к дальности связи. При увеличении плотности размещения беспроводных устройств заметно растет емкость сети, поскольку снижение дальности связи эквивалентно росту мощности сигнала. К тому же уменьшается число одновременно работающих пользователей микросоты. Однако такая сетевая архитектура работоспособна лишь при наличии централизованных средств управления и при эффективном контроле над использованием радиочастотного спектра.

Таким образом, в корпоративной среде технология MIMO, скорее всего, будет использоваться для повышения максимальной пропускной способности, которая в сегодняшних сетях 802.11g и 802.11a составляет 22-25 Мбит/с. Мы полагаем, что показатель 100 Мбит/с будет означать нижнюю границу диапазона значений эффективной пропускной способности сетей 802.11n. Это значительно больше возможностей традиционных сетей Fast Ethernet: в них 100 Мбит/с соответствуют скорости распространения сигнала на физическом уровне, а не доступной для приложений полосе пропускания.

Испытания показали, что корпоративным заказчикам имеет смысл дождаться утверждения окончательной версии стандарта, прежде чем приняться за инсталляцию MIMO-оборудования. Мы по-прежнему рекомендуем использовать технологию множественных антенн для увеличения полосы пропускания и дальности связи в сетях 802.11g. Однако основные поставщики устройств для корпоративных беспроводных сетей вряд ли выпустят на рынок основанные на MIMO точки доступа до того, как в деле стандартизации сетей 802.11n будет достигнут значительный прогресс.

Например, компания Airgo уже заявила о планах выпуска до конца года набора микросхем для сетей 802.11n. К тому времени будет в основном завершено согласование технических деталей стандарта, а его утверждение, по нашим оценкам, состоится не позже середины следующего года. Именно тогда на рынке появится достаточное число продуктов, основанных на технологии MIMO, а к 2009 году она начнет использоваться повсеместно. Новый стандарт почти наверняка обеспечит обратную совместимость с предшествующими спецификациями 802.11 — по крайней мере, в отношении сигналов физического уровня. Это не помешает массовому переходу на технологию 802.11n, когда она будет стандартизована.

Еще прежде мы станем свидетелями появления на рынке быстро эволюционирующих наборов микросхем, многочисленных драйверов, микропрограммных средств и множества иных продуктов для БЛС на базе MIMO. Несмотря на неоднозначность результатов тестирования, вряд ли стоит сомневаться в том, что вскоре беспроводные сети станут тем способом организации соединений, который будет по умолчанию использоваться едва ли не каждым.

Процедура тестирования

Любое тестирование беспроводных продуктов сопряжено с немалыми сложностями, особенно если речь идет о сравнительных испытаниях. Одна из причин — параметры самих радиоканалов. В целом свойства радиоэфира подчиняются законам физики, но процесс передачи радиосигналов связан с рядом изменяющихся статистических величин. Скажем, практически невозможно предсказать, как именно будет распространяться радиосигнал в данных условиях и будет ли распространяться вообще. Кроме того, изменениям подвержены интерференция и затухание сигналов. Еще одна переменная — ориентация антенн.

В любом серьезном тестировании нужно учитывать эти факторы и пытаться минимизировать их влияние на конечный результат. Дабы уменьшить вариабельность таких параметров, мы занялись мониторингом радиоэфира. Спектральный анализатор позволил получить графическое распределение энергии в используемой полосе радиочастот. Следует иметь в виду, впрочем, что хорошие спектральные анализаторы стоят не менее 30 тыс. долл., а работа с ними зачастую требует наличия в штате компании отдельного инженера.

Мы воспользовались устройством A5120 Sensor, анализатором Spectrum Analyzer и ПО Enterprise 7.0 компании AirMagnet. Указанное приложение помогает визуализировать трафик в сети 802.11. В модели A5120 задействована микросхема фирмы Cognio, позволяющая анализировать энергетический спектр в полосе частот 2,5-5 ГГц. В итоге нам удалось определить наилучший для испытаний радиоканал и отследить все помехи, способные повлиять на окончательную картину.

Что же касается ориентации антенн, даже при наличии средств MIMO местоположение ноутбука может оказаться далеко не оптимальным. Ослабление сигнала вызывают люди и иные объекты, перемещающиеся в зоне действия сети. Мы разместили тестовый ноутбук, оснащенный беспроводным MIMO-адаптером, на специальном столе, который вращался со скоростью 1 об./мин. В итоге любая неудачная ориентация быстро изменялась. На этом ноутбуке мы отключили функции управления излучаемой мощностью: ее профиль оставался тем же, каким был при включении питания. Для всех продуктов были выполнены две группы тестов: на зависимость скорости передачи от расстояния и совместимость.

В поисках правды

Показатели пропускной способности 240-300 Мбит/с, которые указываются многими производителями, строго говоря, нельзя считать некорректными, поскольку они относятся к скорости распространения сигналов физического уровня (по аналогии со 100 Мбит/с в сетях Fast Ethernet). Эти величины довольно сильно изменялись на протяжении каждого теста. Вот почему так важно измерить пропускную способность для приложений на седьмом уровне модели OSI, а не полагаться на указываемые производителями значения, недостижимые на практике.

Скорость и расстояние

Производительность беспроводных сетей (в отличие от проводных) очень сильно зависит от радиуса действия. Причина состоит в том, что по мере распространения в эфире радиосигналы затухают по экспоненциальному закону. Есть еще и рэлеевское рассеяние, связанное с распространением сигналов по нескольким путям. В MIMO-системах его вклад не столь значителен, поскольку технология множественных антенн изначально требует наличия нескольких путей распространения для достижения большей производительности.

Все принадлежащие одному производителю пары продуктов тестировались на малом (около 6,5 м) и значительном (почти 25 м) удалении. Два подключенных к маршрутизатору ПК под управлением Windows XP с Service Pack 2 (Panasonic Toughbook CF-74 и HP Compaq Nx6125) использовались для генерации трафика iPerf. В обоих тестах компьютеры и маршрутизатор находились в конференц-зале с большим стеклянным окном и открытой дверью. Необходимость в двух ПК связана с тем, что пропускная способность MIMO-соединения вполне может превысить 100 Мбит/с — физическую скорость передачи данных, поддерживаемую отдельным ПК с портом Fast Ethernet. Помещение, в котором располагался клиентский ноутбук с беспроводным адаптером при тестировании с 25-метровым радиусом действия, также имело окна и открытую дверь, но направление прямого распространения сигналов было частично перегорожено коробками из-под оборудования.

Тест на взаимодействие

В основной спецификации 802.11n не предусмотрен тест на взаимодействие разных MIMO-продуктов (по крайней мере, при работе на максимальной скорости передачи). В этой связи нам показалось немаловажным проверить способность к взаимодействию в рамках заявленного производителями соответствия их изделий предварительной версии стандарта 802.11n. К тому же нас интересовало, какая пропускная способность достижима в реальной гетерогенной среде, поскольку беспроводные сети стандарта 802.11n на базе оборудования разных компаний уже в 2009 году станут «общим местом». В гетерогенных конфигурациях производительность различных продуктов и их способность к взаимодействию тестировались только на малых расстояниях.

Цели и процедуры

Планируя испытания, мы руководствовались необходимостью применять только те технологии и инструментарий, с которыми корпоративные ИТ-отделы могут совладать собственными силами. По этой причине мы пользовались исключительно продуктами, которые предлагаются как «коробочные». В их число вошли бесплатное ПО Iperf LAN benchmark и приложение Enterprise 7.0, которые помогали нам настраивать конфигурацию устройств, проводить мониторинг трафика 802.11 и параметров качества радиоспектра в процессе тестирования.

Настройка радиомаршрутизаторов осуществлялась вручную мы не использовали компакт-диски, прилагавшиеся к каждому продукту. Перед началом тестирования мы загрузили с Web-сайтов производителей последние версии драйверов и микропрограммных средств, после чего изменения в конфигурацию устройств уже не вносились. А вот клиентские драйверы были установлены с CD, хотя и в этом случае мы по возможности загрузили обновленные версии приложений, драйверов и микропрограммных средств.

Изменения конфигураций маршрутизаторов затронули только IP-адреса, номера радиоканалов, идентификаторы SSI (Service Set Identifier) и настройки безопасности (Wi-Fi Protection Access 2 с шифрованием по стандарту AES). Во всех случаях использовалось клиентское ПО, поставляемое самими производителями. Это оказалось намного лучше работы с довольно слабой утилитой Zero Configuration, входящей в состав Windows XP. В общей сложности тестирование заняло более 35 ч. При получении аномальных результатов мы пытались выяснять их причины и запускали тесты повторно.