Фундаментальные изменения в протоколе Wi-Fi 802.11 обещают переместить скорости беспроводных локальных сетей в гигабитный мир. Существенный прирост производительности сетей 11ac достигается за счет использования более широких каналов, повышения эффективности модуляции (способа передачи битов данных с помощью радиочастотных волн) и многопользовательских соединений (Multi-User MIMO). Все это придет к нам с волнами. В буквальном смысле — с первой и второй. Правда, для Wave 2 потребуются электронные компоненты, отличающиеся от тех, что используются в устройствах Wave 1, а значит, клиентам придется обновлять оборудование.

Следует также учесть, что не все точки доступа 11ac будут одинаковыми. Многие устройства, в которых используются чипы Broadcom, имеют ряд ограничений, например невозможность поддержки более 50 клиентов, использующих шифрование. А без центрального процессора в чипе Broadcom все функции Wi-Fi дожны будут обрабатываться главным процессором точки доступа. Это ведет к снижению эффективности, так как перенос нагрузки не позволяет процессору точки доступа переходить в состояние пониженного энергопотребления.

Не стоит рассчитывать на то, что гигабитные скорости станут доступны пользователям уже в ближайшее время, поскольку реализация большей части соответствующих функций будет зависеть от того, насколько хорошо точки доступа Wi-Fi смогут управлять радиочастотным спектром. Сегодня большинство корпоративных точек доступа используют простую всенаправленную антенну, которая вообще не управляет радиосигналом.

Шаг вперед

Главное преимущество технологии 11ac заключается в том, что она использует частотный диапазон 5 ГГц, расширяя полосу пропускания до 500 МГц на 25 неперекрывающихся каналах (для сравнения: полоса пропускания в диапазоне 2,4 ГГц составляет 83,5 МГц на трех неперекрывающихся каналах). Новые каналы совместимы с каналами устройств 11a и 11n, имеющими полосу пропускания 20 и 40 МГц соответственно. В стандарте 11ac используется расширенная версия защитных механизмов (RTS/CTS), которая динамически определяет, все или только некоторые (например, первичный канал с полосой пропускания 20, 40 или 80 МГц) из имеющихся каналов доступны для передачи.

И наконец, фундаментальным приоритетом для Института инженеров по электротехнике и электронике (IEEE) является поддержка обратной совместимости с предыдущими протоколами 802.11. Стандарт 11ac использует частотный диапазон 5 ГГц и полностью совместим с технологиями 11a и 11n, поддерживая форматы кадров и механизмы защиты обоих этих стандартов. Что ж, у нас все замечательно, не правда ли? Не торопитесь радоваться.

Спектральная эффективность: ключ к ускорению

Поставщики оборудования 802.11ac предпочитают умалчивать о том, что спектральная эффективность легко может уменьшаться всякий раз, когда несколько точек доступа используют более широкие каналы. Спектральная эффективность непосредственно связана со скоростью передачи информации, а информация циркулирует в конкретной телекоммуникационной системе с заданной полосой пропускания. Фактически мы имеем дело с показателем эффективности использования ограниченного спектра протоколом физического уровня.

Многие производители не упомянут и о том, что технологии модуляции, позволяющие ускорить связь, обладают определенными преимуществами лишь на коротких расстояниях, при большом соотношении сигнал/шум (а преобладающие в среде корпоративных клиентов точки доступа таких преимуществ обеспечить не могут). Расстояния могут стать серьезным препятствием для распространения сигналов Wi-Fi на частоте 5 ГГц, которая обладает меньшим радиусом действия и не столь хорошо преодолевает препятствия, как сигналы с частотой 2,4 ГГц.

Особого внимания заслуживают продукты 11ac, умеющие фокусировать радиочастотный сигнал, увеличивать дальность его распространения и поддерживающие большую глубину модуляции и более высокие скорости передачи данных. Способность систем Wi-Fi адаптироваться к изменениям окружающей среды и множеству клиентских устройств различных типов значительно повышает вероятность того, что эти особенности (делающие стандарт 11ac столь привлекательным в глазах корпоративных клиентов) найдут достойное применение.

И наконец, следует учесть, что стоимость оборудования 11ac будет достаточно высокой. Дополнительные затраты обусловлены не только необходимостью устанавливать новые точки доступа, но и переходом на новые коммутаторы с подержкой технологии Power over Ethernet, ведь многие новые точки доступа стандарта 11ac потребуют увеличения мощности электропитания.

Перспективы использования протокола 11ac, имеющего впечатляющую теоретическую основу, можно оценивать достаточно оптимистично. Но для увеличения пропускной способности и скорости передачи данных в сетях потребуется усовершенствовать механизм управления радиосигналом. Без этого все остальные «преимущества» обернутся пустой тратой времени и денег.

Управление маршрутом прохождения сигнала

Чтобы сети 11ac работали так, как это рекламируется, необходимо ужесточить контроль за прохождением радиосигнала. Этот тезис нашел еще одно подтверждение в процессе перехода отрасли от стандарта 11g к технологии 11n, характерными чертами которой были появление MIMO, увеличение скоростей на физическом уровне, пространственное уплотнение и агрегация кадров. То же самое относится и к переходу от стандарта 11n к 11ac.

Контроль передачи каждого пакета с помощью адаптивных антенн, поляризационное разнесение, технологии выбора активного канала и интеллектуальные точки доступа Wi-Fi увеличат потенциал модуляции 256-QAM в сетях 802.11. Это означает, что:

  • увеличение соотношения сигнал-шум SNR/SINR будет способствовать росту скорости передачи в нисходящем канале связи 256-QAM;
  • адаптивное поляризационное разнесение с объединением наилучших составляющих сигналов (PD-MRC) и повышение чувствительности приемника в восходящем канале увеличит скорость восходящей передачи 256-QAM;
  • точки доступа смогут выбирать каналы с большей пропускной способностью и меньшим шумом и интерференцией.

В условиях выбора полосы пропускания (20, 40, 80 или 160 МГц) станет сложнее определить, какая ширина канала оптимальна для каждой среды, имеющей свои характеристики повторного использования спектра, количество точек доступа, мощность передачи сигнала, типы клиентских устройств, поддержку канала и пр.

Интеллектуальный выбор канала позволяет решить эти задачи путем определения наибольшей пропускной способности канала с использованием статистического моделирования прохождения реального трафика с течением времени. Интеллектуальный выбор канала помогает оборудованию 11ac:

  • изучать, какие каналы лучше подходят для соединения в данный момент времени;
  • адаптивно менять канал в неустойчивой среде;
  • определять наилучшие параметры канала для заданной среды, типов и количества клиентских устройств, поддержки ширины канала и объема трафика при любой настройке параметров пропускной способности.

И наконец, в условиях применения многопользовательских систем со многими входами и выходами (Multi-User MIMO) необходимо иметь точки доступа, которые будут напрямую направлять сигналы Wi-Fi каждому клиенту в целях лучшего разделения сигналов. Это позволит увеличить скорость передачи данных и повысить пропускную способность клиентских устройств за счет более быстрого подключения к сети и отключения от нее, а также уменьшения числа потерянных пакетов и необходимости их повторной передачи.

Важность адаптивных или интеллектуальных антенн для любой сети 11ac трудно переоценить. Без явного контроля за распространением радиосигнала производительность оборудования 11ac будет серьезно ограничена. Поскольку адаптивные антенны постоянно посылают сигнал по самому быстрому из возможных маршрутов, спектральная эффективность улучшается, позволяя передавать кадры увеличенного размера, использовать передовые технологии модуляции и достигать наилучшего соотношения SNR/SINR.