802.11ac, czyli Wi-Fi szybkie, jak kabel

Szybkość transmisji 802.11ac jest porównywalna z sieciami kablowymi, co rewolucjonizuje sposób, w jaki firmy mogą zapewniać radiową łączność sieciową dużej liczbie urządzeń.

Szybki wzrost liczby urządzeń mobilnych i wprowadzenie ich do firmowego środowiska powoduje, że rosną wymagania odnoście wydajności i niezawodności sieci bezprzewodowych. Nowy standard 802.11ac oferuje zwiększoną przepustowość, lepiej radzi sobie z obsługą większej liczby użytkowników i dobrze sprawdza się w zastosowaniach związanych z przesyłaniem dużej ilości danych. Dlatego urządzenia Wi-Fi w najnowszym standardzie 802.11ac szybko wypierają z rynku routery zgodne z 802.11n. Jak podaje firma badawcza ABI Research, te pierwsze miały 2014 r. ok. 11% udziału w światowym rynku Wi-Fi. Jednak już w 2015 r. analitycy zakładają, że liczba sprzedanych routerów 802.11ac osiągnie 71 milionów, stanowiąc prawie 41% całości sprzedaży. Eksperci z IDC uważają, że powodują to, m.in. spadające ceny urządzeń 802.11ac oraz wyższa przepustowość (w porównaniu do 802.11n), spełniająca rosnące wymagania użytkowników.

Routery 802.11ac początkowo umożliwiały transmisję z szybkością 1 Gbit/s, pracując w paśmie 5 GHz. Działają one również w paśmie 2,4 GHz, ale wtedy spada szybkość transmisji danych. Wykorzystanie wyższej częstotliwości ma też tę zaletę, że w użyciu jest bardzo dużo urządzeń używających zakresu 2,4 GHz, co powoduje większe wzajemne zakłócenia fal radiowych. W dużych biurowych, w których występuje znaczne zagęszczenie sieci bezprzewodowych, dochodzi do powstawania interferencji między urządzeniami Wi-Fi, i tym samym spadku wydajności.

Zobacz również:

802.11ac idzie naprzód

Najszybszy obecnie standard 802.11ac jest nadal rozwijany, aby umożliwiać szybszą transmisji danych i obsługę większej liczby użytkowników przez jedno urządzenie. Na rynku są już punkty dostępowe zgodne z typem AC3200, których szybkość transmisji dochodzi do 2,6 GHz. Na rynku zadebiutowały też pierwsze routery z technologią MU-MIMO (Multi-user Multiple Input and Multiple Output). Rozwiązuje ona powszechny problem komunikacji bezprzewodowej – spadek szybkości transmisji przy rosnącej liczbie użytkowników. W porównaniu z dotychczas stosowaną technologią dostępu do pasma radiowego SU-MIMO (Singel-user Multiple Input and Multiple Output), wykorzystanej w standardach 802.11n czy 802.11ac, MU-MIMO przynosi około czterokrotny wzrost pojemności pasma radiowego. Efektem jej wykorzystania z punktu widzenia użytkownika końcowego jest utrzymanie wysokiej szybkości transmisji przy podłączaniu kolejnych urządzeń. Natomiast technika SU-MIMO przy wielu urządzeniach klienckich korzystających z jednego punktu dostępowego powoduje powstawanie dużych opóźnień, ponieważ każde z nich musi czekać na swój przedział czasowy.

Supertransmisja w paśmie 60 GHz

Szybkimi krokami nadchodzą urządzenia bezprzewodowe zgodne ze specyfikacją 802.11ad (WiGig). Finalna wersja dokumentacji tego standardu została opublikowana jeszcze w 2012 r. Producenci układów Wi-Fi, np. Qualcomm, pokazali w końcu nowe produkty pracujące w trzech zakresach: 802.11ad (60 GHz) oraz 802.11ac (5 GHz i 2,4 GHz).

WiGig korzysta z pasma 60 GHz i teoretycznie umożliwia przepustowość wynoszącą aż 7 Gbit/s, jednak początkowo urządzenia 802.11ad mają pracować z szybkością 4,6 Gbit/s. Trzeba też dodać, że na szybkość transmisji wpływa wiele czynników. W przypadku WiGig bardzo istotny jest układ pomieszczeń, materiał, z którego składają się ściany oraz odległość między odbiornikiem i nadajnikiem. Sygnał w paśmie 60 GHz jest bowiem bardzo podatny na tłumienie. Fale radiowe o tej częstotliwości przede wszystkim odbijają się od ścian i innych przedmiotów i zdecydowanie trudniej je przenikają.

Specyfikacja zakłada maksymalną szybkość transmisji 7 Gbit/s. Jednak zdaniem ekspertów, wykorzystując jedynie podstawowe techniki już stosowane w standardach 802.11n i 802.11ac (łączenie kanałów czy transmisję wieloantenową MIMO), możliwe jest osiągnięcie przepustowości aż 100 Gbit/s już w najbliższych kilku latach. W przypadku WiGig transmisja z modulacją 64 QAM i w pojedynczym kanale umożliwia osiągnięciu transferu, który w przypadku 802.11ac osiąga się dopiero przy modulacji 256 QAM, połączeniu czterech kanałów 40 MHz i konfiguracji 8x8 MIMO.

Urządzenia zgodne z WiGig mogą być wyposażone w 16 do 32 anten, co umożliwia bardzo dobrą separację poszczególnych strumieni danych. To z kolei oznacza, że z jednego punktu dostępowego może jednocześnie korzystać większa liczba urządzeń nie odczuwając spadku szybkości transmisji. Duża liczba anten umożliwia również precyzyjne kształtowanie wiązki radiowej, co przekłada się na lepszą jakość komunikacji w przypadku urządzeń, które są zlokalizowane blisko siebie.

Istotną zaletą WiGig jest energooszczędność. Urządzenia pracujące w tym standardzie zużywają znacznie mniej prądu do obsługi transmisji bezprzewodowej niż te zgodne z 802.11ac.

Kolejnym wyróżnikiem WiGig są bardzo niskie opóźnienia, wynoszące ok. 10 mikrosekund. Ten standard od początku projektowano tak, aby ten parametr przyjmował podobne wartości, jak w sieciach kablowych. To jest ważne, ponieważ opóźnienia na tym poziomie umożliwiają „przekonanie” aplikacji, że komunikują przez łącze kablowe.

Wdrożenie – recepta na sukces

Mimo bezsprzecznych zalet standardu 802.11ac, trzeba uwzględnić kilka aspektów, aby wdrożenie nowej sieci bezprzewodowej w firmie zakończyło się sukcesem. Podstawową sprawą jest decyzja, czy urządzenia 802.11ac dodawać do istniejącej sieci, czy raczej wymienić wszystkie punkty dostępowe. Jest to trudna decyzja i wymaga rozważenia nie tylko czynników technologicznych.

Jeśli firmowa sieć Wi-Fi jest zbudowana z urządzeń 802.11n pracujących w paśmie 2,4 GHz, co jest najczęstszą sytuacją, wtedy dobry rozwiązaniem jest stopniowe wprowadzanie punktów dostępowych 802.11ac w paśmie 5 GHz. W ten sposób nowe urządzenia nie będą zakłócały pracy starej sieci, a urządzenia końcowe obsługujące ten nowszy standard płynnie przejdą do nowej sieci. Jednocześnie starsze urządzenia wciąż będą mogły korzystać z bezprzewodowej łączności.

Urządzenia 802.11ac w większości są wyposażone w dwa moduły radiowe, co oznacza, że jednocześnie mogą komunikować się w starszych standardach 801.11g lub n. Dzięki temu starsze urządzenia nie stracą dostępu do sieci, a zarządzanie infrastrukturą LAN będzie łatwiejsze, ale niestety wymiana wszystkich AP jest droższym rozwiązaniem.

Kolejny krok to analiza terenu (site survey), która często budzi kontrowersje. Niektórzy uważają, że koszty tej operacji i poświęcony na nią czas to strata. W przypadku 802.11ac wchodzimy jednak na niezbadany teren – częstotliwość 5 GHz. Profesjonalne badanie pokaże, jak w tym paśmie zachowuje się sieć bezprzewodowa w danej firmie, pomoże zidentyfikować problemy i ułatwi wybór odpowiednich urządzeń.

Poza tym bez takiego przygotowania raczej nie da się wykorzystać zalet wszystkich nowych funkcji 802.11ac, w tym opcjonalnych mechanizmów, jak formowanie wiązki radiowej. Z reguły koszty analizy terenu powinny okazać się niższe niż osiągnięte w ten sposób korzyści wynikające z optymalnego zaprojektowania sieci.

Planując wdrożenie 802.11ac, nie można zapomnieć o sieci przewodowej. Szybkość transmisji tego standardu WLAN może sprawiać nowe wyzwania związane z wdrożeniem i zarządzaniem. Nie ma mowy, aby podłączać punkty dostępowe do sieci 100 Mbit/s. W przypadku 802.11ac maksymalna szybkość transmisji przekracza 1 Gbit/s i w najnowszych urządzeniach zmierza w kierunku 2 Gbit/s.

Nawet jeśli zagregowana transmisja z jednego AP nie osiągnie maksimum, to trzeba się liczyć z ruchem na poziomie 500-800 Mbit/s. To oznacza, że do każdego punktu dostępowego trzeba pociągnąć łącze Ethernet 1 Gbit/s, a w przyszłości trzeba liczyć się z koniecznością rozbudowy sieci kablowej, aby móc wykorzystywać wszystkie możliwości urządzeń 802.11ac.

Standard 802.11ac komplikuje monitorowanie i analizę ruchu sieciowego. Dotychczas z reguły punkty dostępowe oraz adaptery USB WLAN miały podobne możliwości, np. zbliżoną przepustowość. Natomiast punkty dostępowe 802.11ac często mają znacznie większe możliwości transmisyjne niż urządzenia klienckie. Tę różnicę widać bardzo wyraźnie, porównując punkt dostępowy 802.11ac a adapterem USB 802.11ac.

Monitorowanie sieci 802.11ac z użyciem adapterów USB jest bardzo problematyczne. Adapter USB WLAN nie przechwyci bowiem całego ruchu 802.11ac, jeśli ten przekroczy jego przepustowość. Co więcej, w żaden sposób nie zasygnalizuje tego faktu. To powoduje, że powstaną białe plamy na obrazie ruchu sieciowego, co utrudni, np. próby analizowania błędów.