N jak nadzieja

Seria standardów 802.11 publikowanych przez IEEE co pewien czas powiększa się o kolejną "literkę". Jednak mimo ciągłych prac grup zadaniowych w ramach tej organizacji, od dłuższego czasu nie pojawił się standard, który przyniósłby rewolucję w bezprzewodowym światku. Zapowiedzią wielkich zmian jest "n".

Seria standardów 802.11 publikowanych przez IEEE co pewien czas powiększa się o kolejną "literkę". Jednak mimo ciągłych prac grup zadaniowych w ramach tej organizacji, od dłuższego czasu nie pojawił się standard, który przyniósłby rewolucję w bezprzewodowym światku. Zapowiedzią wielkich zmian jest "n".

N jak nadzieja

Definicja parametrów jakości sygnału radiowego

Ostatnią specyfikacją, której udało się zdobyć uznanie, popularność i nieco zmienić postrzeganie sieci bezprzewodowych, była 802.11i (ratyfikowana blisko cztery lata temu), wprowadzająca mocne mechanizmy zabezpieczające. Standardy pojawiające się później, pomimo swej bezdyskusyjnej przydatności (aczkolwiek mało spektakularnej z perspektywy typowego użytkownika końcowego), nie wprowadzały wielkich zmian. Mowa tu głównie o kolejnych uzupełnieniach standardu 802.11i oraz:
  • 802.11e - mechanizmach zapewnienia różnicowania ruchu (QoS) w sieciach bezprzewodowych;
  • 802.11h - mechanizmach obsługi dodatkowych częstotliwości w paśmie 5 GHz w Europie;
  • 802.11j - obsłudze pasma 4,9 - 5 GHz w Japonii.

Niedawno pojawiła się jednak literka "n", co może brzmieć jak nadzieja.

Głowę każdego użytkownika czy administratora sieci bezprzewodowej zaprząta kilka wyzwań, a najczęściej dwa: z jednej strony prędkość i wydajność transmisji (biorąc pod uwagę wielodostępność medium, bezpośrednio przekładająca się na pojemność naszej sieci), z drugiej - jej stabilność. Typowe sieci bezprzewodowe oparte na standardach 802.11 a i g (standard 802.11b celowo pomijamy, bowiem praktycznie nie występują już na rynku urządzenia kompatybilne tylko z nim) w obu kwestiach wykazują pewne niedoskonałości. Prędkość transmisji na poziomie 54 Mb/s, wydająca się jeszcze kilka lat temu zawrotną, z czasem okazała się niewystarczająca nawet dla kilku klientów podłączonych do pojedynczego punktu dostępowego (coraz częściej zainteresowanych zresztą transmisją nie tylko dużej ilości danych, ale także wysokiej jakości strumieni multimedialnych). Ponadto prędkość ta jest faktycznie dostępna tylko w dość ograniczonej odległości od punktu dostępowego, głównie z winy dość słabej odporności wymienionych protokołów na odbicia i wielotorowość sygnału radiowego.

Ewolucja i rewolucja

N jak nadzieja

Typy interferencji

Najprostszym sposobem rozwoju standardu byłoby pewnie "proste" zwiększenie prędkości transmisji (wprowadzając nowe standardy modulacji, kodowania - mniej więcej tak, jak zrobiono to przy przejściu z 802.11b do 802.11g). Definiując nowy standard, IEEE postawiło sobie jednak poprzeczkę nieco wyżej i zamiast ewolucji standardu, dokonało małej rewolucji. Priorytetem przy tworzeniu 802.11n stało się zwiększenie generalnie rozumianej wydajności sieci. Poza "nowym radiem" 802.11n wprowadza zatem wiele mechanizmów, sprzyjających osiągnięciu tego celu i dość istotnie ingerujących w warstwę fizyczną i logiczną transmisji. Spójrzmy zatem z perspektywy technicznej, w jaki sposób osiągnięto wzrost wydajności punktu dostępowego do 600 Mb/s.

Sercem jest MIMO

Aby lepiej zrozumieć działanie MIMO (Multiple Input Multiple Output), konieczne jest przypomnienie kilku pojęć z zakresu technologii radiowych.

W "tradycyjnych" systemach radiowych (SISO - Single Input Single Output), złożonych z pojedynczego wyjścia (nadajnika) i pojedynczego wejścia (odbiornika) ilość informacji, jaką da się przenieść, wykorzystując sygnał radiowy, zależy od różnicy poziomów sygnału odbieranego (RSSI - Received Signal Strength Identifier) i szumu "słyszanego" przez odbiornik. Wielkość ta jest wyrażana typowo w decybelach (dB) jako SNR (Signal-to-Noise Ratio - odstęp sygnału od szumu).

N jak nadzieja

Zjawisko wielotorowości sygnału

Pojęcie to łatwo sobie zobrazować, wyobrażając następującą sytuację - w pokojach w dwóch budynkach położonych naprzeciw siebie znajdują się dwie osoby. Jedna z nich dysponuje lampką, pełniącą funkcję nadajnika, oczy drugiej są odbiornikiem sygnału. Widzialne światło lampki staje się nośną informacji, podczas gdy światło zewnętrzne jest szumem. W nocy, kiedy poziom szumu (światła słonecznego) jest niski, zapalanie i gaszenie lampki jest świetnie widoczne (różnica między sygnałem a szumem, czyli SNR, jest znaczna). W słoneczny dzień jest dużo gorzej, bowiem poziom szumów może przekroczyć poziom nadawanego sygnału (światło słoneczne będzie jaśniejsze od wytworzonego przez lampkę). Oczywiście nasz "świetlny" SNR można by zwiększyć (szczególnie w słoneczny dzień), gdyby sąsiad zastosował zamiast 50-watowej żarówki 1000-watowy reflektor albo gdyby nasze oczy (odbiornik) znalazły się znacznie bliżej lampki. Światło lampki, im dalej od źródła, ulega coraz większemu rozproszeniu i jest coraz mniej jasne, co przy stałej wartości szumów otoczenia istotnie degraduje SNR (relatywnie do kwadratu odległości). Podobnie reagują systemy radiowe - SNR jest zależny od wielu czynników, takich jak odległość między nadajnikiem i odbiornikiem, poziom szumów otoczenia czy moc nadajnika. Nie bez znaczenia jest też czułość odbiornika - człowiek ze słabym wzrokiem może nie dostrzec światła lampki, podczas gdy obdarzony sokolim spojrzeniem nie będzie miał z tym problemu.

Odpowiedni poziom transmisji z zadaną prędkością nie jest oczywiście możliwy bez wystarczającego SNR. Natomiast każdy dodatkowy dB może być wykorzystany na kilka sposobów - do zwiększenia zasięgu transmisji, zwiększenia jej prędkości czy kombinacji tych czynników. I właśnie walka o te dodatkowe dB staje się głównym frontem rozwoju technologii radiowych. Należy przy tym pamiętać, że do dyspozycji inżynierów pozostaje bardzo ograniczony zestaw środków. W szczególności - moc nadajnika jest ograniczona regulacjami prawnymi, poziom szumów jest niezależny od wdrożonego systemu, a na scenie, jako główny aktor, pozostaje sterowanie czułością odbiornika i wykorzystywanie zjawisk dotąd traktowanych jako szkodliwe.


TOP 200