Wi-Fi: nowe standardy i bariery ich popularyzacji

Standard 802.11ac jeszcze nie zdobył dominującej pozycji, a już wkrótce pojawi się kolejna wersja sieci bezprzewodowych 802.11ax. Jak jednocześnie wynika z praktycznych badań, rzeczywista przepustowość Wi-Fi jest nawet 10-krotnie mniejsza od wartości nominalnych.

Popularność sieci Wi-Fi 802.11ac systematycznie rośnie, a tymczasem w organizacji IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) trwają prace nad nowymi standardami. Obecnie przygotowywanych jest 9 kolejnych specyfikacji, z których jedna – 802.11ax to standard przeznaczony do uniwersalnych zastosowań, którego publikacja jest planowana na marzec 2019 roku. Ale pierwsze urządzenia oparte na znanych obecnie założeniach specyfikacji 802.11ax pojawią się na rynku najprawdopodobniej już w tym roku.

Popularyzacja nowych wersji sieci bezprzewodowych napotyka jednak na bariery. Chyba największą jest często pojawiająca się konieczność modernizacji infrastruktury przewodowej i urządzeń sieciowych, które muszą obsługiwać sieć bezprzewodową o znacznie większych niż dotąd wymaganiach na przepustowość.

Zobacz również:

Standard „n” wciąż dominuje, ale udział „ac” szybko rośnie

Według IDC popularyzacja 802.11ac w firmach i korporacjach jest szybsza niż w przypadku 802.11n. Po dwóch latach od momentu pojawienia się na rynku pierwszych urządzeń zgodnych z nowym standardem w 2015 roku blisko połowa sprzedawanych na rynku stacji dostępowych przeznaczonych do współpracy z centralnym kontrolerem była zgodna ze standardem 802.11ac. Należy podkreślić, że nie chodzi tu o rynek konsumencki, ale urządzenia przeznaczone do instalacji w firmowych sieciach bezprzewodowych.

Z praktycznego punktu widzenia interesujące są wyniki badań prowadzonych przez OpenSignal.

Jak z nich wynika na rynku wciąż zdecydowanie dominuje standard 802.11n. Nie jest to zaskakujące, ale warto zwrócić uwagę na liczbowe dane prezentowane przez OpenSignal dotyczące dostępności sieci 802.11ac w niektórych krajach, a także rzeczywistej szybkości transmisji danych uzyskiwanej podczas połączeń z różnymi sieciami.

Dane są zbierane przy wykorzystaniu bezpłatnej aplikacji, którą każdy użytkownik może dobrowolnie zainstalować w swoim smartfonie i prezentują typ sieci z którą smartfon nawiązuje połączenie oraz średnią prędkość transmisji danych. Są to dane odzwierciedlające praktyczne, rzeczywiste parametry połączeń.

Jak wynika z badań OpenSignal, nawet jeśli smartfon jest wyposażony w interfejs 802.11ac, to możliwość nawiązania połączenia ze stacjonarną siecią tego typu jest stosunkowo rzadka. W Norwegii, czyli kraju, który pod tym względem zajął pierwsze miejsce w rankingu OpenSignal, użytkownicy tylko przez tylko 11,4% czasu korzystają z takich połączeń, a w USA (drugie miejsce) – 7,9%. Wyjątkiem są użytkownicy flagowych smartfonów Google - Nexus 6P, którzy są połączeni z sieciami 802.11ac średnio przez 45% czasu. Najprawdopodobniej wynika to jednak z tego, że są to miłośnicy technologii, którzy funkcjonują w bardziej zaawansowanych środowiskach technicznych niż przeciętny użytkownik.

Polska niestety nie znalazła się w rankingu. Być może zbyt mała liczba użytkowników smartfonów zdecydowała się na instalację oprogramowania OpenSignal.

Wi-Fi: nowe standardy i bariery ich popularyzacji

Popularność sieci Wi-Fi 802.11ac w różnych krajach, według badań przeprowadzonych przez firmę OpenSignal.

Jeśli chodzi o rzeczywistą szybkość transmisji danych, to z analiz OpenSignal wynika, że średnia prędkość transmisji danych uzyskiwana przy połączeniach z sieciami 802.11ac wyniosła tylko 32,4 Mb/s, ale jednocześnie trzeba podkreślić, że była przynajmniej dwukrotnie wyższa w porównaniu do wydajności połączeń z sieciami wykorzystującymi starsze standardy Wi-Fi.

Teoretyczna przepustowość interfejsu 802.11ac, w najprostszej, jedno-antenowej wersji wykorzystywanej w smartfonach wynosi 400 Mb/s, a więc jest ponad 10-krotnie wyższa od uzyskiwanej w praktyce.

Standard 802.11ac jest często określany też jako Wi-Fi-Gigabit czyli sieć bezprzewodowa o gigabitowej przepustowości. W przypadku smartfonów, taka szybkość transmisji jest praktycznie nieosiągalna. Jak zwracają uwagę analitycy z OpenSignal, wynika to nie tylko z ograniczeń samej technologii Wi-Fi, ale również braku dopasowania wydajności sieci przewodowych, które obsługują infrastrukturę sieci bezprzewodowych.

Wi-Fi: nowe standardy i bariery ich popularyzacji

Praktyczna wydajność połączeń w sieciach Wi-Fi według badań przeprowadzonych przez firmę OpenSignal.

Fizyczne bariery spowalniające popularyzację nowych wersji Wi-Fi

Znacznie mniejsza od teoretycznej wydajność Wi-Fi, z jednej strony wynika z natury sieci bezprzewodowej, której pasmo przepustowości jest współdzielone przez wielu użytkowników, ale często ograniczeniem jest szybkość transmisji zapewniana przez sieć przewodową do której podłączone są punkty dostępowe Wi-Fi.

W wielu przypadkach, przepustowość sieci Wi-Fi nowej generacji zaczęła przekraczać wydajność infrastruktury kablowej i dotyczy to nie tylko bezpośrednich połączeń punktów dostępowych z siecią. Bo jeśli łącze internetowe w systemie IT ma wydajność na przykład 25 MB/s to jest to maksymalna prędkość, którą mogą uzyskać użytkownicy końcowi.

Najnowsza wersja standardu 802.11ac “Wave 2” nominalnie zapewnia przepustowość do 6,8 Gb/s, a 802.11ac “Wave 1” – 1,3 Gb/s.

Wydaje się, że naturalnym rozwiązaniem umożliwiającym dopasowanie wydajności sieci Ethernet do wymagań Wi-Fi byłoby wdrożenie standardu 10GbE (10 Gb/s). Niestety poważnym hamulcem blokującym popularyzację takiego rozwiązania są jego wciąż zbyt wysokie koszty.

Sytuację tą może zmienić pojawienie się nowych specyfikacji Ethernet o przepustowościach 2,5 lub 5 GB/s, które będą mogły wykorzystywać popularne obecnie okablowanie Cat 5/6. Widać, że IEEE podeszła do problemu kompleksowo bo te nowe wersje standardu Ethernet, mają umożliwić ekonomiczne zwiększenie wydajności sieci kablowych.

Warto wspomnieć o dodatkowym problemie, który może hamować popularyzację nowych standardów Wi-Fi. Ulepszanie parametrów czasami wpływa na wzrost zużycia energii. Na przykład urządzenia 802.11ac Wave 2 mają większe wymagania na moc zasilania co często może wymagać modyfikacji infrastruktury sieciowej tak by była zgodna ze standardem PoE+. A to oznacza dodatkowy wzrost kosztów wdrożenia.

Kolejny standard „ax” w bliskiej perspektywie

802.11ax to kolejna wersja standardu sieci Wi-Fi przeznaczonych do ogólnych zastosowań. Zgodnie z praktyką IEEE, projekt jego opracowania został zatwierdzony w maju 2014 roku, a więc wkrótce po oficjalnej publikacji specyfikacji 802.11ac. Obecnie trwają wciąż prace nad zdefiniowaniem jego podstawowych założeń.

Trzeba przypomnieć, że standard 802.11n został oficjalnie zatwierdzony w 2007 roku, a 802.11ac sześć lat później w roku 2013. Podobny okres czasu IEEE rezerwuje na przygotowanie publikacji oficjalnej wersji specyfikacji 802.11ax, która według planu ma zostać zatwierdzona w marcu 2019 roku.

Na razie nie ma jeszcze zbyt wielu szczegółów, jakie ulepszenia i zmiany zostaną do niej wprowadzone, ale znane są podstawowe założenia.

Urządzenia 802.11ax będą wykorzystywały nową wersję technologii MIMO (Multiple Input, Multiple Output) wprowadzonej wraz ze standardem 802.11n i ulepszonej w 802.11ac (Wave 1, a później Wave 2). Wersja ta jest określana jako MIMO-OFDM (MIMO Orthogonal Frequency Division Multiplexing) lub MIMO-OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) i ma pozwolić na przynajmniej 5-krotne zwiększenie przepustowości w porównaniu do najnowszej wersji 802.11ac (Wave 2).

Ale nie wzrost szybkości jest najważniejszy. Nowy standard ma zostać wyposażony w specjalne mechanizmy umożliwiające niezakłóconą obsługę bardzo wielu jednoczesnych połączeń w środowiskach o dużej liczbie użytkowników. Pod tym względem dostępne na rynku rozwiązania Wi-Fi nie zapewniają stabilnej i komfortowej obsługi wielu użytkowników.

Jak widać, nowy standard jest adresowany przede wszystkim do zastosowań w firmach lub sieciach operatorów telekomunikacyjnych. Bo trzeba zauważyć, że jego wdrożenie będzie wymagało modyfikacji infrastruktury kablowej tak, aby spełniała rosnące wymagania na przepustowość i nie stała się wąskim gardłem systemu.

IEEE nie zapomina o IoT

Jak wspomniano wyżej grupy robocze IEEE są obecnie w trakcie opracowywania 9 nowych wersji standardów 802.11xx. W większości są to rozszerzenia zastosowań sieci Wi-Fi.

Przykładem jest np. specyfikacja 802.11ah (Wi-Fi HaLow), która definiuje parametry systemu Wi-Fi funkcjonującego w paśmie 900 MHz. Jest to rozwiązanie dedykowane dla systemów IoT (internet rzeczy) – zapewnia zasięg do ok. 1 km wykorzystując transmisję w 26 kanałach o przepustowości 100 Kb/s oraz niskie zużycie energii wymagane przez urządzenia IoT. Pod względem protokołu Wi-Fi HaLow jest zgodne z innymi standardami Wi-Fi pracującymi w pasmach 2,4/5 GHz. Publikacja ostatecznej specyfikacji 802.11ah jest planowana na wrzesień 2016 roku.

Mogłoby się wydawać, że IEEE wciąż publikuje kolejne wersje standardów i wynika to z zależności tej organizacji od producentów, którzy dążą do zwiększania popytu i zysków dzięki wprowadzaniu na rynek kolejnych modeli urządzeń.

Byłaby to jednak ocena niesprawiedliwa. Postęp technologiczny jest zjawiskiem naturalnym, a organizacji IEEE trudno zarzucić, że pospiesznie przygotowuje nowe standardy. Procedury związane z ich opracowaniem i ostatecznym zatwierdzeniem są bardzo rygorystyczne i czasochłonne.

Specyfikacje opracowywane przez IEEE definiują zestaw podstawowych funkcji I parametrów technicznych, które muszą spełniać urządzenia pretendujące do miana zgodności ze standardem. Proces ten jest prowadzony na zasadzie uzgodnień z firmami działającymi w tym segmencie rynku. Ma to na celu zapewnienie, że każde certyfikowane urządzenie, niezależnie od jego producenta będzie dobrze współpracować z innymi.


TOP 200