Прощание с 2,4 ГГц

Новый стандарт для беспроводных локальных сетей 802.11ac призван обеспечить передачу данных на скорости более 1 Гбит/сек. Он может найти применение в средах с большим количеством клиентов, к примеру при организации выставок или конференций. Поскольку этот стандарт работает исключительно в мало используемом диапазоне 5 ГГц, его внедрение влечет за собой как ряд преимуществ, так и некоторые проблемы, связанные с переходным периодом, ведь большинство современных клиентов WLAN поддерживают только диапазон 2,4 ГГц. Таким образом, планирование миграции на новый стандарт представляет собой непростую задачу.

Частотный диапазон 2,4 ГГц безнадежно перегружен. Порой на три канала, доступных для стандарта 802.11n, претендуют десятки точек доступа, а из-за наличия многочисленных источников помех передача данных происходит со сбоями, нередко затрагивающими весь диапазон 2,4 ГГц.

При этом утвержденный три года назад стандарт 802.11n предлагает хорошую альтернативу: использование практически не загруженного частотного диапазона 5 ГГц, где доступных каналов значительно больше. Однако производители аппаратного обеспечения неохотно реализуют эту возможность в своих решениях: к настоящему времени микросхемы для диапазона 5 ГГц встречаются лишь в некоторых планшетных компьютерах и ноутбуках бизнескласса. Зачастую ноутбуки и смартфоны оснащаются только поддержкой частотного диапазона 2,4 ГГц, тем не менее на них гордо красуются наклейки, свидетельствующие о поддержке стандарта 802.11n.

ПРОБЛЕСКИ НАДЕЖДЫ НА ГОРИЗОНТЕ

В двух недавно появившихся перспективных стандартах для беспроводных сетей IEEE 802.11ac и 802.11ad перенаселенный диапазон 2,4 ГГц попросту игнорируется. 802.11ad рассчитан на частотный диапазон 60 ГГц, что делает его пригодным главным образом для организации коротких соединений с высокой пропускной способностью, к примеру между отдельными стойками в крупных ЦОД. Эта технология позволит дополнить функционал традиционных стоечных коммутаторов (Top of Rack). Из-за высокой частоты, а значит, малого радиуса действия, составляющего лишь несколько метров, стандарт 802.11ad не подходит для охвата больших площадей.

Для традиционных мобильных устройств более интересным вариантом является стандарт 802.11ac, получивший у некоторых производителей более запоминающееся название — 5G WiFi. Поскольку, как и 802.11n, он предусматривает использование частотного диапазона 5 ГГц, а не 2,4 ГГц, и без того загруженного радионянями, устройствами Bluetooth и другими службами, в среднесрочной перспективе можно ожидать формирования более однородной структуры клиентских устройств для беспроводных сетей. Если через два-три года 802.11ac прочно закрепится на рынке, ИТ-специалисты наконец-то смогут проектировать беспроводные сети в соответствии с современными требованиями.

СРАВНЕНИЕ С 802.11N

Главное отличие стандарта 802.11ac от 802.11n заключается в его производительности: обещанная (пока) скорость передачи данных в 1,3 Гбит/с троекратно превышает возможности стандарта 802.11n, который на данный момент поддерживает скорости до 450 Мбит/с. Поскольку новый стандарт работает в частотном диапазоне 5 ГГц, на территории Германии, например, для него доступны 19 неперекрывающихся каналов. Еще пять дополнительных могут использоваться при наличии соответствующего разрешения. Правда, все они доступны только в случае, если система использует каналы стандартной ширины — 20 МГц.

Технология объединения каналов (Channel Bonding), появившаяся еще в стандарте 802.11n, позволяет увеличить возможную ширину канала до 40 МГц. Для достижения максимальной пропускной способности в 1,3 Гбит/с в одной беспроводной ячейке 802.11ac предусматривает даже каналы шириной до 80 МГц. На последующих этапах развития стандарта ожидается поддержка каналов шириной 160 МГц — это позволит вдвое повысить максимальную скорость передачи данных внутри беспроводной ячейки, но количество параллельно используемых ячеек сократится (см. Рисунок 1 и Таблицу 1).

Рисунок 1. В частотном диапазоне 5 ГГц доступны 19 неперекрывающихся каналов шириной 20 МГц, которые, согласно стандарту 802.11ac, можно объединять в каналы шириной до 80 или даже 160 МГц. (Для сравнения, технология объединения каналов в стандарте 802.11n предусматривает лишь каналы с максимальной шириной в 40 МГц.)

Поэтому специалистам по планированию сетей следует заранее продумать, какая стратегия окажется более выигрышной в каждом конкретном случае. В средах, где число пользователей велико, применение каналов шириной 160 МГц, скорее всего, не даст никаких преимуществ.

Более высокая производительность стандарта 802.11ac по сравнению с 802.11n объясняется еще и применением существенно более сложного метода амплитудной модуляции. Квадратурная амплитудная модуляция (QAM) позволяет путем наложения нескольких волн описывать различные состояния (к примеру, «0» или «1»). В стандарте 802.11n используется метод 64-QAM, в то время как в 802.11ac можно реализовать даже 256-QAM. Благодаря этому каждый наложенный сигнал позволяет одновременно передавать восемь бит информации вместо шести, как раньше. Сейчас для этого по-прежнему используют не более трех пространственных потоков (Spatial Stream), но позже ожидается увеличение их количества до восьми. Правда, сначала придется дождаться результатов, чтобы узнать, насколько близок к линейному рост реальной производительности при увеличении числа пространственных потоков, ведь по мере усложнения механизмов передачи возрастает вероятность возникновения ошибок.

ТЕХНОЛОГИЯ ФОРМИРОВАНИЯ ЛУЧА ДЛЯ УВЕЛИЧЕНИЯ ДАЛЬНОСТИ ДЕЙСТВИЯ

Главным недостатком частотного диапазона 5 ГГц является малая дальность передачи: реально достижимые показатели составляют от половины до двух третей расстояния, которое перекрывается в диапазоне 2,4 ГГц. В стандарте 802.11ac этот недостаток хотя бы частично компенсируется посредством новой технологии: так называемое формирование луча (Beamforming) позволяет целенаправленно использовать явление интерференции, возникающее в случае применения технологии множественного ввода/вывода (Multiple Input Multiple Output, MIMO), знакомой еще по стандарту 802.11n, чтобы обеспечить повышение дальности передачи сигналов в определенном направлении. Иначе говоря, в зависимости от местоположения каждого клиента, для него можно динамично настраивать задержку, с которой отдельные антенны станут отправлять сигналы. Еще только предстоит выяснить, как технология формирования луча в стандарте 802.11ac будет работать при организации больших выставок или конференций.

МАССИВЫ WLAN

Интересным решением, позволяющим смягчить недостаток, связанный с малой дальностью передачи сигналов в диапазоне 5 ГГц, оказывается объединение нескольких точек доступа в одном корпусе в виде так называемых массивов WLAN (WLAN Arrays). Аналогичная технология уже давно используется на вышках мобильной связи, где размещаются несколько антенн, каждая из которых работает на своей частоте и охватывает свой определенный сектор. Вместо круговых дипольных антенн в этом случае применяются специальные направленные антенны, обеспечивающие фиксированную фокусировку излучения сигналов и способные покрыть в два раза большее расстояние при равной мощности.

Проблема дальности распространения сигналов особенно актуальна, когда сеть, работающая исключительно по стандарту 802.11ac, должна прийти на смену уже существующей беспроводной сети 2,4 ГГц. Если проложенных кабелей и портов на установленных коммутаторах окажется недостаточно для размещения большего количества точек доступа, использование массивов WLAN позволит обеспечить для устройств, работающих в частотном диапазоне 5 ГГц, примерно такой же радиус действия, как у традиционных точек доступа 2,4 ГГц.

802.11ac обладает полной обратной совместимостью со стандартами 802.11a и 802.11n (в режиме 5 ГГц). Стандарты частотного диапазона 2,4 ГГц 802.11b, 802.11g и 802.11n (в режиме 2,4 ГГц) не поддерживаются. Таким образом, во время переходного периода необходимо проследить за тем, чтобы сохранялась параллельная инфраструктура для диапазона 2,4 ГГц или чтобы новые точки доступа стандарта 802.11ac имели дополнительные модули 2,4 ГГц, позволяющие им работать сразу в двух диапазонах. Правда, такими модулями вряд ли будут оснащаться самые первые устройства данного стандарта. Вполне вероятно, что владельцу сети при миграции на новый стандарт придется заняться прокладкой дополнительных кабелей, чтобы обеспечить функционирование двух разных точек доступа в любом месте своей сети.

Впрочем, некоторые производители оборудования для беспроводных сетей (к примеру, компания Xirrus) уже сейчас предлагают устройства, готовые к переходу на стандарт 802.11ac. Это стало возможным благодаря модульной конструкции оборудования, позволяющей осуществить замену антенного модуля.

Аурель Такач — инженер по продажам в сегменте беспроводных решений в компании Brainworks Computer Technologie.