Недавний анонс о выделении дополнительных частот 5650–5850 МГц для внутриофисного использования сетями Wi-Fi обрадовал нас новыми возможностями, открывшимися перед пользователями беспроводных сетей.
Почти год назад Приказ Минкомсвязи № 129 от 22.04.2015 снял ограничение для оборудования стандарта 802.11ас на использование каналов 80 и 160МГц, однако выделенный под эти решения спектр не позволял получать максимальные скорости.
В ожидании публикации Решения ГКРЧ разберемся в данном вопросе.
Картинка выше отражает ситуацию в диапазоне 5ГГц в США. Что же в России?
В соответствии со стандартом Wi-Fi 802.11ас использует диапазон 5ГГц. В России с ноября 2014 года (Решение ГКРЧ 14-29-01 от 20.11.2014) для внутриофисного использования технологией Wi-Fi определен диапазон 5150-5350 МГц или 8 каналов по 20МГц (каналы 36-64). Диапазон же 5650-5825 МГц (каналы 132-161) открыт для воздушных судов, находящихся в полете на высоте не ниже 3000 м.
Новое Решение ГКРЧ вдвое увеличивает диапазон, доступный для Wi-Fi внутри помещений.
Одновременно для диапазонов 5150–5350 МГц и 5650–5850 МГц (каналы 36-64, 132-165) анонсирована повышенная вдвое допустимая мощность излучения: теперь она составляет 10 мВт на 1 МГц. Для широких каналов в 80 и 160МГц существующее ограничение в 5 мВт/МГц означало довольно низкую ЭИИМ на точках доступа.
Но и для сетей 802.11n, использующих каналы 20 и 40МГц дополнительная мощность – это улучшение для промышленных и складских помещений с высокими потолками, и металлическими конструкциями, в которых требовались узконаправленные антенны, дающие большое фокусирование сигнала и не укладывающиеся в ограничение по ЭИИМ в 200мВт.
802.11ас позволяет использование каналов 20, 40, 80 и 160 МГц. При этом каналы в 20, 40 и 80 МГц используют непрерывный диапазон, а для канала в 160МГц могут суммироваться 2 по 80МГц. Скорости передачи изменяются соразмерно ширине канала. В 200МГц доступного ранее спектра укладывается всего один канал шириной 160МГц, что делает невозможным создание сплошного покрытия гигабитным Wi-Fi с максимальными характеристиками. Хорошей практикой является использование 3х частотных каналов для создания непрерывного покрытия. Соседние точки должны настраиваться на разные каналы чтобы не создавать внутриканальных помех. При высоком уровне помех соотношение сигнал-шум снижается, а оно является основным фактором при выборе скорости подключения точки доступа и клиентского устройства.
В текущей ситуации для создания сети гигабитного Wi-Fi внутри помещений в России доступно 8/4/2/1 канал по 20/40/80/160МГц. Для сравнения в США сейчас в 5ГГц доступно 22/10/5/1 канала по 20/40/80/160МГц. Идут работы по увеличению доступного спектра до 34/16/8/3 каналов.
После опубликования нового Решения ГКРЧ у нас будет 17/8/4/2 канала по 20/40/80/160МГц. Теперь появляются интересные варианты радиопланирования сети 802.11ас.
Доступные скорости передачи 802.11ас в сравнении с 802.11n в зависимости от ширины канала, количества пространственных потоков, поддерживаемых клиентом, и скорости подключения представлены ниже:
В соответствии со стандартом точки доступа 802.11ас поддерживают до 8 пространственных потоков (ПП). При этом клиентские устройства на практике пока ограничены 3 пространственными потоками. Дополнительные пространственные потоки на точке доступа существуют для реализации MU-MIMO – ключевой инновации 802.11ас. Это революционное изменение поколебало принцип, незыблемо существовавший много лет, определяющий коммуникацию с одним клиентом в единицу времени. Способность одновременно подключаться к нескольким клиентам (до 4х в теории) позволяет сразу в несколько раз увеличить суммарную скорость передачи в Wi-Fi сети. Данный метод сложен в реализации, работает не всегда, т.к. устройства должны быть расположены «удобно» для точки доступа, однако его реализация вознаграждает существенным увеличением пропускной способности.
Представим максимальный сценарий, в котором точка и клиенты используют канал в 160МГц, радиосреда идеальна, клиенты находятся в пределах 2-3м от точки доступа для использования 256-QAM, они удобно расположены для MU-MIMO. Для максимизации суммарной пропускной способности один из клиентов поддерживает 4 пространственных потоков (например, это точка доступа). В такой комбинации теоретически мы можем получить растиражированные 6.9ГБ/с:
— 1 клиент с 4ПП – 3.47Гб/с
— 1 клиент с 2ПП – 1.73Гб/с
— 2 клиента с 1ПП – по 867Мб/с
Конечно, этот сценарий нереализуем в жизни. Помимо указанных выше факторов мы столкнемся с тем, что клиентские устройства не поддерживают 160МГц, они выбирают сниженное количество пространственных потоков в режиме работы от батареи, в радиоэфире есть помехи, а также подключаются клиенты с поддержкой предыдущих стандартов. Кроме того функционал MU-MIMO дает преимущество лишь при передаче от точки доступа к устройствам, а от устройств к точке подключение идет по очереди, как и раньше. Созданные группы устройств MU-MIMO будут делить между собой эфирное время, поэтому на одну группу получить всю пропускную способность не получится при наличии хотя бы еще одного клиента в сети.
Метод сложения в данном случае подходит лишь для получения красивой надписи на коробке, украшенной логотипом вендора.
Ввиду отсутствия пока клиентских устройств с поддержкой полосы в 160МГц наиболее частым сценарием до их появления будет использование каналов по 80МГц. Выделенный спектр позволяет нам использовать целых 4 канала по 80МГц. Зачем четвертый?
В новых точках доступа Cisco Aironet серии 2800 и 3800, анонсированных на в феврале на Cisco Live в Берлине, есть интересный функционал, который позволяет утилизировать «избыточные» каналы для еще большего увеличения пропускной способности в сети.
Функционал Flexible Radio Assignment (FRA) или Гибкое назначение радио сделает беспроводную сеть еще производительнее. Сеть Wi-Fi на таком оборудовании может решать как использовать имеющиеся 2 радио – в обычном режиме на 2.4 и 5ГГц или оба радио в 5ГГц для повышения емкости сети, обнаружив что все устройства в сети поддерживают оба диапазона. В таком сценарии сеть достигает пика производительности передавая до 5.2Гб/с при каналах в 160МГц. Сеть может также решить, что в текущей загрузке ее емкость избыточна и она из точек доступа должна перейти в режим прослушивания эфира для обеспечения высокого уровня безопасности. Но в тот момент, когда нагрузка возрастет эта точка доступа может быть снова переведена в режим обслуживания клиентов.
Еще один интересный вариант использования преимуществ Гибкого назначения радио – группирование клиентов на одном из пятигигагерцовых радио по признаку удаленности от точки доступа. Известен эффект снижения общей производительности беспроводной сети при существенном удалении клиента от его точки доступа. Уровень сигнала от клиента становится низким, передача идет на минимальной скорости и требует ретрансляций. Эти операции занимают эфирное время, оставляя меньше времени на передачу данных клиентов, находящихся рядом и подключенных на максимальных скоростях. Сконвертировав одно из радио в макро-ячейку для подключения удаленных клиентов, а второе в микро-ячейку для подключения сидящих рядом мы даем высокую производительность клиентам подключенным на высоких скоростях, в то же время не отказывая в покрытии удаленным устройствам. В таком варианте появляется новый тип роуминга — внутри одной точки доступа.
Реален ли сценарий? В образовательном сегменте, где молодые люди приносят новые устройства, в офисной среде, где работники умственного труда в основном используют топовую линейку смартфонов – да, абсолютно.
Нужны ли такие скорости?
В соответствии с последним Visual Networking Index в период 2015-2020 годы мобильный трафик вырастет в 10 раз, при этом соразмерно вырастет трафик выводимый в Wi-Fi сети с мобильных устройств. Количество хотспотов Wi-Fi в России вырастет в 90 раз.
Сети, планируемые без учета этого роста, могут потребовать модернизации уже через пару лет.
Точки доступа 2800 и 3800 – это флагманские в Wi-Fi линейке Cisco, обладающие максимальной производительностью и функционалом. Первые коммерческие поставки этих продуктов ожидаются в мае. В России эти точки доступа можно будет заказать в августе 2016 года.
Материалы
— Вэбинар «Различия 802.11ас и 802.11n»
— 802.11ac: The Fifth Generation of Wi-Fi Technical White Paper
— Решение ГКРЧ 14-29-01 от 20.11.2014
— Приказ Минкомсвязи№ 129 от 22.04.2015
— подкаст “No Strings Attached Show – Networking Without Strings” с менеджерами Cisco по разработке точек доступа серии 2800 и 3800 Brian Levin и Mark Denny
— Cisco Aironet 2800 Series Access Points Data Sheet
— Cisco Aironet 3800 Series Access Points Data Sheet
Почти год назад Приказ Минкомсвязи № 129 от 22.04.2015 снял ограничение для оборудования стандарта 802.11ас на использование каналов 80 и 160МГц, однако выделенный под эти решения спектр не позволял получать максимальные скорости.
В ожидании публикации Решения ГКРЧ разберемся в данном вопросе.
Картинка выше отражает ситуацию в диапазоне 5ГГц в США. Что же в России?
В соответствии со стандартом Wi-Fi 802.11ас использует диапазон 5ГГц. В России с ноября 2014 года (Решение ГКРЧ 14-29-01 от 20.11.2014) для внутриофисного использования технологией Wi-Fi определен диапазон 5150-5350 МГц или 8 каналов по 20МГц (каналы 36-64). Диапазон же 5650-5825 МГц (каналы 132-161) открыт для воздушных судов, находящихся в полете на высоте не ниже 3000 м.
Новое Решение ГКРЧ вдвое увеличивает диапазон, доступный для Wi-Fi внутри помещений.
Одновременно для диапазонов 5150–5350 МГц и 5650–5850 МГц (каналы 36-64, 132-165) анонсирована повышенная вдвое допустимая мощность излучения: теперь она составляет 10 мВт на 1 МГц. Для широких каналов в 80 и 160МГц существующее ограничение в 5 мВт/МГц означало довольно низкую ЭИИМ на точках доступа.
Но и для сетей 802.11n, использующих каналы 20 и 40МГц дополнительная мощность – это улучшение для промышленных и складских помещений с высокими потолками, и металлическими конструкциями, в которых требовались узконаправленные антенны, дающие большое фокусирование сигнала и не укладывающиеся в ограничение по ЭИИМ в 200мВт.
802.11ас позволяет использование каналов 20, 40, 80 и 160 МГц. При этом каналы в 20, 40 и 80 МГц используют непрерывный диапазон, а для канала в 160МГц могут суммироваться 2 по 80МГц. Скорости передачи изменяются соразмерно ширине канала. В 200МГц доступного ранее спектра укладывается всего один канал шириной 160МГц, что делает невозможным создание сплошного покрытия гигабитным Wi-Fi с максимальными характеристиками. Хорошей практикой является использование 3х частотных каналов для создания непрерывного покрытия. Соседние точки должны настраиваться на разные каналы чтобы не создавать внутриканальных помех. При высоком уровне помех соотношение сигнал-шум снижается, а оно является основным фактором при выборе скорости подключения точки доступа и клиентского устройства.
В текущей ситуации для создания сети гигабитного Wi-Fi внутри помещений в России доступно 8/4/2/1 канал по 20/40/80/160МГц. Для сравнения в США сейчас в 5ГГц доступно 22/10/5/1 канала по 20/40/80/160МГц. Идут работы по увеличению доступного спектра до 34/16/8/3 каналов.
После опубликования нового Решения ГКРЧ у нас будет 17/8/4/2 канала по 20/40/80/160МГц. Теперь появляются интересные варианты радиопланирования сети 802.11ас.
Доступные скорости передачи 802.11ас в сравнении с 802.11n в зависимости от ширины канала, количества пространственных потоков, поддерживаемых клиентом, и скорости подключения представлены ниже:
В соответствии со стандартом точки доступа 802.11ас поддерживают до 8 пространственных потоков (ПП). При этом клиентские устройства на практике пока ограничены 3 пространственными потоками. Дополнительные пространственные потоки на точке доступа существуют для реализации MU-MIMO – ключевой инновации 802.11ас. Это революционное изменение поколебало принцип, незыблемо существовавший много лет, определяющий коммуникацию с одним клиентом в единицу времени. Способность одновременно подключаться к нескольким клиентам (до 4х в теории) позволяет сразу в несколько раз увеличить суммарную скорость передачи в Wi-Fi сети. Данный метод сложен в реализации, работает не всегда, т.к. устройства должны быть расположены «удобно» для точки доступа, однако его реализация вознаграждает существенным увеличением пропускной способности.
Представим максимальный сценарий, в котором точка и клиенты используют канал в 160МГц, радиосреда идеальна, клиенты находятся в пределах 2-3м от точки доступа для использования 256-QAM, они удобно расположены для MU-MIMO. Для максимизации суммарной пропускной способности один из клиентов поддерживает 4 пространственных потоков (например, это точка доступа). В такой комбинации теоретически мы можем получить растиражированные 6.9ГБ/с:
— 1 клиент с 4ПП – 3.47Гб/с
— 1 клиент с 2ПП – 1.73Гб/с
— 2 клиента с 1ПП – по 867Мб/с
Конечно, этот сценарий нереализуем в жизни. Помимо указанных выше факторов мы столкнемся с тем, что клиентские устройства не поддерживают 160МГц, они выбирают сниженное количество пространственных потоков в режиме работы от батареи, в радиоэфире есть помехи, а также подключаются клиенты с поддержкой предыдущих стандартов. Кроме того функционал MU-MIMO дает преимущество лишь при передаче от точки доступа к устройствам, а от устройств к точке подключение идет по очереди, как и раньше. Созданные группы устройств MU-MIMO будут делить между собой эфирное время, поэтому на одну группу получить всю пропускную способность не получится при наличии хотя бы еще одного клиента в сети.
Метод сложения в данном случае подходит лишь для получения красивой надписи на коробке, украшенной логотипом вендора.
Ввиду отсутствия пока клиентских устройств с поддержкой полосы в 160МГц наиболее частым сценарием до их появления будет использование каналов по 80МГц. Выделенный спектр позволяет нам использовать целых 4 канала по 80МГц. Зачем четвертый?
В новых точках доступа Cisco Aironet серии 2800 и 3800, анонсированных на в феврале на Cisco Live в Берлине, есть интересный функционал, который позволяет утилизировать «избыточные» каналы для еще большего увеличения пропускной способности в сети.
Функционал Flexible Radio Assignment (FRA) или Гибкое назначение радио сделает беспроводную сеть еще производительнее. Сеть Wi-Fi на таком оборудовании может решать как использовать имеющиеся 2 радио – в обычном режиме на 2.4 и 5ГГц или оба радио в 5ГГц для повышения емкости сети, обнаружив что все устройства в сети поддерживают оба диапазона. В таком сценарии сеть достигает пика производительности передавая до 5.2Гб/с при каналах в 160МГц. Сеть может также решить, что в текущей загрузке ее емкость избыточна и она из точек доступа должна перейти в режим прослушивания эфира для обеспечения высокого уровня безопасности. Но в тот момент, когда нагрузка возрастет эта точка доступа может быть снова переведена в режим обслуживания клиентов.
Еще один интересный вариант использования преимуществ Гибкого назначения радио – группирование клиентов на одном из пятигигагерцовых радио по признаку удаленности от точки доступа. Известен эффект снижения общей производительности беспроводной сети при существенном удалении клиента от его точки доступа. Уровень сигнала от клиента становится низким, передача идет на минимальной скорости и требует ретрансляций. Эти операции занимают эфирное время, оставляя меньше времени на передачу данных клиентов, находящихся рядом и подключенных на максимальных скоростях. Сконвертировав одно из радио в макро-ячейку для подключения удаленных клиентов, а второе в микро-ячейку для подключения сидящих рядом мы даем высокую производительность клиентам подключенным на высоких скоростях, в то же время не отказывая в покрытии удаленным устройствам. В таком варианте появляется новый тип роуминга — внутри одной точки доступа.
Реален ли сценарий? В образовательном сегменте, где молодые люди приносят новые устройства, в офисной среде, где работники умственного труда в основном используют топовую линейку смартфонов – да, абсолютно.
Нужны ли такие скорости?
В соответствии с последним Visual Networking Index в период 2015-2020 годы мобильный трафик вырастет в 10 раз, при этом соразмерно вырастет трафик выводимый в Wi-Fi сети с мобильных устройств. Количество хотспотов Wi-Fi в России вырастет в 90 раз.
Сети, планируемые без учета этого роста, могут потребовать модернизации уже через пару лет.
Точки доступа 2800 и 3800 – это флагманские в Wi-Fi линейке Cisco, обладающие максимальной производительностью и функционалом. Первые коммерческие поставки этих продуктов ожидаются в мае. В России эти точки доступа можно будет заказать в августе 2016 года.
Материалы
— Вэбинар «Различия 802.11ас и 802.11n»
— 802.11ac: The Fifth Generation of Wi-Fi Technical White Paper
— Решение ГКРЧ 14-29-01 от 20.11.2014
— Приказ Минкомсвязи№ 129 от 22.04.2015
— подкаст “No Strings Attached Show – Networking Without Strings” с менеджерами Cisco по разработке точек доступа серии 2800 и 3800 Brian Levin и Mark Denny
— Cisco Aironet 2800 Series Access Points Data Sheet
— Cisco Aironet 3800 Series Access Points Data Sheet
