Beamforming: Wi-Fi, jaké jste ještě nikdy neviděli

Recenze produktu
Beamforming:
Wi-Fi, jaké jste
ještě nikdy
neviděli
Zapomeňte na 802.11n Draft 2.0.
Budoucnost bezdrátového přenosu videa spočívá v technologii
směrování vyzářeného signálu
zvané beamforming. Podrobili
jsme průkopníky v této oblasti
testování v reálných podmínkách,
abychom zjistili, která z technologií změní bezdrátový svět. Více >>
Něco úžasného
Zajímavé? Tak pojďme tuto technologii prozkoumat do větší
hloubky. Sice bez modelek, ale i tak věřím, že vás zaujme.
Přál bych Vám vidět výraz mojí manželky v okamžiku, kdy
mě přistihla přilepeného k obrazovce při sledování módní
přehlídky. „Ne miláčku, pojď sem…“ snažil jsem se zachránit
situaci s nadšeným pohledem upřeným na pixely oděné do bikin. „Tohle musíš vidět!“
Se založenýma rukama procedila skrz zuby: „Hmm… vážně?“
Ukázal jsem na notebook před sebou. „Nemyslím ty modelky, ale to video. Je to v HD kvalitě, 19,2 megabitů za sekundu.
Vypadá to skvěle, jako HDTV, že jo?“
„Hmm…“
„A teď se podívej.“ Ukázal jsem na plazmu na zdi, na které
byla vidět jiná část téhož záznamu. Další video stream s přenosovou rychlostí 18,4 Mbps stahující se přes naši konzoli Xbox
360 s připojením 802.11n. „To je skoro 40 megabitů přes Wi-Fi.
Dřív jsme nemohli sledovat ani jedno HD video a teď máme
dvě najednou!“
Základy technologie Beamforming
Představte si vysílače radiových vln jako kamínky házené
do bazénu. Ze středoškolské fyziky víte, že kámen při dopadu
způsobí vlny, které se v kruzích šíří po povrchu vody. Pokud vhodíte dva kameny, jejich vlny se budou navzájem prolínat pravidelným „interferenčním“ vzorem. Změníte-li vlastnosti kamene,
docílíte jiné výšky (amplitudy) vlny a také se změní vzdálenost
(fáze) vln způsobených kamenem. Odpovídajícím způsobem se
také změní vzor interference s vlnami od druhého kamene.
Nyní si představte, že máte v rohu bazénu instalované čidlo,
které vyhledává určitý vzor „vlnění“ (interference více vln). Vy
můžete měnit vlastnosti kamene, až docílíte toho, že právě toto
konkrétní „vlnění“ dorazí do určeného místa. Kdekoliv jinde
v bazénu bude vzor vlnění jiný, což je v pořádku. Hledáte pouze konkrétní vzor v konkrétním bodě a na ostatní děje v bazénu nemusíte brát ohled.
To je stručné vysvětlení podstaty
technologie beamforming. Měníte
výstupní charakteristiku každého
vysílače v soustavě vysílačů a tím
upravujete výsledný signál tak, aby
dorazil k požadovanému přijímači
v co nejlepší kvalitě. Při použití vícero antén, kde každá anténa vysílá
s odlišnou charakteristikou, získáte
to, čemu se říká fázové pole (phased
array). Jak později uvidíme, u fázového pole existují dvě základní podoby používané v bezdrátových přístupových bodech: „on-chip“ a „on-antenna“. První
způsob je používán v technologiích Cisco, druhý využívá společnost Ruckus Wireless.
Manželka se podívala na obrazovky, zpátky na mě a pokrčila
rameny. „No když myslíš… tak si to s holkama užijte. Příjemnou zábavu.“
Odešla a práskla dveřmi. Myslím, že jí bylo upřímně jedno,
jestli se bavím. Očividně nepochopila, že na mém notebooku
se odehrávalo něco úžasného. Vlastně se něco neuvěřitelného
odehrávalo na naší síti. S přístupovým bodem uvnitř domu,
který vysílal skrz podlahu a tři ze čtyř stěn, přičemž si musel
poradit s nejméně deseti rušivými Wi-Fi sítěmi obklopujícími
náš dům jsem byl svědkem takového výkonu naší bezdrátové
sítě, jaký jsem nikdy předtím nezažil.
To byla moje první zkušenost s technologií beamforming,
o které jsem předtím viděl jen nejasnou zmínku v roadmapě
WiMAX. Ale teď je přítomná v přístupovém bodu 802.11n
od společnosti, o které jsem nikdy předtím neslyšel, a překonává cokoliv, co jsem kdy u bezdrátových produktů zažil.
Fázové pole On-Chip
Podívejme se na tuto technologii podrobněji. Možná znáte
technologii MIMO (multiple-input, multiple-output), která se
začala používat u některých produktů 802.11g a nyní je těsně
spojena s 802.11n. Vraťme se k našemu příkladu s bazénem.
Pokud hodíte kámen do levého rohu bazénu a přijímač se nachází v pravém rohu, některé z vln se budou šířit podél hrany bazénu zleva doprava a dostanou se k přijímači nejkratší
možnou cestou. Některé vlny se odrazí od horní hrany bazénu
a dorazí k přijímači později než vlny jdoucí přímo. Některé
se odrazí od spodní hrany bazénu, pak se budou šířit nahoru
a dojdou k přijímači. Všechny tyto varianty se objevují při hození kamene do vody i při šíření radiových vln. Pro jednodu-
2
Beamforming: Wi-Fi, jaké jste ještě nikdy neviděli
chý přijímač to znamená matoucí, překrývající se ozvěnu. Tento efekt, tzv. multipath (mnohonásobné odrazy) představuje
tradiční nežádoucí jev snižující výkon v radiové komunikaci.
Co se ale stane, když použijete vícenásobné antény na každém konci bazénu a zároveň použijete dost inteligence pro
analýzu na každém konci bazénu, pomocí které použijete trasy
mnohonásobných odrazů jako cestu pro datové proudy? S vícenásobnými anténami na každém konci můžete posílat různé
datové proudy z různých antén a stejným způsobem je přijímat
na druhé straně. Použiji ještě jiné přirovnání pomocí silnice.
Pokud bude tvořena pouze jedním širokým jízdním pruhem,
může se na ní vyskytnout plně naložený kamion jedoucí svou
maximální rychlostí do místa určení. Pokud však bude jeden
široký jízdní pruh rozdělen do tří nebo čtyř užších pruhů, mohou zde jet tři nebo čtyři menší auta jedoucí do stejného místa
určení stejnou rychlostí. Každé auto však pojede do cíle trochu
odlišnou cestou. Když vezmete starý dobrý 802.11g se svými
54 Mb/s a silnicí s 20 MHz kanály, rozdělíte tuto silnici na více
cest a zvýšíte počet antén, dostanete 802.11g MIMO.
vuje fázi signálu tak, aby byl směrem k přijímači vysílán svazek silnějšího signálu, přičemž do ostatních směrů je vysíláno
méně energie. Se dvěma vysílacími anténami můžete vynaložit
méně celkové energie při čtyřnásobné velikosti vysílaného signálu zaměřeného požadovaným směrem. Anténě / přístupovému bodu stačí přijmout jediný paket od klienta, aby zjistil
cestu pro přenos signálu. Analýzou množství paketů je možné
určit, která z mnohonásobných cest je nejlepší v jakémkoliv
konkrétním okamžiku.
Neuvěřitelné je, že technologie on-chip beamforming (např.
MIMO) je celé roky kompatibilní s 802.11 a/b/g. Tato technologie je vlastně součástí standardu 802.11n. Cisco je prvním
výrobcem přinášejícím on-chip beamforming na trh. Přístupový bod orientovaný na podnikovou sféru AIR-LAP1142N
je prvním a dosud jediným produktem Cisco podporujícím
beamforming, který výrobce nazývá ClientLink. Uvedení proběhlo v prvním čtvrtletí 2009, ale firmware podporující beamforming je dostupný teprve od července 2009. Testovali jsme
tento firmware doslova ve dnech jeho vydání.
802.11n typicky přenáší tři datové proudy a přijímá dva, což
se běžně označuje jako soustava antén 3×2. Existují i soustavy
3×3, mezi které patří i tzv. 450 Mb/s Wi-Fi uvedené společností
Intel spolu s Centrinem 2, ale neexistuje žádný přístupový bod
s podporou této technologie. Tak jako dříve 802.11g, 802.11n
může používat techniku sdružování kanálů (channel bonding)
a spojit dva 20 MHz datové proudy do 40 MHz kanálu. Abych
byl úplně přesný, vlastně byste měli chtít vidět soustavu antén
označenou třemi čísly udávajícími: počet vysílacích antén, počet přijímacích antén a počet datových proudů použitých v naší
analogii s rozdělenou silnicí. Takže soustava 3×3:2 (označována také jako 3×3×2) má tři vysílací antény, tři přijímací antény
a dva prostorové datové proudy.
Jak jsem již uvedl, u Wi-Fi se používají dvě metody pro techniku beamforming (směrování rádiového paprsku) a on-chip
je jednou z nich. Metoda on-chip pracuje nejen s navyšováním
celkového zisku pomocí vícenásobných antén, ale také upra-
Přínos klienta
Od té doby, kdy u 802.11a/g přibyla druhá anténa, objevila se
vysílací/přijímací diverzita, která vysílá stejný rádiový signál
přes vícenásobné antény a nechává na přístupovém bodu, aby
určil, která anténa má nejlepší kvalitu přijímaného signálu.
Aplikováno na 802.11n, vysílací diverzita užívala vícenásobné
antény pro navýšení dosahu a lepší signál v problematických
oblastech. Z tohoto důvodu technologie 802.11n dosahuje
v porovnání s 802.11a/g lepších výsledků při pokrytí problematických míst.
3
Výzva pro Beamforming On-Chip
Další výhodou technologie 802.11n je implementace technologie MRC (maximal ratio combining), která slučuje vícenásobné signály tak, že silné signály jsou zesilovány zatímco slabé
a nežádoucí odstraňovány. Technologie MRC je zabudována
do všech chipů 802.11n.
Nyní, když znáte podstatu fungování technologie beamforming určitě dumáte, proč není široce rozšířená. Když si porovnáte všechna fakta musíte uznat, že pokoušet se optimalizovat intenzitu signálu s několika anténami trčícími z běžného
802.11n AP je bláznivé. Tyto „vícenásobné“ antény jsou vlastně
jen několik standardních anténních dipólů. I když se rozhodnete trávit čas jejich kroucením a ohýbáním, docílíte nanejvýš
něčeho, co se bude zdát nejlepším výkonem v daném místě
s anténami nastavenými určitým způsobem. Co se stane, když
budete muset posunout přístupový bod nebo klienta? Co když
přibude druhý nebo třetí klient? Faktem zůstává, že opravdová
optimalizace signálu s produkty současné generace je marná.
Proč ještě nedošlo k masovému rozšíření technologie inteligentního směrování paprsků, která má schopnost určit optimální nastavení fáze a orientace paprsků i pro větší množství klientů? Je to záhada – pravděpodobně další z důsledků
sáhodlouhých debat výrobců a standardizačních komisí...
Asi Vás nepřekvapí, že přijímač hraje důležitou roli v optimalizaci technologie on-chip beamforming. U technologie
802.11a/g mohl přístupový bod naslouchat klientovi a použít
analýzu MRC pro zesílení výkonu nejlepší cestou pro signál,
čímž navýšil zisk o 1 až 2 dB. Důležitým aspektem je zde fakt,
že access point v tomto případě zastal veškerou práci. Klient
802.11a/g neposkytuje žádnou činnou zpětnou vazbu.
Aktivní odezva se objevuje u implicitní technologie beamforming, ve které přístupový bod 802.11n komunikuje s klientem 802.11n. Spíše, než by přístupový bod vykonával veškerou
analýzu signálů, může se dotázat klienta, zda je pro něho určitá
orientace paprsku optimální. Tato oboustranná komunikace
přináší zisk 3 dB navíc, špatnou zprávou však je, že v současnosti na trhu neexistují produkty s podporou implicitní technologie beamforming.
U explicitní technologie beamforming se zpětná vazba mezi
AP a klientem objevuje mnohem častěji. Pokud se klient pohne, změní se nastavení antény nebo se stane cokoliv jiného
měnícího dynamiku síly signálu, systém je schopen se téměř
okamžitě přizpůsobit nové situaci a optimalizovat konfiguraci.
I zde zahrnutí klienta do činnosti přináší zisk 3 dB při dvou rádiích, nejsou však k dispozici produkty nabízející tuto schopnost. To se, doufejme, brzy změní.
Skeptik může namítnout, že inteligentní technologie onchip beamforming se nerozšířila kvůli tomu, že zní lépe na papíře než ve skutečném životě. Víme, že teoreticky technologie
beamforming šetří energii. Je třeba zesílit pouze signály v určitém směru a snížit výkon ostatním signálům, které nepodporují paprsek signálu. Problémem je mnoho způsobů řízení
paprsků při použití všesměrových antén.
Pro názorné vysvětlení použijte Falstadův applet pro simulaci antén http://www.falstad.com/antenna/ a v horním menu
vyberte “Broadside Array”. Můžete zvýšit počet antén (antenna counts), hrát si se vzdálenostmi mezi nimi a měnit intenzitu signálu mezi nimi. Jak uvidíte, se dvěma všesměrovými
anténami budete mít vždy spoustu paprsků, a tudíž i energie
v nepožadovaných směrech (tzv. backlobes). Přirozeně, když
se některé paprsky odklánějí od požadovaného směru, mohou
způsobovat rušení ve sdíleném kanálu a jsou na obtíž signálu,
který požadujete.
Zdá se pravděpodobné, že příští generace 802.11n bude
disponovat implicitní a explicitní technologií beamforming,
4
Beamforming: Wi-Fi, jaké jste ještě nikdy neviděli
ne odrazem signálu od několika stěn, než při pokusu prorazit
skrz překážky. Také může dojít ke změně podmínek. Mohou
se otevřít nebo zavřít dveře. Lidé se pohybují prostorem. Někdo může zapnout mikrovlnou troubu a chrlit rušení celým
spektrem. Všechny tyto faktory mohou změnit trasu signálu
a omezit datový provoz.
Jediný způsob, jakým přístupový bod
tradičně řešil zahozené pakety nebo CRC
chyby (poškození), bylo snížení přenosové rychlosti. Rychlost na fyzické vrstvě
může být snížena z 54 Mb/s na 48, pak 36
atd. dokud klient nezačne přijímat potvrzovací pakety (acknowledge). Čím nižší je
rychlost, tím déle zůstává rádio zapnuté
pro daný přenos a čím déle je rádio aktivní, tím náchylnější je na rušení. Když
tedy dojde ke zhoršení podmínek, můžete
se dostat do této negativní zpětnovazební
smyčky ubíjející výkon sítě. Systém s inteligentní anténou jednak pružně změní
orientaci paprsku do optimálního směru
a také zabrání snižování fyzické rychlosti,
dokud to není absolutně nezbytné.
Komunikace mezi AP a klientem pomáhá těmto zlepšením,
ale není zásadní. Převážná část optimalizace je vykonávána
přístupovým bodem. Při provádění měření uvedených dále
v tomto článku jsme nepoužili klientský adaptér společnosti
Ruckus ze dvou důvodů. Prvním důvodem bylo sdělení společnosti Ruckus, že 75 % zlepšení výkonu u 802.11n pochází
od přístupového bodu, takže přidání vlastního klienta by
znamenalo jen malou výhodu. Zadruhé, ve skutečném světě
je málokdy možné diktovat si druh klienta. Těžko můžete říct
„bez obav používejte naši bezdrátovou síť, ale ujistěte se, že
máte adaptér XYZ.“
Ruckus používá technologii beamforming založenou na aktivní anténní technologii (on-antenna). Tato technologie byla
vyvinuta a patentována společností Ruckus pod obchodním
názvem BeamFlex. Podstatným znakem je použití soustavy
antén a analýza každého jednotlivého paketu pro vyhodnocení výkonu signálu. V závislosti na konfiguraci může BeamFlex
AP přepínat mezi tisíci možnými kombinacemi signálu antény. Přístupový bod monitoruje spojení v reálném čase a hbitě upravuje vyzařovací diagram tak, aby vyhovoval měnícím
se podmínkám. V souladu s technologií MRC (maximal ratio combining) antény zesilují signály s požadavkem zesílení
a ostatní utlumují. Výsledkem je až 10 dB zesílení signálu cíleného paprsku a potlačení rušení až o -17 dB.
neboť existuje jen velmi málo technických nebo finančních
překážek. Jaký přístup ale bude prodejci integrován? Ještě jsme
se ani nedostali pod povrch jednotlivým možnostem. Existují
například tři typy explicitní technologie beamforming. Takže
pokud lze někoho vinit z nezájmu přijmout a rozšířit technologii beamforming, je nasnadě poukázat na obavy týkající se
kompatibility. Vy, kteří si myslíte, že vám nezáleží na stoprocentní kompatibilitě a chcete pouze úžasně dobrý bezdrátový
výkon, čtěte dál!
Ruckus a technologie On-Antenna
Všesměrová anténa naštěstí není jediným prostředkem pro
dosažení 360 stupňů bezdrátového pokrytí. Kdybyste měli dost
směrových antén s překrývajícími se kužely pokrytí, mohli
byste efektivně pokrýt 360 stupňů. Výhodou takového uspořádání je, že všechny antény nemusí stále vysílat. Jakmile máte
stanoven směr ke klientovi, musíte jen určit, která soustava antén (dvě nebo více) vytvoří optimální paprsek do místa určení.
Mějte na paměti, že se nejedná vždy o přímou linii. Klient
se může nacházet za rohem a lepšího signálu se spíše dosáh-
5
Už mě slyšíte?
Flex vede v porovnání s konkurenčními produkty, zejména nás
bude zajímat technologie Cisco on-chip beamforming.
Je to zvláštní, ale možná to není poprvé, co jste narazili na BeamFlex. Ruckus se již dávno objevil na naší sesterské stránce
Tom’s Guide, kde jsme v sekci Roundup představili produkt
první generace se šesti anténami uspořádanými do šestiúhelníku, z nichž každá nabízela pokrytí 60 stupňů. Toto šestiboké
rozložení můžete stále ještě najít u AP 7811, o kterém se krátce
zmínil redaktor Chris Angelini.
Naše hlavní testování se zaměřilo
na Ruckus ZoneFlex 7962 AP. Jedná
se o podnikovou verzi stejné technologie BeamFlex, v tomto případě
upgradované na 19 antén – 10 horizontálně a 9 vertikálně polarizovaných. Zajímavé je, že podle
Ruckusu by se 7811 měl chovat podobně jako 7962 při nasazení v prostředí s pouze několika málo klienty.
Nyní pravděpodobně přemýšlíte, proč společnost Ruckus
nemá větší zastoupení na trhu, je-li technologie beamforming
opravdu tak úžasná. Společnost tvrdí, že je to kvůli problémům
s přístupem ke koncovým zákazníkům. Na počátku r. 2005 se
Ruckus (tehdy ještě Video 54) spojil se společností Netgear
za účelem vytvoření sedmianténového routeru RangeMax 824,
který se stal velmi úspěšným. Bohužel, po zvážení všech nákladů na podporu a marketing byl zisk z prodeje velmi nejistý
a z mnoha důvodů má toto spojení trpký konec, který vyvrcholil v r. 2008 žalobou Ruckusu proti společnosti Netgear ohledně
patentu ve třetí verzi 824. Prozatím se Ruckus snaží vybudovat
si postavení na podnikovém trhu a mezi poskytovateli služeb,
ale nemá silnou pozici pro prosazení své technologie do maloobchodních prodejních kanálů, pro zákazníky jako jsme my.
Podle společnosti Ruckus má potlačování rušení ještě větší vliv na výkon než
zesilování mířeného paprsku. Představte si, že sedíte v přeplněné hlučné restauraci a snažíte se mluvit s osobou sedící naproti vám. Každý včetně vašeho
kolegy mluví stejně hlasitě a vy zažíváte
krušné chvíle, když se snažíte zachytit, co váš kolega právě říká.
Kolega si toho všimne a začne mluvit hlasitěji (zesílení signálu
o několik dB), což pomůže, ale jedině v bezprostřední blízkosti,
když byste si přiložili dlaně kolem uší, aby hlas vašeho kolegy dorazil právě do vašeho ucha zatímco se budete snažit potlačit spoustu rušivého hluku na pozadí.
S technologií BeamFlex může software řídit paprsky přístupového bodu dynamicky s pečlivým výběrem nejlepší trasy pro každý paket. Systém také automaticky sestaví seznam
deseti až dvaceti nejčastěji používaných vyzařovacích charakteristik antény, což funguje podobně jako vyrovnávací paměť
procesoru. Nejčastěji používaná data jsou udržována co nejblíž
výkonné jednotce a mohou tak být dosažena rychleji. Ruckus
věnoval vývoji technologie BeamFlex pět let, než dosáhla současné podoby a jemného ladění algoritmů, které dotváří její
speciální jedinečnost. Ano, BeamFlex je proprietární a nedrží
se striktně specifikací 802.11n, ale je plně kompatibilní s jakýmkoliv standardním Wi-Fi klientem a myslím si, že co se
týká srovnání s ostatními výrobci, přístup společnosti Ruckus
k technologii on-antenna beamforming by se mohl ukázat jako
převratný pro inspirování návrhů další vlny bezdrátových produktů. Na následujících stránkách uvidíme, jak dobře si BeamOdkaz
(802.11a/g)
DSP (Digitální signálový procesor),
nutnost trade-off
Implicitní/explicitní
(802.11n)
DSP (Digitální signálový procesor),
nutnost trade-off
BeamFlex
(802.11a/g/n)
Testování: Ruckus 7962
Mějte na paměti, že hardware, který pravděpodobně koupíte,
bude zákaznickou verzí námi testovaného podnikového AP.
Naším záměrem je spíše porovnání technologií než konkrétních produktů.
Nyní už něco víte o přístupovém bodu Ruckus ZoneFlex
7962, který jsme hodnotili, ale podívejme se na něj podrobněji.
Na rozdíl od běžných přístupových bodů, které jsou navrhovány s přitažlivým designem, 7962 je pravým opakem. Jeho design
se hodí spíše do průmyslu, nebo přesněji – na strop, kde působí
jako svítidlo nezajímavé pro potenciální zloděje a vandaly.
Doplněk k 802.11n
chipům na fyzické
vrstvě
Nepoužívá zpětnou Požaduje
zpětná vazba
vazbu od klienta
volitelnou 802.11n je součástí každého
podporu klienta
802.11a/b/g/n
(zatím nedostupná) klienta – není vyžadováno nic dalšího
Poskytuje zisk
až 1-2 dB s 1-2 rádii
poskytuje zisk
až 3 dB se 2 rádii
poskytuje zisk
až 9 dB
Nemůže soustředit
RF energii pouze
jedním směrem
Nemůže soustředit
RF energii pouze
jedním směrem
Soustředí RF energii jen tam, kde je
to třeba
Žádný mechanizmus pro potlačení
RF rušení
Žádný mechanizmus pro potlačení
RF rušení
Až -17 dB potlačení
rušení
nezvětšuje velikost
RF buňky
nezvětšuje velikost
RF buňky
přináší zvětšení RF
buňky 2-4x
6
Beamforming: Wi-Fi, jaké jste ještě nikdy neviděli
Testování: Cisco Aironet 1142 & Aruba AP 125
Je normální, že s rádii 802.11n, gigabitovým Ethernetem
a další elektronikou běžící na plné obrátky se přístupový bod
může poněkud zahřát. Ruckus proto nezapomněl na vestavění
chladiče do spodní části AP.
Hlavním
konkurentem
Ruckusu je Cisco Aironet
AIR-LAP1142N-AK9, který tvoří pár s kontrolérem
Cisco 4402 s firmware verzí 6.0.182.0. Jak jsem již
uvedl, jedná se o jednoho
z našich kandidátů pro srovnání on-chipové technologie beamforming proti anténní technologii beamforming Ruckusu
(BeamFlex). Zvláštní je, že u Cisca 1140 je funkce beamforming v továrním nastavení vypnutá.
Tak jako všechny dvoupásmové přístupové body Cisco
používá dvě rádia, jedno pro 2,4 GHz a druhé pro 5 GHz.
Na 1142 se připojují tři antény pro každé rádio, přičemž je
použita soustava 2×3 pro vysílání/příjem. Beamforming
u Cisca používá dvě antény pro vysílání, takže je zřejmé, že
beamforming a prostorový multiplex nemůže fungovat současně.
Je tedy zajímavé, že Cisco upřednostnilo v konfiguraci outof-the-box raději prostorový multiplex oproti novince v podobě on-chipové technologie. Snad je tato funkce příliš nová
a společnosti ji chtějí přijmout zvolna. Nebo to může mít
něco společného s výkonem? Uvidíme.
Pokud nahlédnete pod zaoblený kryt uvědomíte si, jak radikálně se design liší od konvenčních přístupových bodů. Všimněte si okrouhlého uspořádání směrových antén.
Bezdrátové produkty podnikové třídy zpravidla používají
kontrolér, který pomáhá spravovat provoz na síti a koordinovat
činnost více přístupových bodů. Použili jsme sestavu 7962 se
středním kontrolérem Ruckus ZoneDirector 1000 s verzí firmwaru 8.0.1.0 build 13.9.
Srovnávání architektury 1142 s Ruckusem 7962 je poutavé.
Neměl jsem možnost jednotku Cisca rozebírat, ale našel jsem
následující fotky v některé z patentových dokumentací.
Otestovali jsme také AP125 Aruba s kontrolérem 3200
s firmware verzí 3.4.0.1 build 21611. Výsledek lze shrnout
velmi stručně. Jedná se o standardní duální AP podnikové
třídy se třemi anténami, u nichž si nejste nikdy příliš jistí, jak
je nasměrovat. Přístupový bod AP125 je typickým zástupcem
7
“standardu 802.11n” a vidím ho jako produkt, který je výkonem na hranici pro srovnání s produkty Cisco a Ruckus.
Lokalita č.1: Základna
s haldou techniky. Na jednom z předchozích obrázků
jsem přístupový bod umístil
na kontrolér. Na testování
jsem je pro snížení rušení
umístil odděleně, jak je vidět na fotce nastavení Cisca. Při testování v této lokalitě se klient nacházel necelý metr od AP.
Lokalita č.2: Zpětně si říkám,
že jsem pro tento test měl dodržet přímou viditelnost mezi
klientem a přístupovým bodem. Místo toho byl umístěn
v pravém rohu od dveří. Takže
místo přímé viditelnosti mám
přímou trasu vedoucí skrz dlouhou stěnu. Nakonec, kdo má kdy
k dispozici přímou viditelnost u vnitřní bezdrátové sítě?
Lokalita č.3: Tento bod byl umístěn napříč budovou a signál byl nucen procházet skrz
několik stěn – bez možnosti
najít si cestu odrazy. ThinkPad
v této klidné oblasti zachytil
pouze čtyři blízké přístupové
body, zatímco v ostatních místech při pohybu po patře jich bylo vždy nejméně deset.
Lokalita č.4: Nejvzdálenější a nejvíce izolovaná lokalita. Ve světě indoorového Wi-Fi je pošetilostí
chtít dosáhnout připojení na vzdálenost 30 m skrz zalidněný a vysoce
členitý prostor. Normálně byste v takovém případě požadovali alespoň
jeden přístupový bod navíc. Nakonec, společnost Ruckus nám doporučila použít čtyři AP 7962…
oproti deseti nebo více konvenčním přístupovým bodům. Takže
pokud zde dosáhneme kloudného výkonu, bude to téměř zázrak.
Lokalita č.5: Když vyjdete ze dveří kanceláří Structured
Communications, ocitnete se na otevřeném místě opatřeném
množstvím vysokých skleněných stěn. Abych otestoval dosah
ve třech rozměrech místo obvyklých dvou, vytvořil jsem si
další pracovnu o dvě patra níže. Abych určil vzdálenost, která
činila 29 metrů, musel jsem použít Pythagorovu větu – o které
jsem se v osmé třídě zapřísáhl, že ji už nikdy v životě nepoužiji,
na co taky… Nikdy neříkej nikdy.
Jakožto testovací platformu jsem použil notebook Dell 620
s Broadcom NetXtreme 57XX Gigabit Ethernet kontrolérem
jakožto serverem a Lenovo X61 s adaptérem Intel 4965AGN
(verze driveru 12.4.0.21) jakožto cílovým klientem a přepínačem 3Com 3CDSG10PWR OfficeConnect.
Testovací prostředí
Vědom si toho, že signál
má pomocí technologie
beamforming dosáhnout
2× až 4× dál oproti konvenčnímu 802.11n, věděl
jsem, že potřebujeme testovací prostředí větší, než
může poskytnout běžný
dům nebo byt. Jelikož nemám přístup na žádnou zámeckou
rezidenci spokojil jsem se s další dostupnou variantou: ústředí
společnosti Structured Communications v Clackamas v Oregonu o rozloze 650 metrů čtverečních. Kanceláře zabírají většinu horního patra o rozloze 1000 metrů čtverečních. Tímto
společnosti Structured Communications srdečně děkuji, že
nechali Tom’s Hardware vpadnout do jejich prostor a dva dny
zde provádět nastavování a testování.
Testoval jsem v pěti místech, čímž jsem se snažil získat slušnou směs výsledků. Pro představu níže uvádím půdorys kanceláří s vyznačením těchto pěti lokalit. Čísla uvedená u lokalit
2,3,4 a 5 představují přibližnou vzdálenost ve stopách do lokality č.1, ve které byl umístěn přístupový bod.
8
Beamforming: Wi-Fi, jaké jste ještě nikdy neviděli
Aplikace a metody pro měření
Ve většině notebooků vybavených 802.11n jsou umístěny tři
antény, které fungují jako 3D rozmístěné dipóly. Proto provádím každé měření čtyřikrát, přičemž vždy notebook o čtvrtinu
pootočím. Výsledky nakonec zprůměrňuji.
Protože každý přístupový bod může fungovat na 2.4 nebo
5 GHz, provádím všechny testy na obou rádiových pásmech.
Klient, který se asociuje na jednom pásmu se může při zhoršení podmínek přeladit do druhého, ale není to běžný jev. Klient
má vždy sklon zůstat na pásmu, v němž v dané relaci provedl
asociaci. Je tedy důležité získat představu, jak obě pásma fungují.
Především jsem se ujistil, že u driveru klienta Intel je Power
Management nastaven na „nejvyšší“. Jinak by mohlo při provozu na baterii dojít k tomu, že výkon by byl náchylnější ke kolísání. Na následujícím obrázku je pod oknem nastavení driveru
vidět příkazová řádka aplikace Zap.
Během testování jsem používal dvě aplikace – Zap a Chariot,
které slouží pro zjišťování výkonu paketů UDP (Zap) a TCP
(Chariot). UDP se příliš často netestuje. Každý používá jen
Chariot nebo iPerf a provede jen několik časových měření, což
je dostačující pro běžné přenosy souborů a podobné každodenní činnosti. UDP se však používá pro streamování video
přenosů. Tento protokol je rychlejší, protože servery nemusejí
čekat na příjem potvrzení od klienta. S UDP jednoduše vyšlete stream paketů vysokou rychlostí a doufáte, že se dostanou
do místa určení.
Zřejmě jste nikdy neslyšeli o Zapu, který Ruckus vyvinul pro
testování výkonu streamování videa. Podle toho co vím, jedná
se v našem případě o první rozsáhlé použití tohoto nástroje
v mainstreamové recenzi.
Zap funguje tak, že zkrátka vezme určitý objem dat a posílá
je mezi serverem a klientem pomocí UDP. Přenos je rozdělen
na procentuální části celkového zatížení, přičemž každý krok
představuje desetinu procenta. Při každém kroku je zaznamenávána přenosová rychlost a údaj znázorňovaný pomocí
softwaru představuje nejnižší dosud zaznamenanou rychlost.
Proto se výsledky v Zapu zdají jako rychlé při 1 %, průměrné
při 50 % a pomalé při 99 %.
Pro naše účely nás nejvíc zajímají střední a nejnižší čísla.
Když se jedná o video, nezajímá vás nejvyšší nebo průměrná
trvalá rychlost. Záleží na nejnižší rychlosti, která představuje
nejslabší článek bezdrátového spoje a bude klíčovým faktorem
při hodnocení vašeho zážitku při sledování videa. Pokud udržujete spojení 70 Mb/s po 95 % času, ale z nějakého důvodu dojde občas k poklesu na 15 Mb/s, poklesy se projeví zahozenými
rámci a „škytavkou“ na HD streamu o přenosové rychlosti 19,2
Mb/s. Níže uvedená tabulka zachycuje skutečný příklad z Aplikace Chariot (přenosová rychlost pro Cisco AP 1142 na krátkou vzdálenost).
Jak již bylo zmíněno dříve, je mnoho faktorů, které mají vliv
na výkon bezdrátové sítě. Patří mezi ně i orientace klienta.
9
Zap na 2,4 GHz, průměrná rychlost
V lokalitě č.5 jsou výsledky podobné, ačkoliv Ruckus konečně vykazuje určité snížení výkonu. Aruba s přenosovou rychlostí menší než 1 Mb/s stěží udrží spojení, ale Ciscu se dařilo
a to zejména s vypnutou funkcí beamforming.
Dejme se do práce. V lokalitě č.1 jsou v těsné blízkosti u sebe
umístěni klient a přístupové body. Výsledkem jsou vyrovnané
výsledky uvedené v následujícím grafu (měření pomocí aplikace Zap, přenosová rychlost 50 %). Byl jsem trochu překvapen,
že Ruckus dosáhl tak daleko, když beamforming nemá poskytovat přílišnou výhodu na krátké vzdálenosti. Důkazem je porovnání s přístupovým bodem Cisco, kde beamforming přispěl
pouhými 2 Mb/s.
Je zřejmé, že minimální požadovaná přenosová rychlost
bude závislá na aplikaci. Pokud chcete mít dva HD přenosy,
pak potřebujete nejméně 40 Mb/s a raději více kvůli možným
výskytům rušení. Na frekvenci 2.4 GHz to nedokázal ani jeden
přístupový bod, ale sestavovali byste takový scénář ve skutečném životě? Mějte na paměti, že tato měření byla provedena
za účelem prokázat schopnost technologie beamforming.
Další dvě měření na větší vzdálenost dopadla podle očekávání. Nepřekvapilo mě, že Ruckus tento test vyhrál, ale překvapilo mě, že Aruba skončila tak daleko za Ciscem i v případě, kdy
nebyla použita technologie beamforming. Výhoda beamformingu je vidět u lokality 3, ale neprojevila se u lokality 2, což
zřejmě poukazuje na to, že uspořádání se blížilo přímé viditelnosti víc, než jsem si myslel. Ve vzdálené místnosti č.4 Aruba
zklamala s průměrnou přenosovou rychlostí 5 Mb/s. U Cisca
dokonce v tomto případě funkce beamforming mírně snižovala výkon. Zvláštní.
10
Beamforming: Wi-Fi, jaké jste ještě nikdy neviděli
Zap na 5 GHz, průměrná rychlost
Konečně, v naší odstrčené lokalitě č.4 Cisco s technologií beamforming prokázalo určitou funkčnost, ale ne větší než Aruba bez použití této technologie. Ruckus stále s přehledem drží
pořádný náskok před ostatními.
Při přechodu na pásmo 5 GHz jsem si ihned všiml dvou věcí.
Zaprvé, Aruba žije! AP125 hravě překonala Cisco. Důležitější
však je, že Ruckus i Aruba prokázali dvojnásobné hodnoty výkonu v 5 GHz oproti 2,4 GHz. Pokud tedy máte možnost použít konfiguraci na 5 GHz, pak jí dejte šanci, nebo alespoň porovnejte výkon na obou pásmech. Možná budete velice překvapeni.
Tak tohle je tedy něco. V lokalitě č.5 se Aruba zuby nehty
drží na 0,1 Mb/s. Cisco vůbec neudrží spojení. Ruckus stále
drží přenosovou rychlost téměř 25 Mb/s. Teď začínám chápat,
proč společnost Ruckus tvrdí, že BeamFlex je schopen pokrýt
větší plochu s menším množstvím přístupových bodů než jiné
technologie.
V lokalitách č.2 a 3 to vypadá velice podobně. Aruba stále
vede nad Ciscem, které s použitím technologie Beamforming
nevykazuje žádné zlepšení.
11
Zap na 2,4 a 5 GHz, minimum
Pro vás video nadšence, jdeme až na kritickou hranici 99 % při
měření v Zapu. Téměř jsme se rozhodli neuvádět výsledky těchto
měření v našem článku, neboť vypadají velmi jednostranně. Přesto se zde vyskytla některá překvapení.
Hlavní otázka zní: co se proboha stalo Ciscu? Jak mohlo dávat pouze 1 Mb/s v bezprostřední blízkosti? Aruba takový problém neměla a Ruckus samozřejmě také ne. Je to zahanbující.
Ve zbývajících měřeních na 2,4 GHz při 99 % Aruba polevila
a zahájila lítostný dýchánek s Ciscem o 1 Mb/s. Alespoň nikdo
neztratil spojení. To už je něco.
V pásmu 5 GHz se odehrává více zvláštností. Ruckus nevykázal žádné černé díry jako Aruba a Cisco. Nejsem si jistý proč.
U Aruby a Cisca je to mnohem horší, než jsem očekával. Proto
se chopím věrného Wi-Spy analyzéru spektra a jdu hledat rušení v lokalitě č.1.
Výsledky analyzéru však
neukázaly nic mimořádného. Popravdě řečeno, závěr,
že produkty Aruba i Cisco
jsou nepoužitelné pro přenos videa je nevyhnutelný,
přestože jsem takový ortel
neočekával. Takový výsledek
je příznačný pro produkty 802.11n, proto také nevidíte operátory či výrobce nabízející Wi-Fi pro přenos videa. Sice existuje
několik výjimek, ale PR články nejsou tím pravým důkazem
jejich kvality. Viz moje zděšení na začátku tohoto měření.
12
Beamforming: Wi-Fi, jaké jste ještě nikdy neviděli
Chariot na 2,4 GHz
Když přišla řada na Chariot, měl jsem za sebou už 1,5 dne
z dvoudenního testování. Zbývali mi jen čtyři hodiny v pronajatém testovacím prostředí, takže ačkoliv bych vám rád sdělil,
že jsem testoval pouze 7962 proti 1142 z určitých technických
důvodů, pravdou je, že už nezbýval čas a musel jsem se rozhodnout. Usoudil jsem, že v průběhu několika málo zbývajících
hodin pro testování s Chariot uspořádám bitvu přístupových
bodů s technologií beamforming – on-chip proti on-antenna!
Mezi výsledky TCP a UDP je slušný rozdíl. Pamatujte také,
že měření na 2,4 GHz na malou vzdálenost vykazují poloviční
přenosovou rychlost oproti 5 GHz. To je důvod, proč Netgear
používá bezdrátové HD video na pásmu 5 GHz. Nemělo by vás
příliš překvapovat, že Ruckus dosáhl průměrné rychlosti pouhých 67 Mb/s v lokalitě č.1, i když je to dvojnásobek výkonu
Cisca. Výkon Ruckusu v lokalitách č.2 a 4 klesá a ukazuje více
zahozených paketů. Soutěžící si mění role v lokalitě č.3, kde
Cisco ukazuje větší ztráty s rostoucí vzdáleností.
13
Chariot na 5 GHz
Štvaní mrtvého koně nemá význam. V prvních čtyřech lokalitách vede BeamFlex nad on-chipovou technologií beamforming Cisca zhruba 1,5 až 3 krát. Lokalita č.5 je výjimkou, protože 1142 nenavázal spojení vůbec.
V lokalitě č.5 jsou oba přístupové body schopné udržet
spojení.Údaje ve spodním grafu ukazují, že Cisco má zhruba
poloviční propustnost oproti měření s aplikací Zap při 50 %,
zatímco výkon Ruckusu poklesl jen o třetinu.
14
Beamforming: Wi-Fi, jaké jste ještě nikdy neviděli
Závěr
Nemám zapotřebí přesvědčovat vás, že svět spěje k videocentrizmu. Pokud jste však četli až sem, zřejmě si uvědomujete,
že buď budete muset vašimi zdmi protáhnout Ethernetovou
kabeláž, nebo najít nějaký druh bezdrátového řešení pro vaše
současné a budoucí potřeby týkající se přenosu videa. Z první
varianty je to pouze CAT5e nebo CAT6. Nejsme ale vzdáleni
od doby, kdy budeme mít větší množství zařízení s podporou
videa v našich kapsách než na stolech. Nad výdělkem pak spláče zákazník, který nebude mít k dispozici bezdrátovou síť pro
distribuci video streamů kamkoliv to bude potřeba.
Pro názornost uvádím výsledky všech pěti lokalit ve spojnicovém grafu. Jak vidíte, 7962 má větší náskok při kratších
vzdálenostech.
Nechci, aby jediným dojmem tohoto článku bylo, že „Ruckus zaválel”. To není mým cílem. Viděli jsme však, že on-chip
beamforming alespoň tak, jak ho implementovalo Cisco v AP
1142 má stěží nějaký kloudný efekt. Není divu, že tato funkce
je v základním nastavení vypnutá. Beamforming obecně však
může mít úžasný účinek. Ruckus jasně ukázal, že všechny produkty 802.11n dosud byli jen předskokany. Ruckus je o úrověň
výš a je dosud jediným výrobcem s tímto privilegiem.
Doufám, že tento článek vyburcuje k tomu, aby se průmysl
posunul vpřed. Cisco s AP 1142 zůstalo u osvědčených návrhů,
úroveň inovace je zde minimální, a je to znát. To, co bychom
potřebovali je více společností jako Ruckus, který je ochoten
investovat dva nebo tři roky do přehodnocování otázky, načež posune bezdrátovou komunikaci vpřed s několikanásobým
výkonem. Jistě, že se budou vést války kvůli nekompatibilitě.
Ano, zaplatíte dvojnásobnou cenu oproti výrobkům bez technologie beamforming. Ale na oplátku si budeme moci dovolit
a užít věci, které zkrátka na dnešních bezdrátových sítích LAN
nejsou možné.
15