Recenze produktu Beamforming: Wi-Fi, jaké jste ještě nikdy neviděli

Transkript

1 Recenze produktu Beamforming: Wi-Fi, jaké jste ještě nikdy neviděli Zapomeňte na n 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 >>

2 Něco úžasného 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 n. To je skoro 40 megabitů přes Wi-Fi. Dřív jsme nemohli sledovat ani jedno HD video a teď máme dvě najednou! 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 n od společnosti, o které jsem nikdy předtím neslyšel, a překonává cokoliv, co jsem kdy u bezdrátových produktů zažil. Zajímavé? Tak pojďme tuto technologii prozkoumat do větší hloubky. Sice bez modelek, ale i tak věřím, že vás zaujme. 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. 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 g a nyní je těsně spojena s n. 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

3 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 g se svými 54 Mb/s a silnicí s 20 MHz kanály, rozdělíte tuto silnici na více cest a zvýšíte počet antén, dostanete g MIMO n 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 g, n 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 upravuje 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 a/b/g. Tato technologie je vlastně součástí standardu n. 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 Testovali jsme tento firmware doslova ve dnech jeho vydání. Přínos klienta Od té doby, kdy u a/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 n, vysílací diverzita užívala vícenásobné antény pro navýšení dosahu a lepší signál v problematických oblastech. Z tohoto důvodu technologie n dosahuje v porovnání s a/g lepších výsledků při pokrytí problematických míst. 3

4 Další výhodou technologie n 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 n. Asi Vás nepřekvapí, že přijímač hraje důležitou roli v optimalizaci technologie on-chip beamforming. U technologie a/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 a/g neposkytuje žádnou činnou zpětnou vazbu. Aktivní odezva se objevuje u implicitní technologie beamforming, ve které přístupový bod n komunikuje s klientem n. 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. Výzva pro Beamforming On-Chip 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 n 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... 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 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 n bude disponovat implicitní a explicitní technologií beamforming, 4

5 Beamforming: Wi-Fi, jaké jste ještě nikdy neviděli 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 dosáhne 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 n 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. 5

6 Už mě slyšíte? 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 n, 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 Beam- 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 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 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. Odkaz (802.11a/g) DSP (Digitální signálový procesor), nutnost trade-off Nepoužívá zpětnou vazbu od klienta Poskytuje zisk až 1-2 db s 1-2 rádii Nemůže soustředit RF energii pouze jedním směrem Žádný mechanizmus pro potlačení RF rušení nezvětšuje velikost RF buňky Implicitní/explicitní (802.11n) DSP (Digitální signálový procesor), nutnost trade-off Požaduje volitelnou n podporu klienta (zatím nedostupná) poskytuje zisk až 3 db se 2 rádii Nemůže soustředit RF energii pouze jedním směrem Žádný mechanizmus pro potlačení RF rušení nezvětšuje velikost RF buňky BeamFlex (802.11a/g/n) Doplněk k n chipům na fyzické vrstvě zpětná vazba je součástí každého a/b/g/n klienta není vyžadováno nic dalšího poskytuje zisk až 9 db Soustředí RF energii jen tam, kde je to třeba Až -17 db potlačení rušení 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. přináší zvětšení RF buňky 2-4x 6

7 Beamforming: Wi-Fi, jaké jste ještě nikdy neviděli Je normální, že s rádii n, 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. Pokud nahlédnete pod zaoblený kryt uvědomíte si, jak radikálně se design liší od konvenčních přístupových bodů. Všimněte si okrouhlého uspořádání směrových antén. Testování: Cisco Aironet 1142 & Aruba AP 125 Hlavním konkurentem Ruckusu je Cisco Aironet AIR-LAP1142N-AK9, který tvoří pár s kontrolérem Cisco 4402 s firmware verzí 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. 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 build 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 build 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

8 standardu n a vidím ho jako produkt, který je výkonem na hranici pro srovnání s produkty Cisco a Ruckus. 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 ) 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 n, 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. 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. 8

9 Beamforming: Wi-Fi, jaké jste ještě nikdy neviděli Aplikace a metody pro měření 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). Ve většině notebooků vybavených n 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. Jak již bylo zmíněno dříve, je mnoho faktorů, které mají vliv na výkon bezdrátové sítě. Patří mezi ně i orientace klienta. 9

10 Zap na 2,4 GHz, průměrná rychlost 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. 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. 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. 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. 10

11 Beamforming: Wi-Fi, jaké jste ještě nikdy neviděli Zap na 5 GHz, průměrná rychlost 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. 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. V lokalitách č.2 a 3 to vypadá velice podobně. Aruba stále vede nad Ciscem, které s použitím technologie Beamforming nevykazuje žádné zlepšení. 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. 11

12 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 n, 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

13 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

14 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

15 Beamforming: Wi-Fi, jaké jste ještě nikdy neviděli Závěr Pro názornost uvádím výsledky všech pěti lokalit ve spojnicovém grafu. Jak vidíte, 7962 má větší náskok při kratších vzdálenostech. 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. 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 n 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