802.11ac无线技术潜力以及局限性

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802.11ac无线技术潜力以及局限性

来源: 作者: 时间:2015-10-04 14:00 【

数月来,供应商一直在测试他们的11ac产品,测试结果显示了11ac的性能以及哪些变量会其影响。一些测试是在理想的实验室环境下进行;其他测试则设计实际或模拟的生产网络

数月来,供应商一直在测试他们的11ac产品,测试结果显示了11ac的性能以及哪些变量会其影响。一些测试是在理想的实验室环境下进行;其他测试则设计实际或模拟的生产网络。测试结果包括:在最佳情况下,11ac客户端能够享受一致的400M到800Mbps的吞吐量;每个接入点服务于更多的客户端,以及为现有11n客户端提高性能。


无线局域网供应商正在加紧推出产品,包括Aerohive、Aruba、思科(包括其Meraki云计算产品)、Meru、摩托罗拉、Ruckus、Ubiquiti和Xirrus。

  IEEE 802.11ac标准使吞吐量增加至11n的三倍,主要是这样实现的:它建立在从802.11n引进的一些技术之上;强制执行某些11n选项;提供多种方式来提高Wi-Fi吞吐量;仅在5GHz频段下运作。

  这是一个强有力的组合。特拉华大学系统程序员Mike Davis表示:“我们看到配备11ac的新的苹果Macbook Air笔记本吞吐量超过800Mbps,11ac手机(例如三星S4)为400Mbps,校园内11ac设备正在逐渐增加。”

  特拉华大学是Aruba公司长期的WLAN客户,该大学今年夏天已经安装了3700个Aruba的新的11ac接入点,目前,平均有80个11ac客户端在线,高峰为100,该校有共有约24000Wi-Fi客户端。

  11ac网络似乎“游刃有余”,Davis说道:“在对11ac Macbook Air的有限的测试中,在负荷超过120个客户端的11ac接入点,我能够维持400Mbps。”并不是所有的客户端都是数据密集型,但结果显示当服务于比以前更多的客户端时,11ac接入点仍然能够提供比11n更好的数据传输速率。

  11ac的最大数据传输速率高度依赖于几个因素。首先是11ac无线电是否使用80Mhz宽的信道(11n通过使用40MHz信道来提高吞吐量)。另一个因素是,无线电是否能够使用256 QAM调制方案,11n使用的是64 QAM。这些都取决于11ac客户端与接入点的距离。距离太远的话,无线电会“下调到”较窄的信道和较低的调制方案。

  还有一个因素是“空间流”的数量,空间流是在11n引进的技术,受到客户端和接入点无线电的支持。在图1“基于空间流的802.11ac性能”中,显示了下载吞吐量性能。

  在完美的条件下,靠近接入点时,三股流11ac无线电可以实现1.3Gbps的最大原始数据传输速率。但没有用户会意识到可用吞吐量的情况。

  Aerohive Networks 公司产品管理主管Mathew Gast表示:“通常情况下,如果客户端靠近接入点,由于协议开销(设置、信标等),你可以预计将损失约40%的总体原始比特率。”该公司刚刚推出了其第一批11ac产品—AP 370和AP390.Aerohive在分布式接入点架构中集成了控制器功能,并为IT部门提供云计算管理界面。

  第三个重要因素是空间流的数量。大多数11ac接入点会支持三股流,通常有三个发射和接收天线,但客户端会有所不同。在特拉华大学,新的Macbook Air笔记本支持两个流,而三星S4和HTC One收集支持一个流。

  Broadcom公司的测试发现,在40 MHz信道,单个11n数据流可以提供高达60Mbps的吞吐量。相比之下,在80MHz信道的单流11ac“开始超过250Mbps”。单流11ac最大会超过约433Mbps。

  从这些数据中我们可以得出一些有趣的结果:在任何给定的距离,11ac的吞吐量都比11n更好;11ac接入点可以比11n提供更多的客户端数量。

  “在高密度的演讲大厅,我们已经使用11ac取代了11n接入点,”特拉华大学的Mike Davis表示,“虽然我们仍然在限制可以使用新接入点的客户端的数量,但我们看到客户端的性能非常高。”

  11ac的其他功能实现了性能的提升。发射波束成形(TBF)是11n中的可选功能,而在11ac中测试标准功能。“TBR让你可以将RF信号集中在特定地方,用于特定客户端,”Aruba公司技术营销工程主管Mark Jordan表示,“TBF小幅改变了定相来允许信号在更高效的无线电功率水平传播,结果是极大地提高了吞吐量距离。” 第二个功能是低密度奇偶校验(LDPC),这是提高接收无线电密度的技术。

  这对Wi-Fi网络的影响将是巨大的。Broadcom在办公楼设立的网络中进行了广泛的测试,该网络同时使用11n和11ac接入点和客户端。他们专门测试了在打开和关闭波束成形和低密度奇偶校验的情况下,11ac数据传输速率以及吞吐量。

  测试结果显示,在TBR和LDPC打开的情况下,11ac连接显著优于11n,即使在这两个功能都关闭的情况下,11ac也更加优越。例如,在一个测试点,11n客户端达到32Mbps,在同一个测试点,关闭TBR和LDPC的11ac客户端实现相同的吞吐量。当开启功能时,11ac客户端猛增至 102Mbps。

  Aruba公司也发现了类似的结果。其单流三星S4智能手机在15英尺达到238Mbps TCP下行吞吐量,30英尺为235Mbps,75英尺为193Mbps。而在120英尺,仍然有154Mbps。在相同距离上行吞吐率为:235Mbps、230M、168M和87M。

  11ac还有其他方面的优势。由于更高的向上和向下吞吐量,11ac移动设备更快地接入和退出Wi-Fi信道,需要更少的电耗。更高效的网络使用意味着更少的“每比特电耗”,以及更好的电池寿命。

  另外,由于对于11ac而言,这一切都进行得更快,就有更多事情让其他客户端来访问信道。换句话说,网络容量增加了六倍。

  这方面的改进可以用来减少覆盖特定区域的接入点数量:在Broadcom办公测试区,四个思科11n接入点提供连接,单个11ac接入点就可以替换它们。

  更可能的情况是,IT部门将优化11ac网络的容量,尤其是随着智能手机、平板电脑、笔记本和其他设备逐渐配备11ac时。11n客户也会意识到11ac网络的改进。

  Wi-Fi使用以太网的载波监听多路访问以及碰撞测试(CSMA/CD)--基本上检查信道是否正在被使用,如果正在使用,它将退出,等待再次尝试。“如果我们在网络上花更少的实际,就有更多可用的时间,就可以让更多设备访问。更多可用的时间转化为更少的碰撞和退避。如果不堪重负的11n接入点被 11ac接入点取代,这将会增加网络的容量。”

  在Aruba的内部测试中,Macbook Pro笔记本具有三个流11n无线电,首先被连接到11n Aruba AP-135,然后是11ac AP-225。正如图2“11ac将提高11n客户端的吞吐量”中所示,该笔记本的性能比在11n上好得多,特别是随着范围扩大。

  这些改进只是“第一波”11ac的一部分。第二波可能将会在2014年晚些时候开始,其中将会有新功能添加到11ac:支持4到8个数据流,明确的发射波束成形,160Mhz信道选项,以及“多用户MIMO”—允许接入点同时应对多个11ac客户端。

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