Технологии увеличения дальности WLAN: оценка THG

Введение

Производители беспроводного сетевого оборудования потребительского уровня грезят одним желанием - создать новые продукты с большим радиусом действия, которые при этом обеспечивали бы возможность передачи аудио и видео потоков. Хотя до сих пор острой необходимости в этом не было, оборудование, обещающее увеличить радиус действия и скорость передачи данных, просто обречено на успешные продажи.

Ситуация сложилась так, что для честного отъёма денег у населения уже недостаточно предлагать просто сетевое оборудование, нужно, чтобы оно обеспечивало более высокую скорость передачи данных и больший, чем у конкурентов, радиус охвата. Если раньше производители преимущественно налегали на развитие стандарта 802.11g, то сегодня второе рождение переживает 802.11а.

В нашем материале мы обратимся к технологиям: Airgo Networks True MIMO и Atheros Super G XR. Мы также сравним эти технологии с ParkerVision D2D, которая не претендует на увеличение скорости канала.

Технологии

Все три технологии основаны на повышении эффективности работы приёмника, а не на увеличении мощности передатчика, но используют разные подходы. Попробуем пояснить, как они работают.

Для более эффективного извлечения цифрового сигнала патентованная технология ParkerVision D2D (Direct2Data) использует принцип, названный RF Energy Sampling. Если говорить простыми словами, принцип основан на анализе относительно больших участков несущей волны, в некоторых случаях до половины длины волны, в отличие от анализа небольших участков в традиционных цифровых преобразованиях. При использовании D2D не нужно фильтровать несущую частоту, в результате чего мы освобождаемся от ослабления сигнала, связанного с фильтрацией. Производитель заявляет о радиусе действия на открытом пространстве до 500 метров и гарантирует покрытие в пределах частного дома.

Совет. Документацию Direct2Data можно найти здесь(PDF).

В основе Atheros XR (eXtended Range) также лежит повышение чувствительности приёмника, судя по данным производителя, - до -105 dBm. Это на 20 дБ (100X) лучше, чем необходимо по требованиям спецификаций 802.11, и сравнимо с чувствительностью некоторых сотовых телефонов. В документации Atheros повышение обосновывается использованием "специальных технологий уровней MAC и PHY, обеспечивающих очень низкое соотношение сигнал/шум (SNR)". В XR также добавлены скорости передачи, "эквивалентные" 3, 2, 1, 0,5 и 0,25 Мбит/с, которые, благодаря адаптивному алгоритму, позволяют обеспечить максимальную скорость, в то же время, сохраняя стабильное беспроводное соединение.

Совет. Документацию XR можно найти здесь(PDF).

Технология Airgo Networks True MIMO использует несколько передатчиков и приёмников, для каждого из которых применена своя антенна. При этом особое внимание уделено обработке сигналов, что позволяет улучшить соотношение сигнал/шум с 10dB (10X) до 15dB (почти 30X). Другое существенное преимущество MIMO состоит в большей эффективности в условиях интерференции волн и наличия множественных путей распространения сигнала, например, внутри помещений.

Совет. Документацию True MIMO (PDF) можно найти здесь(PDF).

Отметим, что все три вышеупомянутые технологии предполагают поддержку на обоих конечных узлах канала - как на точке доступа, так и у клиента.

Хотя наше основное внимание было направлено на увеличение радиуса действия сети в случае всех трёх технологий, однако Atheros и Airgo улучшают также и скорость. Технология Atheros Super G основана на четырёх принципах, позволяющих выйти за рамки 54 Мбит/с (стандартная скорость 802.11g):

• сжатие данных (data compression) (как при архивации);
• быстрые кадры (fast frames) (пакеты группируются, в результате чего исчезает межкадровый интервал);
• увеличение пакетов (packet bursting) (использует преимущество более высокой скорости 11g, пересылая за выделенный временной промежуток больше данных);
• динамический "турбо" (dynamic turbo).

Последняя технология (часто называемая объединением каналов) вызывает, пожалуй, наибольшее количество споров. Дело в том, что она предполагает объединение двух каналов для удвоения используемой полосы частот. То есть Atheros Super G выходит за рамки стандартного использования спектра и, согласно заявлениям конкурента Broadcom, приводит к помехам оборудования, не совместимого с Super G. Мы уже обсуждали эту проблему в нашем " Руководстве по расширенным режимам ", но мы не стали бы обострять её так, как это делает Broadcom.

Но выбора у Atheros не было, поэтому в своё оборудование Super G она встроила поддержку технологии адаптивного радио (Adaptive Radio). Эта функция позволяет отслеживать загруженность всего диапазона 802.11g и повышать полосу пропускания только при наличии свободных каналов - собственно, именно такая задумка и была у Super G изначально.

Технология Airgo True MIMO обходит проблему "плохого соседа", повышая спектральную эффективность вместо простого увеличения полосы частот. Другими словами, оборудование True MIMO позволяет передавать данные с большей скоростью на той же полосе частот, что и стандартные методы (не-MIMO). Таким образом, текущие реализации Airgo True MIMO позволяют достичь спектральной эффективности 5,4 бит/с/Гц (бит в секунду на герц) против 2,7 бит/с/Гц в стандартной реализации 802.11g. Говоря простыми словами, максимальная скорость у MIMO - те же 108 Мбит/с, как и у Atheros Super G, но при этом используется лишь один частотный канал 802.11b/g.

Впрочем, довольно теории, давайте перейдём к практике.

Оборудование

Теория - это хорошо, но конечного потребителя интересует, прежде всего, практическое использование. Поэтому мы протестировали реальные розничные версии оборудования.

В группе Super G/XR мы взяли NETGEAR "Double 108Mbps" - маршрутизатор WGU624 и адаптер WG511U CardBus. Мы выбрали именно эти решения, а не маршрутизатор NETGEAR WGT624 и адаптер WG511T 108Mbps CardBus, поскольку мы желали протестировать последнюю версию технологии Atheros.

Оба решения являются двухдиапазонными 802.11a/b/g и используют технологии Atheros Super G и Super AG вместе с адаптивным радио Adaptive Radio (AR) и увеличенным радиусом действия eXtended Range (XR).

Рис. 1. Беспроводной маршрутизатор NETGEAR WGU624 Double 108 Мбит/с.

Рис. 2. Беспроводной адаптер NETGEAR WG511U Double 108 Мбит/с.

Единственным доступным представителем Airgo True MIMO оказалась линейка Belkin "Pre-N" - маршрутизатор F5D8230-4 Wireless Pre-N и адаптер F5D8010 Wireless Pre-N Notebook Network card.

Рис. 3. Беспроводной маршрутизатор Belkin Wireless Pre-N.

Рис. 4. Беспроводной адаптер Belkin Wireless Pre-N.

Технологию ParkerVision D2D Technology тоже удалось найти только в одном типе устройств - от самой ParkerVision. Хотя D2D не заявляет об увеличении скорости работы, и в нашем случае поддерживается только скорость 11Мбит/с (802.11b), мы решили протестировать и эту технологию, так как 802.11b бывает достаточно для многих сценариев. В качестве тестовых экземпляров мы выбрали маршрутизатор WR1500 4-port Wireless DSL/Cable Router и адаптер WLAN1500 PC Card LAN.

Рис. 5. Беспроводной маршрутизатор ParkerVision WR1500 4-port Wireless DSL/Cable Router.

Рис. 6. Беспроводной адаптер ParkerVision WLAN1500.

Установка

Поскольку нам нужно было проверить заявления об увеличении радиуса действия на практике, мы решили провести тесты как внутри помещения, так и снаружи. Для тестирования внутри помещения мы использовали четыре стандартных местоположения (как в других тестах).

Тестирование на открытом воздухе включало как зоны внутри помещения, так и снаружи - это показано на Рис. 7. Беспроводные маршрутизаторы устанавливались на высоте, примерно, 1,2 метра над уровнем земли в задней части дома.

Рис. 7. Схема проведения тестирования (1 фут равен 30,48 см).

Первая точка на улице находилась на расстоянии около 15 метров от точки доступа и примерно на 2 метра ниже её. Далее замеры проводились через интервалы в 15 метров с погрешностью 1 метр на разных высотах - всё зависело от ландшафта местности. Ноутбук устанавливался на неметаллической подставке высотой 1 м, антенна беспроводного адаптера направлялась на точку доступа.

Конечно, тестовые условия нельзя назвать "чистым полем", поскольку на пути сигнала были несколько деревьев, что показано на схеме. К счастью, листья на деревьях ещё не распустились.

Для тестирования мы использовали IxChariot на ноутбуке с процессором с частотой 1 ГГц под управлением WinXP SP2, другая конечная точка работала на системе Athlon64 3000+ WinXP Pro SP2, маршрутизатор подключался к компьютеру через коммутатор нашей сети 10/100.

Тестирование проводилось при помощи стандартного скрипта IxChariot throughput, по протоколу TCP с размером файла 100 000 байт для 11b и 200 000 байт для 11g. Каждый тест (из двух направлений) продолжался 1 минуту. Тесты проводились как для направления клиент-точка доступа, так и для обратного. Показанные значения являются средними результатами, показанными IxChariot.

Результаты тестирования 11b внутри помещения

Поскольку нам нужно было выполнить сравнение в идентичных условиях для 802.11b ParkerVision, мы установили на маршрутизаторе NETGEAR режим "b & g" (режима "только-b" не было), а клиентский адаптер - в режим "только-11b". Переключить оборудование Belkin на режим 11b оказалось не совсем просто: ни адаптер, ни маршрутизатор не позволяли сделать это. К счастью, с помощью представителей Belkin нам всё же удалось перевести маршрутизатор в режим "только-11b".

На Рис. 12 и 13 показаны графики с результатами тестов внутри помещения.

Для направления передачи от точки доступа к клиенту продукты ParkerVision D2D и True MIMO показали последовательные результаты. Технология Super G/XR показала удивительно хороший результат 6,6 Мбит/с для первого местоположения, что весьма неожиданно для режима "только-11b". Несколько стен и перекрытия немного снизили пропускную способность, однако Super-G оказался быстрее в трёх тестах из четырёх.

Рис. 12. Тестирование 11b внутри помещения, направление ТД -> клиент.

Для направления от клиента к точке доступа результаты тестирования D2D и Super G/XR составили более 5 Мбит/с, хотя скорость D2D уменьшилась до 4 Мбит/с. Впрочем, можно с уверенностью сказать, что все эти продукты позволят создать беспроводную сеть, работающую со скоростью 11b и покрывающую весь дом.

Рис. 13. Тестирование 11b внутри помещения, направление клиент -> ТД.

Следующие графики IxChariot показывают скорость работы оборудования внутри помещения. Начнём с графиков в лучшем местоположении (первом), в направлении от точки доступа к клиенту и обратно ( Рис. 14 и 15).

Рис. 14. Тестирование 11b внутри помещения, первое местоположение, направление ТД -> клиент.

По обоим графикам видно, что оборудование работает великолепно. Впрочем, что ещё можно ожидать от устройств, находящихся на расстоянии около двух метров друг от друга. Графики других местоположений аналогичны, поэтому мы решили их не приводить.

Рис. 15. Тестирование 11b внутри помещения, первое местоположение, направление клиент -> ТД.