Ускорение беспроводного пути

Скорость беспроводного доступа сейчас растет очень быстро благодаря ряду новых технологий и их реализаций, сделанных в новейших выпущенных на рынок продуктах. Беспроводное решение Intel для процессоров Centrino® Duo и Centrino® Pro под названием Intel® Next-Gen Wireless-N включает несколько ранее ратифицированных расширений 802.11n, в том числе связывание каналов и MIMO. В данном документе дается обзор этих возможностей, а также обсуждаются качество обслуживания и Wi-Fi Multimedia* (WMM*).

Технологии процессоров Intel® Centrino® Duo и Intel Centrino Pro умножают беспроводные возможности. С внедрением технологии Multiple-Input, Multiple-Output (MIMO), связывания каналов и стандарта качества обслуживания (QoS) расширения Wi-Fi Multimedia* (WMM*) – компонентов решения Intel Next-Gen Wireless-N WLAN – скорость и диапазон беспроводных соединений значительно увеличиваются, становится легче управлять пропускной способностью и использовать ее. В данном документе обсуждаются эти возможности и их влияние на Интернет-соединения и взаимодействие с пользователями. В дополнение к возможности повышения скорости загрузки будут представлены другие возможности, доступные в Intel Next-Gen Wireless-N.

В 1997 году рынку был представлен беспроводной протокол 802.11, который поддерживал скорости 1 и 2 Мбит/с (мегабит в секунду). В нем использовались три неперекрывающихся канала в полосе частот ISM (диапазон, отведенный для промышленных, научных и медицинских целей) с частотой 2,4 ГГц. Версия 802.11a, выпущенная в 1999 году, обеспечила скорость передачи данных до Мбит/с и 12 неперекрывающихся каналов UNII (Нелицензируемый диапазон для национальной информационной инфраструктуры) на полосе 5 ГГц. В 2003 году появился протокол 802.11g, в котором сохранилась скорость 54 Мбит/с, и улучшена она не была. Последний протокол, 802.11n, который пока не ратифицирован IEEE (Институт инженеров по электротехнике и электронике), первым обещает скорость до 600 Мбит/с с использованием связывания каналов и архитектуры MIMO. Кроме роста скоростей 802.11n использует каналы в обоих частотных диапазонах – 2,4 ГГц и 5 ГГц[1]. Производители уже выводят на рынок продукты, основанные на этом новом протоколе, помечая их как устройства «Draft-N» или «draft 802.11n».

В прошлом в беспроводных системах для отправки и получения данных использовался только канал шириной 20 МГц. При связывании каналов 802.11 Draft-N два объединенных канала дают более функциональную полосу частот, чем два отдельных канала вместе[2]. Первый из этих двух связанных каналов определяется как управляющий или первичный, а второй называется каналом расширения или вторичным каналом. Оба канала могут передавать и получать информацию.

Сначала выбирается основной канал, а вторичный канал определяется по его позиции относительно первого. Например, если управляющим каналом является 132, а каналом расширения - 136, то соединение записывается, как (132, 1), что указывает, что 132 – это управляющий канал, а 136 – соседний канал в положительном направлении. А запись (132,-1) будет показывать, что вторичный канал - 128, или соседний канал в отрицательном направлении. Связанные каналы должны быть соседними[3]. Поскольку существует 24 неперекрывающихся канала для полосы 5 ГГц и только три для 2,4 ГГц, то связывание каналов используется в основном в частотном диапазоне 5 ГГц[4]. Более подробную информацию о связывании каналов можно найти на сайте: http://www.intel.com/support/wireless/sb/CS-025343.htm.

Устаревшие беспроводные сети используют для отправки и получения сигналов технологию Single-Input, Single-Output (SISO), что означает, что на один канал имеется одна передающая и одна принимающая антенна. MIMO обеспечивает наличие нескольких потоков данных по единственному частотному каналу. Каждый поток данных в канале имеет собственную антенную пару для приема-передачи, собственную радиочастотную цепь и собственный аналогово-цифровой преобразователь. Когда возникает сигнал, он передается на все принимающие антенны, и все антенны-получатели слушают все передаваемые сигналы. При использовании этого метода два или более передаваемых сигналов могут объединяться вместе, что позволяет улучшить качество приема. Чем больше антенн добавляется, тем больше данных можно собирать, а чем больше данных можно собирать, тем большего роста пропускной способности можно достичь. Подробнее о работе MIMO см. по адресу http://www.intel.com/support/wireless/sb/CS-025362.htm.

Многие годы традиционные проводные сети Ethernet LAN работали с назначением приоритетов пакетов и системой управления, которая выдает посылаемым по сети пакетам приоритеты. Известно, что реализация этот системы позволяет получить определенные показатели QoS за счет увеличения скорости, с которой пакеты с высоким приоритетом передаются через сеть. Протокол 802.1p устанавливает 8 разных уровней приоритета, включая уровень по умолчанию «0», который называется уровнем «наибольших усилий»[5]. Номер приоритета определяется MAC на уровне 2 сетевой модели OSI. Однако назначенный уровень теряется при выходе пакета из LAN.

При соединении с Интернетом по проводной сети кабель ethernet становится одной точкой доступа (AP). Так как по этому кабелю к Интернету подключено только одно устройство, то оно использует всю полосу пропускания (AP). Беспроводная точка доступа – нечто другое, поскольку все устройства, которые подключаются через нее, должны разделять между собой доступные ресурсы. Чем больше устройств подключается, тем меньше доля полосы пропускания на устройство. При отсутствии системы приоритетов все пакеты имеют одинаковый статус, и предпочтение отдается правилу «первым пришел – первым обслужен». VoIP, скоростные игры и мультимедийные приложения будут работать бесперебойно, только если их пакеты передаются без сбоев и регулярно. Чтобы обеспечить это, для беспроводных соединений потребовался другой метод приоретизации пакетов.

Пока широкое распространение не получил недавно сертифицированный протокол 802.11e, пробел был заполнен стандартом WMM, который сертифицирован Альянсом WiFi Alliance. WMM определен Альянсом WiFi как профиль или подмножество 802.11e. Стандарт WMM характерен тем, что реализует окно разрешения конфликтов, которое основано на типе обслуживания трафика и времени ожидания доступа к носителю уровня MAC. Существует четыре различных конкурентных уровня: «голос», «видео», «наибольшие усилия» и «фон». Назначения уровней производятся только для пакетов голоса, аудио- и видео. Категория «голос» имеет наименьшее время ожидания и, соответственно, наивысший приоритет[6]. При наличии WiFi Multimedia такой контент, как VoIP, видео и музыка может передаваться по беспроводным соединениям более плавно, со снижением помех и дрожания и сокращением пауз. Это обеспечивает широкие возможности для пользователя[7].

Представленное в начале 2007 года решение Intel Next-Gen Wireless-N является новейшим продуктом 802.11 Draft-N и дополняет платформу Intel Centrino Duo. Это четырехрежимный адаптер, что означает, что он может поддерживать сети 802.11a, 802.11b, 802.11g и Draft-N. Скорость передачи данных в нем значительно увеличена. Реальные скорости обычно находятся на уровне примерно половины теоретических максимумов; и тем не менее, при использовании тестового устройства с протоколом 802.11n были зафиксированы скорости от 100 до 140 Мбит/с. Это в 4 раза больше, чем реальные скорости в 22 – 24 Мбит/с, достигаемые при использовании предыдущих беспроводных стандартов[8]. Чтобы снизить влияние соседних устаревших устройств, функция минимизации помех для соседних беспроводных сетей (Friendly Neighbor Assurance) ограничивает все связанные каналы до полосы 5 ГГц. Кроме того, расширенные возможности системы безопасности обеспечивают шифрование стандарта AES для WPA2, что позволяет добиться более серьезной защищенности. Чтобы гарантировать удовлетворенность потребителя, точки доступа Intel и других ведущих производителей были подвергнуты развернутому тестированию[9].

Ее одно преимущество, которым обладает Intel Next-Gen Wireless-N, - это расширение для повышения пропускной способности Intel® Throughput Enhancement. Эта функция поддерживает пакетно-монопольный режим, который можно включать в целях улучшения скорости загрузки. Управление в пакетно-монопольном режиме означает переключение на WMM-соединение всякий раз, когда такое соединение возможно. В других ситуациях при необходимости передачи из сети больших объемов данных пропускная способность увеличивается при помощи режимов коммутации[10].

Быстрее, ровнее, сильнее: технология Draft-N – это новый уровень ожиданий относительно WLAN, новые пользовательские впечатления и увеличенная производительность. Связывание каналов и архитектура MIMO расширяют прежние границы скорости и диапазона для беспроводных соединений. А гарантированное качество обслуживания обеспечивает приоретизацию трафика данных. Intel Next-Gen Wireless-N – одно из первых устройств, использующих проектные протоколы 802.11n как часть своей четырехрежимной схемы. Процессоры Intel Centrino Duo и Intel Centrino Pro дополняют платформу следующего поколения на пути к беспроводным приложениям.

Джуди М. Хартли (Judy M. Hartley) - разработчик программных приложений, работающая в группе программного обеспечения и решений корпорации Intel в Хилсборо, штат Орегон, США. Перед тем как перейти в SSG в ноябре 2005 года, она в течение 5 лет она работала в Чендлере, Аризона, в качестве инженера-разработчика продуктов.

Чтобы больше узнать о 802.11 и всех версиях этого протокола, вы, возможно, захотите воспользоваться самими этими стандартами. Их можно загрузить по адресу http://standards.ieee.org/getieee802/802.11.html.

Что касается специфики 802.11n, то ниже приведены несколько ссылок. Попробуйте также зайти на этот новостной веб-сайт, специально предназначенный для обновления информации о 802.11n и MIMO: http://80211n.wifinetnews.com/.

Другая очень полезная ссылка – словарь по беспроводным технологиям: http://www.devx.com/wireless/Door/11409

http://www.intel.ru также является богатым источником информации по всем возможностям и протоколам, упомянутым в этой статье.

[1] поиск Intel.ru, Wi-Fi продукты (WiFi Products)

[2] Intel и 802.11, Обзор технологий для стандарта 802.11 (The Technology Vision for the 802.11 Standard)

[3] поиск Intel.ru, Wi-Fi продукты (WiFi Products)

[4] поиск Intel.ru, Wi-Fi продукты (WiFi Products)

[5] Качество обслуживания (Quality of service, Wikipedia entry)

[6] Омри Баркай (Barkay, Omri) и Омер Бен-Шалом (Ben-Shalom, Omer); Внедрение стандарта качества обслуживания передачи голоса в беспроводных сетях LAN, август 2006 (Implementing Quality of Service for Voice over Wireless LANs, August 2006)

[7] VoWLAN – передача голоса в беспроводных сетях LAN (VoWLAN – Voice over Wireless LAN), Intelpedia

[8] Давид Хаскин (Haskin, David), Часто задаваемые вопросы: 802.11n в беспроводных сетях (FAQ: 802.11n wireless networking, Computerworld,) 16 мая, 2007.

[9] Информационный бюллетень, Процессорные технологии Intel® Centrino® Duo и Intel® Centrino® Pro Intel® Centrino® Duo Processor Technoloy and Intel® Centrino® Pro Processor Technology, Конни Браун (Brown, Connie), connie.m.brown@intel.com,

[10] Расширение для повышения пропускной способности Intel® (Intel® Throughput Enhancement)