СЕТИ

Дмитрий Чеканов,  14 сентября 2009 Страница:   1 2 3 4 5 6 7

Введение

Каково было моё первое впечатление от тестов технологии формирования луча (beamforming)? Просто потрясающее! Моя домашняя сеть просто преобразилась: я получил скорость, достаточную для передачи видео высокого разрешения, причём точка доступа располагалась на другом этаже, и до неё было три или четыре стены! До сих пор я слышал упоминание о технологии формирования луча (beamforming) только в долгосрочных планах развития WiMAX. Но был просто потрясён, когда я получил и протестировал точку доступа 802.11n от компании, название которой я никогда раньше не встречал.

Заинтересовались? Тогда приглашаем ознакомиться с новинкой поближе.

Основы Beamforming

Передатчики радиоволн можно представить как небольшие надувные мячи в бассейне. Мяч колеблется, что приводит к появлению волн на поверхности воды. Если мяча два, то волны будут накладываться друг на друга, создавая картину интерференции. Изменение характеристик мяча приведёт к изменению его амплитуды или фазы, а также создаст совершенно другую картину интерференции с волнами от других мячей.

Если мы получим достаточный контроль над ситуацией, то на краю бассейна можно поместить сенсор, который будет ждать нужной волновой картины, и мы можем продолжать менять характеристики мяча, пока не получим в данной дочке нужную картину. По всему остальному бассейну картина может различаться, и это совершенно нормально. Нам нужна правильная картина только в одном месте. Всё остальное нас не интересует.

Если не вдаваться в подробности, то такова природа технологии формирования луча. Вы управляете характеристиками каждого передатчика внутри массивов передатчика, пока общий сигнал не будет оптимизирован для достижения нужного приёмника в заданном направлении. Массив, где каждая антенна передаёт с чуть различающимися характеристиками, называется фазовым массивом (phased array). Как мы увидим, существует две основные формы фазовых массивов, используемых в точках доступа: "на чипе" и "на антенне", представленные Cisco и Ruckus Wireless, соответственно.

Фазовый массив "на чипе"

Позвольте немного углубиться в детали. Вы можете быть знакомы с технологией MIMO (multiple-input, multiple-output - многократный вход, многократный выход), которая впервые была реализована в некоторых продуктах 802.11g и теперь содержится в спецификациях 802.11n. Вернёмся к нашему примеру с бассейном. Когда вы размещаете мяч на левом краю бассейна, а приёмник находится на правом краю, то некоторые волны будут распространяться в прямом направлении слева направо - по самому короткому маршруту. Некоторые волны отразятся от верхней стенки и поступят на приёмник чуть позже. Другие отразятся от нижней стенки. Все эти волны появились от одного колебания мяча - своего рода вспышки радиоизлучения. Для простого приёмника такая картина кажется весьма запутанной, с несколькими перекрывающими друг друга эхо. И подобный эффект нескольких путей традиционно считается проблемой качества радиосвязи.

Но что если мы будем использовать несколько антенн на каждой стороне бассейна, применяя достаточно интеллектуальный анализ, чтобы все пути распространения сигнала смогли бы передавать разные потоки данных? Имея несколько антенн на каждой стороне процесса (приёмнике и передатчике) можно отсылать разные потоки данных от разных антенн и принимать их на другом конце точно так же.

Для понимания давайте проведём следующую аналогию: представьте себе шоссе. Если у шоссе только одна полоса, то по ней можно пустить один большой грузовик к получателю. Но если разделить эту широкую полосу на три или четыре узкие полосы, то можно одновременно послать три или четыре компактные машины в том же направлении и с той же скоростью. Они будут двигаться по немного различающимся путям. Если вы возьмёте старую добрую связь 802.11g на 54 Мбит/с с каналами 20 МГц, разделите её на множество подканалов и увеличите число антенн, то и получите 802.11g MIMO.

Если быть более конкретным, то 802.11n обычно передаёт данные по трём каналам, а принимает по двум - это схему называют массивом антенн 3x2. Есть некоторые схемы работы 3x3, подобно WiFi на 450 Мбит/с, которая была объявлена Intel с выходом Centrino 2, но пока на рынке не появилось точек доступа, поддерживающих этот режим. Подобно 802.11g раньше, 802.11n может использовать "связывание" каналов, превращая два потока 20 МГц в поток на 40 МГц. Если быть совсем уж точным, то массивы должны иметь три характеристики: число передающих антенн, число принимающих антенн и число потоков данных по нашей аналогии разделения полос. Так, массив 3x3:2 (также записываемый как 3x3x2) должен содержать три передающих антенны, три принимающих антенны и два потока данных.

Ранее мы упомянули, что технология формирования луча "на чипе" является одним из двух методов, доступных в WiFi. Она работает не только путём увеличения общей мощности, что достигается использованием нескольких антенн, но и изменением характеристик сигналов антенн, чтобы в направлении приёмника был послан более мощный "луч", а в других направлениях расходовалось бы меньше энергии. С двумя передающими антеннами можно потратить меньше энергии, и в то же время учетверить мощность передающегося сигнала в направлении луча. Передатчику/точке доступа требуется принять единственный пакет от клиента, чтобы настроиться на путь передачи сигнала. Анализ множества пакетов в любой момент может показать, насколько оптимально настроены параметры формирования луча.

Что самое замечательное - технология формирования луча "на чипе", подобно MIMO, совместима со стандартами 802.11a/b/g многие годы. Фактически, эта технология является опциональной частью стандарта 802.11n. Впрочем, несмотря на все преимущества, Cisco первой представила формирование луча "на чипе" на рынок. Точка доступа AIR-LAP1142N корпоративного класса от Cisco является первым и пока единственным продуктом с технологией beamforming, которая названа ClientLink. Точка доступа вышла на рынок в первом квартале 2009, но прошивка, которая позволяет активировать формирование луча, не появилась до июля. Мы протестировали точку доступа с этой прошивкой буквально в первые дни после её появления.

Возможные клиенты

Ещё с того момента, когда стандарты 802.11a/g "доросли" до второй антенны, мы получили разнесение приёмника/передатчика, когда одинаковый поток данных отсылается по нескольким антеннам, а точка доступа может выбирать, какая из антенн получает лучший сигнал. Если перейти на 802.11n, то разнесение передачи на несколько антенн позволяет увеличить радиус действия и лучше справляться со сложными местоположениями клиентов. По этой причине 11n лучше справляется с устранением "мёртвых зон", чем 11a/g.

Впрочем, оборудование 802.11n получило ещё один шаг в сторону интеллектуальности с добавлением поддержки MRC (maximal ratio combining, суммирование дифференциально взвешенных сигналов каждого канала). Данная технология использует сигналы с нескольких антенн так, чтобы усилить сильные сигналы и затушить слабые сигналы. Нужные нам сигналы усиливаются, а не нужные - ослабляются. Технология MRC встроена во все чипы 802.11n.

Как можно предположить, приёмник может сыграть важную роль в оптимизации формирования луча "на чипе". Точки доступа 802.11a/g могут прослушивать клиента и использовать примитивный анализ MRC для усиления мощности по наиболее подходящему лучу, что даёт усиление от 1 до 2 dB. Суть здесь в том, что всю работу выполняет точка доступа. Никакого активного обмена информации с клиентами 802.11a/g не идёт.

В технологии “implicit beamforming/скрытое формирование луча”, когда точка доступа 802.11n может связываться с клиентами 802.11n, есть некоторая ответная информация. Вместо ситуации, когда весь анализ сигналов выполняет точка доступа, можно опросить клиента и узнать, согласен ли он с тем, что данная ориентация луча оптимальная. Такое ограниченное двухстороннее взаимодействие позволяет увеличить мощность вплоть до 3 dB, но плохо здесь то, что сегодня на рынке нет продуктов, поддерживающих "implicit beamforming".

В технологии “explicit beamforming/явное формирование луча” общение между точкой доступа и клиентом происходит намного более часто. В данном случае если клиент перемещается, или антенны изменяют свое положение, или происходят какие-то события, динамически влияющие на мощность сигналов, система адаптируется практически мгновенно и обеспечивает новую оптимизированную конфигурацию. Опять же, когда клиент будет тесно вовлечён таким образом в общение с точкой доступа, то это может дать увеличение мощности до 3 dB для двух приёмников/передатчиков, но на рынке нет продуктов, которые бы поддерживали эту технологию. Будем надеяться, что ситуация изменится.

Проблемы реализации "на чипе"

Теперь, когда мы разобрали основу технологии формирования луча, вы наверняка недоумеваете, почему она так и не вышла на массовый рынок. В конце концов, крутить антенны типичной точки доступа 802.11n для усиления сигнала в сравнении кажется просто смешным. Да и то, если вы потратите время и получите комбинацию расположения антенн, которая, как вам кажется, даёт наилучшую пропускную способность в данном месте, что произойдёт, если вы передвинете точку доступа или клиента? Что если вы добавите второго или третьего клиента? Или помехи изменяться? Мы получим хаос. В данном отношении оптимизация сигнала с продуктами текущего поколения кажется бесполезной.

Почему же технология интеллектуального формирования луча, когда есть возможность найти оптимальные параметры антенн и ориентировать лучи для нескольких клиентов, так и не вышла широко на рынок? Остаётся загадкой. Говорили о технологии много, но сделано было очень мало.

Скептики наверняка скажут, что формирование луча "на чипе" не было массового реализовано, поскольку технология на бумаге звучит лучше, чем в реальности. Мы знаем, что в теории формирование луча должно экономить энергию. Нам требуется усиливать сигнал только в нужном направлении, а также снижать мощность всех сигналов, которые не помогают этому лучу. Проблема же здесь заключается в том, что мы работаем со всенаправленными антеннами, поэтому контроль над лучами не такой явный.

Чтобы лучше визуально это представить, обратитесь к Falstad’s Antenna Applet и выберите Broadside Array в ниспадающем меню. Можно увеличивать число антенн, играть с расстоянием между ними и менять силу сигнала. Как вы увидите, две всенаправленные антенны не позволяют отойти от вещания большого числа лучей, поэтому и энергия тратится в ненужных направлениях (эти ненужные лучи часто называют "задними лепестками/backlobe"). Конечно, если лучи распространяются и в "паразитных" направлениях, то они могут привести к внутриканальным помехам и ухудшить нужный нам сигнал.

Скорее всего, продукты 802.11n нового поколения когда-нибудь обзаведутся технологиями скрытого/явного формирования луча, поскольку технические или ценовые барьеры мизерны. Но какой подход интегрируют производители? И мы даже не затронули более глубокие детали. Например, у явного формирования луча есть три подтипа. Так что если уж искать причину в отсутствии должной поддержки формирования луча у современных продуктов, то она может быть связана с опасениями насчёт совместной работы. Если же вам не нужна 100% совместимость с другими продуктами, а требуется просто хорошая домашняя сеть, то мы рекомендуем продолжать знакомиться с нашей статьёй.

Страница:   1 2 3 4 5 6 7

СОДЕРЖАНИЕ |Одной страницей|Версия для печати

Введение Основы Beamforming Фазовый массив "на чипе" Возможные клиенты Проблемы реализации "на чипе" Ruckus и фазовый массив антенн Тестируемая точка доступа Ruckus 7962 Cisco Aironet 1142 и Aruba AP125 Тестовое окружение Методика тестирования Zap на 2,4 ГГц, средний результат Zap на 5 ГГц, средний результат Zap на 2,4 и 5 ГГц, минимальный результат Chariot на 2,4 ГГц Chariot на 5 ГГц Заключение Технология формирования луча в домашних условиях Blu-ray и беспроводная сеть  Отзывы о Ruckus ZoneFlex 7962 в Клубе экспертов THG [ 1 отзывов]