108 Мбит/с по воздуху

Георгий Башилов, 

Обзор нового беспроводного стандарта передачи данных — 802.11a.

Наблюдать со стороны за тем как развиваются события — занятие не всегда полезное, но неизменно увлекательное. В зависимости от предполагаемой значимости действа, меняется и число участников, и, тем более, болельщиков и просто зевак, а уж когда дело доходит до евангелистов и проповедников, становится ясно, что происходит нечто незаурядное.

Появление первых продуктов нового беспроводного стандарта передачи данных, 802.11a, стало, пожалуй, одним из наиболее заметных (и незаурядных) событий прошлого года.

Впрочем, «новый» — понятие относительное, и, слово это, если быть точным, относится здесь скорее не к стандарту, а к продуктам, его реализующим. Ведь спецификация .11a была принята в далеком уже 1999 году, и принятие ее прошло — тогда — практически незамеченным. Она хоть и обещала, в сравнении с 802.11b (далее будем употреблять более благозвучный термин Wi-Fi, обозначающий устройства стандарта 802.11b, сертифицированные консорциумом WECA), впятеро большую скорость данных — до 54 мегабит/с (против максимальных для .11b 11 мегабит/с), но — ценой несопоставимых вычислительных затрат и использования нового, пятигигагерцового частотного диапазона.

В силу перечисленных факторов, 802.11a (по аналогии с Wi-Fi, устройства этого стандарта, сертифицированные WECA, получили обозначение Wi-Fi5) засиделся на старте: основные силы были брошены на освоение и продвижение более привычного 802.11b, который стремительно, в сравнении с HomeRF и Bluetooth’ом, набирал очки весь прошлый год.

HomeRF, скорее всего, через некоторое время просто сойдет со сцены — в силу отказа Intel от поддержки этого стандарта и его несовместимости с Wi-Fi (HomeRF и Bluetooth используют модуляцию со скачками по частоте [FHSS], а .Wi-Fi — с размазыванием по спектру умножением на кодовую последовательность [DSSS]). А вот после принятия рабочей группой 802.15 по персональным сетям (Personal Area Network, PAN) комитета IEEE спецификации, оговаривающей порядок совместной работы в эфире технологий Bluetooth и Wi-Fi (и освобождение перекрывающихся диапазонов частот), можно было бы предположить, что оба этих стандарта будут сосуществовать долго и счастливо. Добавим сюда еще и общее падение цен, которое делает затраты на инсталляцию Wi-Fi-сетей сопоставимыми с расходами на СКС...

В общем, дела для Wi-Fi складывались бы как нельзя хорошо, если бы не появление еще более высокоскоростного беспроводного стандарта.

Пятикратное превышение в скорости передачи данных при цене, сопоставимой с оборудованием предыдущего стандарта — факты сами по себе уже достаточно примечательные, чтобы привлечь внимание к новой технологии.

Но ее проповедники на этом не останавливаются и пускают в ход заведомо ложные, или, выражаясь несколько мягче, не совсем честные аргументы.

image001a.gif

Перекрывающиеся диапазоны
частот стандарта Wi-Fi.

Например, сравнивая с Wi-Fi, утверждают, что последняя допускает использование лишь трех неперекрывающихся частотных диапазонов — в отличие от Wi-Fi5, у которой таких диапазонов 12, и тут же делают выводы, что у Wi-Fi могут возникнуть трудности с частотным планированием, тогда как у Wi-Fi5 наоборот, все просто замечательно (признаться, я и сам поддался на эту провокацию в одной из своих предыдущих статей, и, если бы не замечание Юрия Писарева из Diamond Communications, до сих пор пребывал бы в этом опасном заблуждении).

Так вот, неперекрывающихся диапазонов у Wi-Fi действительно всего лишь три, зато перекрывающихся — целых тринадцать (см. рис. и таблицу). Перекрытие рабочих диапазонов становится возможным вследствие широкополосных принципов передачи данных в 802.11 и корреляционных методов приема.

В зависимости от национальных особенностей регулирования частотного спектра число диапазонов, правда, меняется: так, например, в США их 11, а в России — столько, сколько сочтет нужным выделить местный Госсвязьнадзор.

Частотный план стандарта 802.11b – до тринадцати перекрывающихся по частоте каналов

№ канала

Частота (МГц)

Разрешенные (X) частоты, по зонам регулирования

FCC(США)

IC(Канада)

ETSI(Европа)

Испания

Франция

 МКК (Япония)

1

2412

X

X

X

2

2417

X

X

X

3

2422

X

X

X

4

2427

X

X

X

5

2432

X

X

X

6

2437

X

X

X

7

2442

X

X

X

8

2447

X

X

X

9

2452

X

X

X

10

2457

X

X

X

X

X

11

2462

X

X

X

X

X

12

2467

X

X

13

2472

X

X

14

2484

X

А у Wi-Fi5, наоборот, три поддиапазона, с максимальными мощностями излучения 10, 50 и 200 мВт (см. табл.) и четырьмя рабочими частотами в каждом из них (итого, действительно, двенадцать).

Частотные диапазоны и мощности сигнала Wi-Fi5

Диапазон частот, ГГц

Макс. вых.
мощность, мВт*

5,15 — 5,25

10

5,25 — 5,35

50

5,725 — 5,825

200

*) допускается использования антенны
 с усилением до 6 дБ. 

В зависимости от мощности передатчика, очевидно, будет меняться и радиус соты, соответственно, частотное планирование может превратиться в запутанную и неочевидную задачу, при решении которой не обойтись без специализированного ПО. А может быть, и наоборот, позволит размещать соты с большей мощностью в местах с наименьшей плотностью абонентов. Оставив, при том, при регулярном покрытии, лишь четыре доступных частотных диапазона.

Далее: признавая меньшую дальность нового стандарта, его апологеты (люди, заметим, не с улицы, напротив, из компании Envara, производителя гибридных чипсетов стандартов Wi-Fi — Wi-Fi5), тут же пускаются во все тяжкие: да, на открытом пространстве дальность передачи будет меньше, почти в два раза, но зато в реальных условиях, в помещениях, по расчетам наших теоретиков, разницы не будет — ну или почти не будет.

Меньшая дальность стандарта, к слову, обусловлена тем, что используемый метод модуляции, OFDM, делит рабочую полосу частот (20 МГц) на 52 канала передачи данных и, в свою очередь, использует в каждом из них модуляцию QAM, как известно, далеко не самую эффективную по соотношению сигнал/шум, и, вдобавок, проигрывает в мощности излучения. Дополнительную лепту вносят особенности распространения радиоволн 5-ГГц диапазона. К слову, в отличие от DMT, очень похожего метода модуляции нашедшего применение в стандарте ADSL и некоторых других, и использующего в каждом из частотных канальцев оптимальный для фактического соотношения сигнал/шум метод модуляции и, таким образом, обеспечивающего максимально достижимую скорость передачи данных в заданной полосе частот, OFDM мажет всех под одну гребенку: метод модуляции один на все каналы, и, при наличии узкополосных помех, приходится либо жертвовать отдельными каналами, либо — во всех, разом, менять метод модуляции и, соответственно, уменьшать общую скорость передачи данных (так что упомянутые теоретики, скорее всего, полагались на большую устойчивость этого стандарта к переотражениям).

Как бы то ни было, стандарт 802.11a очень благожелательно встречен рынком, о производстве чипсетов или по крайней мере, о планах по их производству, заявили уже сейчас по крайней мере восемь компаний (в то время как чипсеты для Wi-Fi производят лишь три компании — Intersil, Agere и Texas Instruments — хотя, не исключено, список уже не полон), а первые карточки этого стандарта, Harmony 802.11a компании Proxim, были даже отмечены титулом «best of show» в номинации беспроводного оборудования на недавнем Comdex’e.

Уже в декабре «гармонии» добрались и до Москвы — пара таких карточек, вместе образующих набор FastWireless Networking Kit, была предоставлена для ознакомления компанией Digital Nature, а для того, чтобы было с чем сравнивать, к карточкам был дан беспроводной Wi-Fi-шлюз компании Agere (Lucent/Avaya) — Orinoco RG 1100, впору пришлась и Wi-Fi PC-карточка Orinoco PC Card, взятая до этого в Diamond Communications для других экспериментов (о которых надеюсь еще рассказать).

Тестовая конфигурация состояла из двух компьютеров: десктопа под управлением Windows 2000 Server (Celeron 600/CUSL-2/128 MB, для сопряжения с PCI-шиной использовался PCMCIA2PCI-адаптер) и ноутбука Toshiba Portege 7140, любезно предоставленного компанией George. На ноутбуке использовались две операционные системы, Windows 98 SE и Windows XP.

Несколько слов о карточках. «Гармонии» основаны на чипсете AR5000 компании Atheros Communications и в турборежиме могут использовать сразу два частотных диапазона, обеспечивая двухкратную, в сравнении со стандартом, скорость передачи данных — то есть, в пределе, до 108 Мбит/с (см. рис). Карточки, входящие в комплект, позволяют строить только одноранговые, ad-hoc сети.

image004a.gif

На спидометре — 108 Мбит/с.
И тишина...

Прилагаемый в комплекте с карточками софт содержал драйверы для любых операционных систем, за исключением Windows XP. Попытка установить ПО через программу инсталляции (setup.exe) закончилась под Windows XP неудачей, но, тем не менее, драйверы были успешно «скушаны» этой операционной системой через процедуру установки нового оборудования, правда, с некоторыми странностями: так, я некоторое время с удовольствием наблюдал забавную картину — по неработающему беспроводному интерфейсу (Wireless connection unavailable) со скоростью 1,9 Мбайт/с бегали данные. Причем, эта скорость обеспечивалась даже несмотря на высокие потери в канале (доходящие до 10-25 %) и работу «планировщика качества обслуживания» (QoS Sheduler). И еще одна загадка — после отключения планировщика потерь пакетов стало значительно меньше.

В дальнейшем, во избежание таких-вот непонятностей, эксперименты на ноутбуке проводились под Windows 98, для определения скорости передачи данных использовался протокол FTP и установленный на десктопе FTP-сервер.

Максимальная достигнутая скорость — 2,3 мегабайта в секунду — на расстояниях до шести метров (или почти 20 Мбит/с — вчетверо больше, чем у Wi-Fi). В режиме Turbo скорость увеличилась, правда, к сожалению, не в два раза — вплоть до 3,3 Мегабайт/с, или 26,4 Мбит/с! Правда, увеличение скорости передачи данных загадочным образом оказалось связано с потерей чуствительности. Либо не справляется математика и переходит на более простые алгоритмы модуляции, либо одно из двух...

А теперь о странностях, позволяющих предположить некоторую «сырость» ПО, входящего в комплект поставки — скорость передачи данных, отображаемая на встроенном индикаторе, менялась в очень широких пределах — до 50 процентов от среднего значения, причем — от отсчета к отсчету, перманентно. Складывалось ощущение, что драйвер никак не может определиться с выбором оптимальной скорости, при том что видимых источников излучения этого диапазона в пределах квартиры обнаружено не было, да и не могло быть. Разве, шальной радар с расположенного неподалеку Внукова или СС-300...

Еще один минус — после потери связи, вызванной разнесением адаптеров на относительно большое расстояние, скорость передачи данных уже не вернулась к прежним значениям, а встроенный индикатор застыл на отметке 24/12 Мбит/с. Вывести карточки из клинча не удалось даже совмещением антенн обоих адаптеров!

И, наконец, капитальная стена толщиной около 40 см. (по опыту, весьма и весьма твердая) оказалась для 802.11a и вовсе непреодолимым препятствием...

Вывод —в пределах максимум десяти-пятнадцати метров, при этом, существуют зоны, где связь отсутствует вовсе.

Впрочем, сложившаяся ситуация могла объясняться и сыростью драйверов, и неудачным расположением одной из карточек — десктоп по квартире особенно не подвигаешь, с точкой доступа свободы было бы значительно больше.

А вот оборудование стандарта Wi-Fi, выпестованное Agere, на удивление, показывало чудеса стабильности – при фиксированном положении приемника и передатчика скорость передачи данных менялась лишь в третьем знаке, в пределах нескольких процентов. Максимальная дальность передачи, в отсутствие прямой видимости и капитальных стен, достигала 30 метров. А капитальная стена, ставшая для «гармоний» непреодолимым препятствием, осталась почти незамеченной — скорость передачи данных по FTP упала с максимальных для комплекта 595 Кбайт/с до 590 Кбайт/с! Видимо, радиоволны нашли более короткую дорогу.

image012.jpg

Внутреннее устройство шлюза RG-1100.

Гораздо нагляднее и интерфейс прикладных программ, предосталяющий информацию и о соотношении сигнал/шум на обоих концах линии, и запасе по мощности, и — о скорости передачи данных (см. рис.).

image007a.gif

Интерфейс PC-карточки Orinoco.

Впрочем, по рассказам профессионалов беспроводной связи, детство 802.11b тоже было далеко не безоблачным. Заметная часть описанных мной проблем может быть вызвана недоработками, скрытыми в ПО или даже в аппаратной части.

К слову, на сайте Proxim доступна для скачивания новая версия ПО для «Гармоний», содержащая — на этот раз — и драйверы для Windows XP. Не исключено, что с ней работа карточек будет гораздо стабильнее.

Ждем-с...


Автор
Георгий Башилов

Комментарии