26 de enero de 2009

La tasa de transferencia de 802.11n

Cuando se trata de equipamiento wireless, al abordar los access point para redes IEEE 802.11n, nos encontramos en casi todos los casos con un dato curioso: la tasa de transferencia proporcionada por esos equipos es casi un misterio.
Basta con revisar los data sheet de muchos equipos. Se mencionan frecuencias, temperaturas de operación, tamaño y peso de los equipos... pero al momento de informar sobre tasas de transferencia encontramos en la mayoría de los casos un discurso de marketing, no técnico. "Obtenga una tasa de transferencia de hasta 6 veces la de los equipos actuales". Correcto, pero en Mbps, ¿de cuanto?
Es que en sí mismo no es simple definir la tasa de transferencia que se obtiene en redes 802.11n.
¿De qué depende la tasa de transferencia en IEEE 802.11n?
Este es el primer punto a clarificar. La tasa de transferencia ofrecida por el nuevo estándar depende de múltiples factores:
  • Cantidad de cadenas de bits que se transmiten simultáneamente entre AP y cliente.
    El estándar prevé que los dispositivos 802.11n que implementan tecnología MIMO, pueden multiplexar espacialmente (SDM - Spatial Division Multiplexing) entre 1 y 4 cadenas de bits.
  • Forma de modulación que se aplica.
    El estándar prevé codificación BPSK, QPSK y QAM.
  • Ancho de banda asignado al canal de transmisión.
    802.11n puede operar con canales de 20 MHz de ancho de banda (como sus predecesores) o de 40 MHz (asociando 2 canales contiguos).
  • Posibilidad de implementación de SGI (Short Guard Interval), que implica la reducción del gap de tiempo que hay entre símbolo y símbolo.
Esta combinación de factores da lugar a un total de 128 posibles tasas de transferencia diferentes, muy lejos de las 8 diferentes tasas de transferencia que ofrece 802.11a.
De esta forma, si consideramos solamente las tasas de transferencia máximas y mínimas posibles (varían de acuerdo a la codificación y modulación empleadas) para implementaciones que utilizan SGI (Short Guard Interval), en soluciones de 1 y hasta 4 cadenas de bits simultáneas, podemos obtener una tabla simplificada como la siguiente:



Para ilustrar un poco más esta variedad de prestaciones, tenga en cuenta que la tasa de transferencia más alta prevista en el estándar es de 600 Mbps. Para alcanzar estos valores se requiere: multiplexar espacialmente utilizando 4 cadenas de bits simultáneas, con modulación 64-QAM 5/6, implementando canales de 40 MHz con SGI. El sólo hecho de utilizar el espacio entre símbolos convencional en lugar de SGI, hace que la tasa de transferencia se reduzca a 540 Mbps. No hay en este momento en el mercado ningún dispositivo que pueda alcanzar estos valores.
¿Qué pasa con los productos comerciales?
Hay 128 tasas de transferencia diferentes, pero el estándar establece sólo un subset de ellas como obligatorias para los productos comerciales.
  • Todo cliente 802.11n debe, como mínimo, multiplexar utilizando OFDM en una única cadena de bits, utilizando canales de 20 MHz sin SGI.
    Esto da como resultado que las tasas de transferencia obligatorias para clientes 802.11n son: 6.5, 13 , 19.50, 26, 39, 52, 58.5 y 65 Mbps.
  • Todo AP 802.11n debe, como mínimo multiplexar utilizando una o dos cadenas de bits, con canales de 20 MHz sin SGI.
    Como consecuencia, el AP como mínimo debe ofrecer, además de las tasas de transferencia que enuncié para los clientes: 13, 26, 39, 52, 78, 104, 117 y 130 Mbps.
La cantidad de cadenas de bits que se multiplexan simultáneamente depende inicialmente del número mínimo de antenas en uso en ambos extremos del enlace. Esto se expresa en la fórmula A x B:C (antenas transmisoras x antenas receptoras : máximo de cadenas de bits).
Las configuraciones habituales en los productos comerciales actualmente disponibles son 2 x 2:2; 2 x 3:2 y 3 x 3:2. Esto indica que no hay actualmente en el mercado dispositivos que brinden soporte para alcanzar las tasas de 540 o 600 Mbps. La tasa máxima provista por los productos actualmente en el mercado es de 300 Mbps.
Pero no olvide. Esto es tasa de transferencia de bists por segundo. No es throughput real de la conexión. Los test publicados hasta el momento indican un throughput máximo del orden de los 100 Mbps para conexiones IEEE 802.11n.
Conclusiones
Al momento de definir equipamiento para implementación de 802.11n debemos ser cuidadosos al revisar la información técnica del fabricante, ya que eso determinará claramente (siempre es así, pero en este caso es más evidente) las posibilidades de operación.
¿Cuántas antenas y cuántas cadenas de bits multilexa?, ¿Cuál de los elementos de la red tiene menor capacidad de multiplexación SDM? ¿En qué ancho de banda (MHz) puede operar? ¿Permite implementar SGI?
Y no olvidemos que si bien el estándar prevé el establecimiento de enlaces de hasta 600 Mbps, los productos actualmente disponibles no nos permiten más de 300 Mbps.
Tenés alguna consideración o comentario para aportar en este tema....?
Perfecto!!!! agregá un comentario con el detalle.
Muchas gracias.
Oscar Gerometta

5 comentarios:

  1. Saludos Oscar, yo soy Leonardo, quien compro los libros acá en Costa Rica, gracias por la facilidad,

    Respecto a este artículo, me queda una duda... usted habla de tres tipos de modulación, y que la transferencia de la transmisión es afectada por el tipo escogido, entonces los adaptadores de red deberian estar capacitados para utilizar cualquier tipo de modulación de estos tres mencionados?

    Además, he encontrado en otras fuentes que el estandar n usa OFDM como tipo de modulación, sin embargo aca me encuentro con estos tres, a que se debe la discrepancia y de cierto tiene lo de OFDM?

    Gracias

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    1. Respecto de los tipos de modulación soportados, según lo establecido por el estándar así es. Todo cliente 802.11n debe soportar BPSK, QPSK y QAM. Sólo que el requerimiento de mínima es que utilice una única cadena espacial, mientras que en los APs el requisito de mínima es que soporte al menos 2 cadenas espaciales (MIMO).
      Respecto de la modulación.
      Es un error frecuente (creo que fruto de la confusión que provocan las traducciones) que consideremos OFDM como una forma de modulación. No lo es. OFDM es una forma de tratar el canal de radiofrecuencia asignado, dividiéndolo en múltiples subcanales que se trabajan individualmente lo que da mayor estabilidad en la transmisión frente a DSSS que utiliza todo el ancho de banda como un único canal.
      802.11n utiliza OFDM para el tratamiento de capa física, dividiendo el canal en 64 subcanales. Y esto lo hace sobre cada una de las cadenas de datos que genera que multiplexación espacial (MIMO).
      Las técnicas de modulación son propiamente BPSK, QPSK, 16-QAM y 64-QAM

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  2. Este comentario ha sido eliminado por el autor.

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  3. Hola Oscar, me gustaría que porfavor me expliques el siguiente parrafo no logro comprenderlo muy bien:
    "Pero no olvide. Esto es tasa de transferencia de bists por segundo. No es throughput real de la conexión. Los test publicados hasta el momento indican un throughput máximo del orden de los 100 Mbps para conexiones IEEE 802.11n."

    Soy Augusto Peña y estoy investigando sobre la tecnología IEEE 802.11n para mi tesis, estudio Ing. de Telecomunicaciones.
    Además agradecería mucho si me pudieses compartir mas información sobre esta tecnología, muchas gracias.
    Saludos desde Perú.

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    1. Augusto.
      En ese párrafo quiero distinguir entre tasa de transferencia (data rate) y tasa de transferencia efectiva (throughput).
      La tasa de transferencia es la capacidad teórica de transmisión de un enlace. Pero sobre el enlace no se transmite el 100% del tiempo (hay tiempos de espera) y se envía también tráfico de management y control, con lo que la capacidad efectiva de transmisión de datos (throughput) siempre es menor.
      Podríamos decir que el throughput es el resultado de descontar al data rate la capacidad utilizada para control y management y la inutilizada por los tiempos de espera.
      Al momento de escribir este post no había muchas pruebas de campo. Hoy puedo decirte que sobre un enlace negociado a 300 Mbps se puede lograr un througuput de entre 200 y 230 Mbps.
      Respecto de información adicional, en el blog vas a encontrar varios posts sobre el tema, el que desarrollo más en el Manual de Introducción a las Redes Wireless LAN v2.0 que publicaré en los próximos días. Obviamente, en Internet encontrarás información más que abundante, incluyendo el texto del estándar.

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