23 de junio de 2013

Algo más sobre IEEE 802.11ac

Ya me he ocupado varias veces antes del último estándar (pre-estándar aún, en realidad) para redes WLAN IEEE 802.11 ac, pero dado su impacto en los conceptos y arquitecturas emergentes (BYOD, IoE, colaboración con movilidad, etc.) me pareció importante seguir avanzando un poco más en el tema.
802.11ac es un salto significativo en lo que se refiere a tecnologías de acceso inalámbrico. Si lo comparamos con 802.11n (el que se encuentra comercialmente disponible en la mayoría de nuestros hogares), habría que destacar los siguientes rasgos:
  • Opera solamente en la banda de 5 GHz.
    802.11n opera tanto en 2,4 como en 5 GHz.
  • Utiliza canales mucho más anchos: 20, 40, 80 o 160 MHz.
    802.11n no soporta canales mayores de 40 MHz.
  • Implementa MIMO con hasta 8 cadenas espaciales, y hasta 4 cadenas por cada cliente (MU-MIMO).
    802.11n sólo puede utilizar hasta 4 cadenas espaciales, y de hecho los dispositivos actualmente disponibles en el mercado de mayor capacidad implementan 3.
  • La introducción de MU-MIMO es un salvo evolutivo muy importante.
  • Cada una de las cadenas espaciales, es capaz de transportar hasta 450 Mbps.
    En 802.11n cada cadena espacial tiene una capacidad de hasta 150 Mpbs.
Las mejoras que más impacto provocan
Como se puede ver, 802.11ac introduce cambios significativos en la operación de las actuales redes de acceso inalámbricas o Wi-Fi. En su momento, 802.11n introdujo cambios que tienen un impacto significativo en la performance de las redes inalámbricas, sin embargo 802.11ac ha traído nuevos cambios, de muy gran impacto.
  • Canales más anchos.
    Incrementar el ancho del canal que se utiliza impacta de modo directo en la velocidad con la que se los datos circulan en la red.
    Al llevar los canales hasta 160 MHz, es cuadruplicar la capacidad de las redes 802.11n.
    Si a esto le sumamos la implementación de codificación 256QAM 5/6 (802.11n utiliza hasta 64QAM 5/6), es fácil apreciar una de las bases de la capacidad de estas nuevas redes.
  • Mayor cantidad de cadenas espaciales.
    La multiplexación espacial de MIMO (Multiple Input Multiple Output) es el corazón de las nuevas redes inalámbrica (tanto 802.11n como ac) ya que permite transmitir simultáneamente múltiples señales sobre la misma frecuencia entre 2 dispositivos, multiplicando su capacidad de transporte. 802.11ac lleva MIMO hasta 8 cadenas espaciales simultáneas sobre la misma frecuencia.
    Pero además, 802.11ac implementa MU-MIMO (Multi-User MIMO), lo que permite que un access point 802.11ac trasmita simultáneamente hacia diferentes terminales.
    Es decir, se supera la limitación tradicional de las redes 802.11, de medio compartido, en el que el AP transmite alternativamente a los diferentes clientes conectados. Con 802.11ac es posible que el AP transmita simultáneamente a más de un cliente al mismo tiempo.
    Específicamente, el estándar prevé que los APs soporten hasta 8 cadenas espaciales simultáneas, hasta 4 cadenas espaciales por cliente.
  • Beamforming.
    Es un aspecto poco comentado de 802.11n, ya que era una implementación opcional poco explotada; ahora está incorporada en el estándar. Se trata de una tecnología que permite que las antenas y circuitos de control concentren el lóbulo de irradiación de radiofrecuencia del access point, de modo de concentrar la potencia en la dirección en la que se encuentra un  cliente, modificando de esta manera la forma de operación de las antenas omnidireccionales convencionales.
Hay quienes llaman a 802.11ac "802.11n mejorado". Es cierto que hay una evolución homogénea entre ambos protocolos, ¿acaso no es así la mayor parte de las veces? Pero si consideramos las novedades que se han introducido, creo que referirlo simplemente como una mejora de su predecesor es menospreciar el impacto de novedades como MU-MIMO.
Por otra parte, el nuevo estándar supone mejor software, mejores transmisores y mejores antenas. Todo para equiparar la capacidad del acceso inalámbrico con las redes GigabitEthernet actuales.

Más allá de las mejoras y posibilidades que ofrece 802.11ac, los especialistas todavía muestran algunas preocupaciones respecto de su implementación:
  • La primer preocupación mostrada es que al trabajar con canales de mayor ancho de banda, al mismo tiempo que se aumenta la capacidad de transmisión se introduce una mayor probabilidad de captar interferencias que afectarán sin dudas esa capacidad teórica.
  • Al operar en la frecuencia de 5 GHz. se tiene mayor capacidad de transporte, pero también es mayor la atenuación de la señal y esto impacta directamente en el alcance que tienen las conexiones, es decir, el área de cobertura es menor.
De cualquier modo, en conexiones domiciliarias (que es el primer sector del mercado al que han apuntado los fabricantes) nuestro cuello de botella por mucho tiempo será la velocidad de acceso a Internet.

Documentos de referencia:
Notas anteriores en el blog:

11 comentarios:

  1. excelente como siempre señor Oscar. gracias por esto. Entonces 802.11 ac aun no está preparada para salir como estándar al mercado ?

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    1. Los equipos actualmente disponibles están fabricados sobre la base del Draft 2 del protocolo, lo que asegura compatibilidad con el formato definitivo del estándar.
      Se espera que el estándar definitivo se apruebe antes del fin de este año.
      De cualquier modo, como ocurre con 802.11n, todavía estamos lejos de una oferta comercial que explote a fondo el estándar. Para eso habrá que esperar unos años.

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  2. Esos AP, requieren conectarse a la LAN a 10Gb?

    En caso de conectarse a 1Gb, dudo mucho que puedan dar el rendimiento que promete con mas de 3 o 4 usuarios al mismo tiempo.

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    1. Varios puntos a tener en cuenta.
      El primero, es que los equipos actualmente disponibles en el mercado son los llamados de primera ola, y por lo tanto tienen un data rate máximo de 1,3 Gbps, lo que significa un throughput de alrededor de 1 Gbps.
      Habrá que esperar los de segunda ola para velocidades superiores.
      El segundo, es que el throughput es el del AP. Es decir, el que puede sacar o recibir el AP de modo agregado.
      En general en redes WiFi (de cualquier estándar) hay que diferencias el data rate del througput, y considerar que independientemente del data rate al que se asocian los clientes, el límite es la capacidad del access point.

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  3. Gracias Oscar, genial como siempre. Un abrazo

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  4. Oscar, una consulta teorica, puede pasar que por un alto consumo de bw de una wireless los usuarios mas alejados vean afectado mucho mas el funcionamiento que los mas cercanos?? Si es asi, por que se produce esto?? El consumo de BW produce debilitamiento o degradacion de la señal irradiada por el AP??

    Gracias!

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    1. Javier.
      En primer lugar el criterio de ancho de banda como se utiliza regularmente en las redes cableadas, no es aplicable a las redes inalámbricas.
      En redes inalámbricas el data rate (capacidad de transmisión) de los clientes se degrada en función de la distancia respecto del AP. A medida que nos alejamos del transmisor la señal se atenúa y para compensar esto y mantener la conexión el sistema va modificando los mecanismos de modulación y codificación, lo que significa en la práctica una reducción del data rate.
      Por otra parte, las redes inalámbricas son redes de medio físico compartido. Esto significa que a igual data rate, en la medida en que hay más clientes conectados, el throughput de cada uno es menor.
      Pero como verás, en ningún caso el consumo produce debilitamiento o degradación de la señal de radiofrecuencia. No hay una relación en esto.

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    2. Entonces lo que sucedio es que al tener todos menos ancho de banda disponible, el cliente lejano vio afectado mas su funcionamiento debido a la modificacion de los mecanismos de modulación y codificación lo cual lo llevo tener menos data rate aun!! Lo que me extraña que el cliente al estar alejado tenia mucho mas latencia y microcortes que al acercarlo pero solo cuando se estaba produciendo ese pico de consumo de BW, despuès, no!! Muchas gracias!!

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  5. Hola Oscar, le saluda Estefania Salinas de Loja-Ecuador, hace unos meses egrese de la carrera de Ingeniería en sistemas y estoy haciendo mi tesis en redes y no tengo mucha experiencia.
    Me podría ayudar.
    Bueno le comento, quiero enlazar 7 puntos, el punto más alejado está a 4.5 kilómetros, ubicare una repetidora en el punto más alto, para así llegar a todos. Según el análisis que hice sobre los estándares, el que escogí el 802.11ac por los beneficios que me brinda como es QoS, seguridad, ancho de banda. Además para mi enlace pretendo utilizar la topología Semi-Mesh, utilizare antenas Sectoriales, omnidireccionales y direccionales.
    Bueno mi duda es la siguiente:
    Cuantos canales tiene la frecuencia 5.8 GHZ?
    Con cuanto de ganancia y potencia mínimo debo tener en una antena para llegar a 4.5 kilómetros y la más carota es de 0.44Km?
    Las antenas emisoras, rectoras deben tener la misma ganancia y potencia?
    Como mido el alcance en kilómetros de acuerdo a la ganancia y potencia?.
    El cable que pienso utilizar es UTP cat 6 por su bajo precio y menor perdida en atenuación. Estaría bien utilizar este tipo de cable para conectar las antenas y el switch.

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    1. Stefanía.
      La implementación que planteas no está dentro de lo contempado en el estándar. La serie de estándares 802.11 está dirigida a la implementación de redes LAN inalámbricas, como su nombre lo indica. Lo que estás mencionando ya no es una red LAN.
      Típicamente, estas implementaciones se realizan utilizando otro tipo de dispositivos, diseñados específicamente para estos casos.
      Sin embargo, es posible adaptar dispositivos 802.11 para esto, como lo estás planteando, pero se trata de dispositivos outdoor, que soportan antenas conectorizadas de alta ganancia y que pueden ser implementados en modo bridge. No todos los dispositivos 802.11n permiten esto.
      Por otra parte, en el diseño hay que tener presentes múltiples factores, que van desde la "pérdida espacial", hasta la pérdida que introduce la utilización de antenas conectorizadas (conectores, cable coaxial, etc.).
      Para realizar los cálculos que mencionás, es necesario antes definir los equipos que se van a utilizar y el emplazamiento físico de los mismos, para en base a eso hacer los cálculos. En Internet vas a encontrar múltiples fórmulas para realizar el cálculo de pérdida espacial, e incluso software que realiza ese cálculo de modo automático.

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  6. Gracias por su explicación y tiempo Oscar, es lindo saber que existen personas que brindan sus conocimientos des-interesadamente.

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