26 de enero de 2019

IEEE 802.11ax (1)

Ya he abordado el tema del nuevo estándar de redes LAN inalámbricas IEEE 802.11ax, pero dada su complejidad me ha parecido adecuado dedicar algunos posts adicionales para profundizar aspectos más específicos.

Las redes LAN inalámbricas tuvieron un avance significativo con el lanzamiento de 802.11n y la consiguiente introducción de algunas innovaciones tales como channel bonding, MIMO, beamforming, etc.
Pero esto no era suficiente ya que no llegaba a poner la red inalámbrica a la altura de las redes cableadas de GigabitEthernet.
La introducción de 802.11ac resolvió parte de esto posibilitando conexiones superiores a los 800 Mbps utilizando canales de hasta 160 Mhz. de ancho y modulación de hasta 256-QAM. 
Pero aún en este caso las velocidades de transferencia más alta están reservadas solamente para entornos controlados.

En este punto está el aporte de 802.11ax.
Su objetivo es mejorar el rendimiento promedio por usuario (no tanto la capacidad total del access point), logrando performance (throughput, no data rate) en las conexiones de hasta 4 veces las alcanzadas con 802.11ac. 
El objetivo es lograr una transmisión de datos más eficiente, consistente y confiable.

Sus características principales son:
  • Compatibilidad con todos los estándares de capa física anteriores: 802.11a/b/g/n/ac
  • Prestación por usuario muy superior en escenarios de alta densidad de clientes.
  • Introducción de codificación 1024-QAM logrando mayores tasas de transferencia de datos.
  • Modulación OFDM con MU-MIMO tanto en el downlink como en el uplink.
  • Modificaciones en la modulación OFDM FFT para lograr mayor robustez y rendimiento en entornos con múltiples reflejos y atenuación.
  • Mejor flujo de tráfico y acceso a canales.
  • Mejor administración de potencia para lograr mayor duración de la batería de los terminales.

Desafíos del acceso al medio inalámbrico
Las redes 802.11 utilizan como método de acceso a medio CSMA/CA. 
Esto impone un determinado modo de operación con algunas consecuencias:
  • El objetivo primario de CSMA/CA es evitar la posibilidad de colisiones ya que no es posible su detección.
  • Cuando un dispositivo transmite, los demás terminales que se encuentran dentro de la misma celda se bloquean por el espacio de tiempo necesario para transmitir la trama completa y recibir el correspondiente acknowledge.
  • Cuando el medio está disponible para transmitir el dispositivo emisor transmite la trama completa bloqueando el acceso al medio de los demás terminales.
  • La recepción de toda trama es notificada al emisor con un acknowledge (en capa 2, no tiene nada que ver con el acknowledge de TCP, capa 4).
  • Si el emisor no recibe el acknowledge de capa 2 correspondiente, asumirá que la trama no ha llegado a destino e intentará retransmitirla en cuanto tenga medio de transmisión disponible.
Este mecanismo de acceso al medio es el primer responsable del bajo throughput de las redes inalámbricas 802.11 debido a los tiempos de espera, de negociación y el tráfico de control y gestión. 
Adicionalmente, esta eficacia se reduce aún más cuando se incrementa el número de terminales conectadas en una celda, cuando la superposición de celdas es alta y cuando se implementan canales de transmisión más anchos (tanto 802.11n como 802.11ac implementan channel bonding).

Optimización de la capa física
802.11ax introduce algunos cambios significativos en la manera de operar en capa física pero manteniendo siempre compatibilidad con sus predecesores de manera que es posible la comunicación de terminales 802.11ax con terminales más antiguas.
  • Los terminales 802.11ax pueden demodular y decodificar tramas generadas por terminales más antiguas (802.11a/b/g/n/ac).
  • Las terminales más antiguas (802.11a/b/g/n/ac) pueden demodular y decodificar encabezados 802.11ax aunque no la trama completa. Esto permite mantener el control de colisiones respetando el mecanismo de bloqueo de transmisión mientras otro terminal transmite.
    Esto no afecta la comunicación entre terminales ya que la comunicación entre terminales aún de diferente estándar se da a través del AP que asegura la compatibilidad.
  • Modula utilizando OFDM he implementando FFT con lo que se reduce 4 veces la separación entre subportadoras haciendo más eficiente la transmisión.


  • Se incrementa la duración del símbolo OFDM (cuatro veces), manteniendo la tasa de transmisión del enlace de los estándares anteriores. Esto hace más estable el vínculo inalámbrico.
  • Implementa codificación 1024-QAM, lo que da lugar a una tasa de transmisión máxima de los enlaces, superior notoriamente superior.
Además, 802.11ax emplea beamforming explícito.
Para esto realiza un sondeo de canales con tramas null data lo que le permite medir el canal y responder con una retroalimentación adecuada: orienta la energía de radiofrecuencia emitida hacia cada usuario antes que dispersarla uniformemente en la celda.



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Las abreviaturas y siglas utilizadas en este post puede encontrarlas desarrolladas en
que está disponible en la Librería en Línea de EduBooks.


3 comentarios:

  1. Muy interesante y con estos cambios el tiempo de instalación de una red en cualquier sitio no especializado se disminuye considerablemente y definitivamente los costos de instalación también disminuyen. La cobertura en este nuevo estándar basándonos en que administra de una manera mas eficiente la conexión con los host, es mas amplia? o solo nos aporta mejor conexión en la misma cobertura?

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    Respuestas
    1. No creo que los tiempos de instalación o los radios de cobertura se vean afectados de modo notable.
      Lo que está simplificando la implementación es la adopción de tecnologías con plano de control centralizado, y eso ya está disponible. La clave, como siempre, será una adecuada evaluación previa y un diseño correcto. Si se dan esas 2 condiciones, luego la implementación y operación son transparentes, si no... dolores de cabeza.

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