Wstęp

Rodzina protokołów bezprzewodowych 802.11 rozwijana jest już od ponad 15 lat. W 2009 roku, powszechnie znane standardy A/B/G zostały rozszerzone o standard N. Ciekawy jest fakt, że dopiero ten ostatni standard oficjalnie przewiduje używanie kanałów o szerokości 40Mhz.

W zależności od wybranego kanału podstawowego (szerokości 20MHz), możliwe jest wykorzystanie dodatkowego zakresu pasma dla kanału leżącego powyżej, lub poniżej kanału wybranego przez użytkownika. W rezultacie transmisja może odbywać się w kanale szerokości  40Mhz. Standard przewiduje użycie kanału powyżej, lub poniżej podstawowego, w zależności od krajowych  regulacji. Przykładowo dla oprogramowania MikroTik w naszych krajowych warunkach: Wybieramy kanał 2412Mhz, który jest pierwszym z dostępnych dla terytorium Polski i ustawiamy możliwość poszerzenia kanału o dodatkowy z trybem „20/40Mhz HT Below”. Ustawienie takie nie pozwoli na przełączenie w tryb kanału o szerokości 40Mhz, z uwagi na brak dostępnego pasma poniżej częstotliwości 2412MHz.  Aby móc przesyłać dane w kanale 40Mhz, powinien zostać wybrany tryb HT-Above.

Dlaczego poszerzenie szerokości kanału jest tak istotne. Odpowiedź jest oczywista – to najprostszy sposób na zwiększenie przepustowości transmisji. Upraszczający, możemy przyjąć , że podstawowymi parametrami definiującymi szybkość `przesyłania danych przez połączenie bezprzewodowe jest szerokość kanału radiowego oraz modulacja sygnału transmisji. Im wyższa modulacja, albo im szersze pasmo transmisji, tym więcej danych jesteśmy w stanie przez link przesłać.  Oczywiście to nie jedyne czynniki mające wpływ na szybkość linku, wystarczy choćby wspomnieć o technikach zwielokrotniania sygnałów (XPIC lub MIMO w standardzie N), kompresji przesyłanych danych, lub ich agregacji w ramkach radiowych. Dla potrzeb tego raportu skupmy się jednak wyłącznie na wspomnianych parametrach modulacji i szerokości kanału.

Szersze pasmo transmisji pociąga za sobą degradację mocy nadawania. Przyjmując moc interfejsu radiowego za stałą, możemy oczekiwać, że w węższym kanale uzyskamy w odbiorniku sygnał o wyższej mocy. Co jest zatem bardziej efektywne, z punktu widzenia szybkości linku: wyższa modulacja czy szerszy kanał nadawania? Odpowiedź podsuwa fakt technicznych trudności z implementacją wysokich modulacji. Łatwiej jest przesłać więcej danych, przy wykorzystaniu szerszego kanału i niższej modulacji, niż odwrotnie. Oczywiście dostęp do częstotliwości jest dobrem ograniczonym, zatem optymalne rozwiązanie, to złoty środek pomiędzy szerokością kanału i wydajną modulacją.

W rzeczywistym  zastosowaniu, czasem bardziej istotna jest wysoka przepustowość (połączenia szkieletowe), zaś innym razem duża niezawodność transmisji (dystrybucja abonencka).  W przypadku stacji bazowej, gdy klienci łączą się z różnymi poziomami sygnałów, może to pociągać za sobą różnice w stosowanej modulacji transmisji. Z uwagi na brak wsparcia dla skutecznych metod ochrony medium transmisyjnego w rodzinie protokołów 802.11abgn, objawia się to ograniczoną przepustowością dla całej stacji bazowej. Jedną z przyczyn jest konieczność zmiany modulacji dla transmisji do klienta z najlepszym i do klienta z najgorszym sygnałem. Idealna sytuacja to taka, gdy wszyscy klienci łączą się z dobrym sygnałem, pozwalającym na wynegocjowanie najwyższych prędkości transmisji. W przypadku połączeń punkt-wielopunkt, niestety często pojawiają się problemy powodujące zmniejszenie szybkości połączenia. To co sprawdza się w systemach punkt-punkt, nie zawsze łatwo zaimplementować w systemach rozległych.

Co tak naprawdę z tego wynika? Dla ISP wnioski mogą być następujące: W przypadku systemów wielopunktowych, warto ustawić stacje bazową tak, aby uśredniała szybkość połączenia radiowego dla podłączonych do niej klientów.  Jeżeli nie da się zapewnić dla wszystkich stacji najlepszej szybkości połączenia, lepiej ograniczyć dostępne tryby pracy, nie wykorzystując najwyższych modulacji. W skrajnych sytuacjach, warto ustawić węższy kanał transmisji i uzyskać lepsze sygnały. Spowoduje do podniesienie stabilności połączeń.

Dla połączeń szkieletowych wyzwaniem jest rosnące zapotrzebowanie na przepustowość. Rozwój usług multimedialnych, lub zwiększenie liczby abonentów w segmencie sieci, powoduje w końcu potrzebę zwiększenia prędkości linku. W 802.11A/G, jeżeli nie wystarczał kanał 20MHz, wystarczy przełączyć  go na 40Mhz. Tu trzeba pamiętać, że tryb TURBO (40Mhz), nie jest opisany w specyfikacji 802.11AG. Popularność urządzeń na chipach Atheros, pozwala na współpracę urządzeń, które mają zaimplementowany taki sposób połączenia. Trudność pojawia się, gdy chcielibyśmy połączyć w trybie A/G-turbo, urządzenia oparte o chipy Atheros, z sprzętem zbudowanym na chipach choćby Realtek’a. Warto tu również wspomnieć o trybie łączenia 2 kanałów radiowych, które wspiera oprogramowanie MikroTik – Nstreme Dual.

W przypadku standardu N można zmienić link z 1x1 na MIMO (2x2, 3x3. itd). Możliwe są tu również metody przyspieszenia transmisji opisane wcześniej (bonding kanałów do szerokości 40Mhz, czy NS-Dual w trybie MIMO). Z uwagi na to że transmisja w trybie 40Mhz jest już opisana w standardzie N, nie ma kłopotu ze współpracą urządzeń opartych o różne chipsety.

Niemniej jednak w pewnym momencie dochodzimy do „ściany dostępnej technologii”.  Zaimplementowaliśmy już link 3x3, ustawiliśmy go w trybie 40Mhz, włączyliśmy agregację pakietów w protokole Nstreme… i wydawałoby się, że dopóki nie pojawią się nowsze urządzenia (802.11ac/ad), możliwości tunningu już się nam skończyły. Tak jednak nie jest. Podobnie jak w przypadku standardu A/G – firma Qualcomm Atheros nie trzymała się sztywno wymogów dla standardu N. W niektórych chipsetach, możliwe jest wykorzystanie kanałów szerszych niż 20Mhz. Innymi słowy – można wykorzystać bonding kanałów o szerokości nawet 30Mhz i nadawać w łącznym paśmie 60Mhz. Daje to teoretyczny wzrost przepustowości na poziomie 50%. Z pomocą przychodzi tu oprogramowanie MikroTik, które w wersji 6.x udostępnia kontrolę nad szerokością kanału radiowego.

Kontrolę nad szerokością kanału mieliśmy już w ograniczonym zakresie wcześniej, i to nie tylko w RouterOS, ale również w sprzęcie firmy Ubiquiti. Ale dopiero w wersji 6.x MikroTik’a pozwala przekroczyć bariery wyznaczone przez standard N. Już wkrótce pojawią się urządzenia zgodne z standardem 802.11ac. Jako, że standard ten ewoluował z standaru N – zawiera w sobie wszystkie udogodnienia poprzednika, a ponadto  udostępnia m.in. kanały szerokości  nawet 160Mhz.