802.11n Draft2.0 u teoriji

Od samih početaka korištenja bežičnih mreža korisnicima su najvažniji parametri bili propusnost i domet veze koju je moguće ostvariti. Svaki novi standard je uvodio razna poboljšanja ali svijetu gladnom bandwidtha čak je i „g“ standard sa svojih 54 Mbit/s ukupne propusnosti postao premalen. Prosječno ostvarene brzine prijenosa korisnih podataka, to jest kada se oduzme propusnost potrošena na pakiranje podataka u pakete, vrijeme utrošeno na uspostavu veze i slične nužne radnje, iznosile su otprilike 25 Mbit/s što je bilo višestruko sporije od brzog ethernet-a koji je postizao otprilike 70 Mbit/s korisnog prometa (u tipičnom okruženju, tj. korisnički podaci). Jedina prednost bežične mreže bila je jednostavno postavljanje bez provođenja žica a sretna olakšica je bila što su veze na Internet ionako rijetko kada premašivale nekoliko megabit-a po sekundi. Danas su veze na Internet od desetak megabit-a lako ostvarive a sve više korisnika u kućnom okruženju posjeduje i po nekoliko računala. Kada se u cijelu situaciju ubroji prebacivanje podataka izmedu NAS-a (Network Attached Storage) i korisnika, streaming videa sa media centra ili neka druga po propusnost jednako zahtjevna upotreba mreže, onih se prosječnih 22 Mbit/s 802.11g standarda počinje činiti kao vrlo skučena količina nula i jedinica. Korisnicima bežične lokalne mreže već je neko vrijeme dostupna mrežna oprema rađena po novom „n“ standardu. Taj novi standard još uvijek nije do kraja završen ali se po preporukama trenutno aktualne draft 2.0 verzije već proizvodi i prodaje mrežna oprema. Za kućne korisnike koje ne zanimaju preinake ispod „haube“ najvažnije je obećanje znatno veće propusnosti i boljeg prijema signala. Također nije za zanemariti da većina „n“ opreme ima tri vidljive antene umjesto dosadašnje dvije pa je lako raspoznati novu opremu od stare što dodaje ponešto privlačnosti.

D-Link AirPremier N Dual band PoE Acces Point - Predstavlja kvalitetno poslovno rješenje sa pregršt opcija za zahtjevne korisnike

Kupiti nacrt (draft) ili pričekati „gotov“ proizvod ?

Radna grupa 802.11n „neprofitne“ organizacije Institute of Electrical and Electronics Engineers (skraćeno IEEE) polako dovršava i polira sve specifikacije a dosta vremena može još proći prije nego što se dovrše svi detalji. U takvoj situaciji postavlja se pitanje isplati li se kupiti uređaj koji će neko vrijeme raditi ispravno a onda prijevremeno zastarjeti kada iziđe potpuni standard?

Logo WiFi Alliance-a koji se dodjeljuje testiranim uređajima

Za riješiti ovu dilemu može nam pomoći WiFi alliance koji je testirao međusobnu komunikaciju uređaja pravljenih prema nacrtu 802.11n standarda i svim uređajima koji su prošli testiranje dodijelio pravo korištenja „WIFI N draft Certified“ loga. Na taj način korisnik može biti siguran da će njegov uređaj raditi sa drugim N-draft uređajima kao i sa starijim a, b i g standardima. Kada potpuni standard napokon izade nije vjerojatno da će previše odstupati od trenutno dogovorenih parametara, iako je to vrlo teško predvidjeti. Ako ćemo se voditi iskustvima sa draftom g standarda onda nema problema sa kupovinom jer su kasnije verzije uređaja radile jednako dobro kao i uređaji rađeni po konačnom standardu. Takoder je većinu uređaja bilo moguće nadograditi učitavanjem novog firmwarea. Problemi su postojali tek sa karticama iz najranije verzije drafta. Sama WiFi alliance grupa tvrdi da je nemoguće predvidjeti koliko će se krajnji standard razlikovati od nacrta ali da će velik broj proizvođača ponuditi nadogradnju za svoju opremu preko nadogradnje softvera.

Kratki pregled

Novim standardom se pokušalo riješiti dva najveća problema postojeće bežične opreme a to su relativno mala propusnost i slaba kvaliteta signala u naizgled idealnim uvjetima. Oprema rađena prema n standardu može raditi na 2.4 ili 5 GHz što daje veliku fleksibilnost pri postavljanju ali trenutno su vrlo rijetki uređaji sposobni koristiti obje frekvencije. Pošto je frekvencijski raspon na 5 GHz manje korišten i teže se probija kroz prepreke poput zidova za očekivati je da će u normalnim uvjetima na njemu biti puno manje smetnji ali je takoder na tom rasponu manji domet. Prema n standardu mrežna oprema bi trebala biti sposobna ostvariti ukupnu brzinu signalizacije od 130 Mbit/s na 20 MHz širokom kanalu i 300 Mbit/s na 40 MHz širokom kanalu koji se dobiva spajanjem dva susjedna kanala koji se ne preklapaju.

Tehnika channel bonding-a spaja dva susjedna 20 MHz kanala koji se ionako preklapaju u jedan kanal širok 40 MHz.

Spajanje dva kanala koji se ne preklapaju zove se channel bonding a u opcijama wireless routera obično je naznačena sa mogucnošću izbora načina rada 20/40 ili 20 MHz. Neki proizvođači su i prije izlaska n standarda nudili uređaje sa nazivima „range booster“ ili MIMO a koji su koristili napredne tehnologije komunikacije ali su bili daleko od kompatibilnosti koju posjeduju danas. Ukupna brzina komunikacije na najnižem, fizičkom sloju mreže, iznosi preko 600 Mbit/s ali će takve brzine biti ostvarive samo u laboratorijskim uvjetima.

Korištenje frekvencija

Internacionalni ISM skup frekvencija obuhvaća nekoliko grupa frekvencija od 6 MHz do 250 GHz čija je dostupnost ovisna o lokalnim zakonima pojedine zemlje. Uređaji koji koriste te grupe frekvencija sve su češći jer za njih nije potrebno dodatno platiti naknadu za upotrebu radijske frekvencije. Na frekvencijskom rasponu od 2,4 GHz do 2,5 GHz radi vrlo širok spektar uređaja od bežičnih mreža, radio upravljanih igračaka, telefona pa sve do ozloglašenih mikrovalnih pećnica. Smetnju komunikacijama predstavljaju samo uređaji čija je snaga odaslanog signala dovoljno velika da se prilikom primitka takvog signala on ne može razaznati od signala uređaja koji nam šalje korisne podatke.

Prostiranje signala preko susjednih kanala – Dio elektromagnetske energije koju antena zrači prostire se i preko susjednih kanala.

Snaga odašiljača bežične mrežne kartice ne smije po sili zakona premašiti 0,1 W dok standardne mikrovalne pećnice rade na 3000 do 5000 W. Mikrovalne pećnice su zato dizajnirane sa ugrađenom zaštitom koja se može s vremenom oštetiti nakon čega snažno mikrovalno zračenje može „iscuriti“, omesti širok spektar komunikacijskih uređaja i usput malo ozračiti obitelj. Bežični telefoni sa ekstra dugim dometom mogu također ometati ostale komunikacijske uređaje. Kada neki uređaj odašilje elektromagnetsko zračenje na određenoj frekvenciji to zračenje se širi i preko ostalih susjednih frekvencija tako da se dva uređaja koji rade na susjednim frekvencijama mogu ometati, pogotovo ako su blizu. Frekvencije se dijele na kanale kako bi se uvelo reda i osiguralo da se uređaji što manje ometaju a na svakom kanalu moguće je ostvariti potpuno funkcionalnu komunikaciju. Kanali definirani na 2,4 GHz se djelomično preklapaju pa je moguće koristiti sveukupno 3 kanala koji se međusobno ne ometaju. Bežičnoj mrežnoj opremi na 2,4 GHz su dostupna 3 potpuno odvojena kanala širine 20 MHz ili po jedan od 40 MHz i 20 MHz dok je na 5 GHz (na skupovima frekvencija koje je koristio standard a), moguće koristiti 13 zasebnih kanala širine 20 MHz (sa 5 MHz razmaka) ili čak 6 zasebnih kanala širine 40 MHz.

Podjela i preklapanje kanala na 2,4 GHz – specificirana je širina (spektralna maska) od 22 MHz ali se u praksi mogu pojaviti brojevi od 20 do 25 MHz-a.

Električna energija koju mrežna kartica „oblikuje“ i usmjeri na antenski izlaz se preko antene pretvara u elektromagnetsko zračenje i odašilje u prostor oko antene. Karakteristike tog zračenja snažno ovise o osobinama antene koja može uvelike utjecati na prostornu distribuciju energije. Drugim riječima jedan te isti izlaz radio uređaja se može promjenom antene toliko izmijeniti da se prijam i odašiljanje signala drastično promijeni na bolje ili na gore. U upotrebi razlikujemo dva glavna tipa antena, usmjerene i neusmjerene antene, također znane i kao omni-direkcionalne. Usmjerene antene zračenje usmjeravaju na takav način da je on snažniji u određenom smjeru u odnosu na ostale ali određena količina energije se svejedno odašilje i u ostalim smjerovima. Neusmjerene antene oblikuju signal na takav način da se on ravnomjerno prostire u svim horizontalnim smjerovima dok je prostor iznad i ispod antene slabo ili uopće nije pokriven.

Različita prostorna distribucija elektromagnetnog zračenja. S lijeve strane je neusmjerena antena dok je desno usmjerena panel antena (gledano sa strane).

Uz neke opće karakteristike antene poput načina izvedbe najvažniji podaci o anteni su njezino „pojačanje“ signala u decibelima i širina pokrivenog kuta u stupnjevima. Antena postiže pojačanje signala tako da mijenja oblik ravnomjerno raspoređenog snopa zračenja u oblik koji se jače prostire u određenom smjeru. Što znači da se ukupna količina energije koja se zraci ne mijenja već se mijenja samo njezina prostorna koncentracija. Ukoliko je za neku antenu navedeno pojačanje od na primjer 3 dBi to znači da ona u odnosu na izotropnu antenu (antenu koja zrači jednako u svim smjerovima) postiže 3 dB snažniji signal u smjeru zračenja. Iskazano pojačanje signala se odnosi fokusiranje odaslanog i primljenog signala. Među različitim izvedbama usmjerenih antena česte su izvedbe koje koriste neku vrstu reflektora koji energiju obične antene odbijaju i fokusiraju u određenom smjeru. Takve antene su popularne kod kućnih korisnika jer nude snažno fokusiranje signala a moguće ih je napraviti u kućnoj radinosti prema lako dostupnim instrukcijama s interneta.

Različita prostorna distribucija signala različitih frekvencija na istoj anteni.

MIMO i oblikovanje signala

Tehnologija višestrukih ulaza i višestrukih izlaza (Multiple Input Multiple Output) koristi više antena za odašiljanje signala i više antena za primanje signala kako bi poboljšala kvalitetu komunikacije. Ova tehnologija je vrlo zanimljiva jer omogućava povećanje količine prenesenih podataka i ostvarivi domet bez povećanja širine kanala ili snage odašiljača. Povećanje količine prenesenih podataka postiže se tehnologijom prostornog multipleksiranja u kojoj se jedan niz podataka podijeli na više manjih nizova pa se pošalje istovremeno preko nekoliko različitih antena na istom kanalu.

Primatelj prima više različitih prostornih nizova koji svaki nosi poseban niz podataka.

Ako je primatelj signala sposoban razlučiti prostorni „potpis“ (zapravo prostorne karakteristike signala pojedine antene) tada može razlučiti i pojedine nizove jedne od drugih. Kod upotrebe prostornog multipleksiranja limitirajući faktor je broj antena bilo kod odašiljača/prijamnika pa je broj različitih prostornih signala ograničen na najmanji broj antena koje posjeduje jedan ili drugi (ili manje, ovisno o opremi). Bitan faktor na koji se mora obratiti pozornost kod kupnje novih uređaja je koliko koriste antena za slanje i primanje podataka. Mnogi uređaji koriste različiti broj antena za slanje i primanje a broj fizički prisutnih antena ne garantira da se sve koriste u svim slučajevima već to ovisi od uređaja do uređaja. Za očekivati je da će uređaji koji koriste više antena bolje iskoristiti veći broj prostornih nizova. Kod uređaja sa samo jednom antenom signal koji zbog reflektiranja od okoline putuje različitim putovima kako bi došao do prijamnika izgleda kao zakašnjela kopija signala i predstavlja neželjenu smetnju. Kod sustava sa više antena moguće je razlikovati ove kopije signala i iskoristiti ih kako bi se poslalo više podataka na istom kanalu. Kod opreme na n standardu također će se koristiti komplicirana tehnologija višeslojnog prostornog formiranja signala u kojem se putem odašiljanja signala preko više odašiljača u različitim intervalima, fazama ili amplitudama, postiže bolje oblikovanje signala i bolja recepcija kod prijamnika (ova tehnika nije uključena u draft 2.0) .

Manipuliranjem amplitudom i vremenom odašiljanja postiže se bolje formiranje signala na odredištu, ova opcija zahtjeva dobru koordinaciju odašiljača i prijemnika i nije uključena u 802.11n draft 2.0

U slučajevima kada je potrebno poslati više paketa za redom na isto odredište većina njihovih zaglavlja se ne razlikuje pa uređaj može spojiti nekoliko paketa i poslati ih jedan za drugim sa zajedničkim zaglavljem. Ova metoda zove se packet aggregation i povećava udio korisnih podataka u ukupnoj količini poslanih podataka. Pošto se većina ovih tehnologija oslanja na napredne tehnike formiranja signala uređaji mogu ispravno raditi samo ako se uspiju prilagoditi okruženju u kojem su postavljeni. Kako bi osigurala optimalan prijem oprema se mora prilagođavati paket po paket i stalno iznova ispitivati najbolji način komunikacije sa pojedinim uređajem.

Daje mogućnost spajanja nekoliko paketa za redom unutar zajedničkog zaglavlja i slanje blok potvrde za sve primljene terete.

Zaključak

Oprema rađena po 802.11n Draft 2.0 standardu nudi mnoga poboljšanja i ispravlja slabe točke prijašnjih tehnologija. Ona postiže zamjetan napredak na dva polja koja su najzanimljivija korisnicima a to su pouzdanost i brzina veze. Od poboljšanja će najviše profitirati korisnici kojima su prijašnje generacije uredaja imale premalu propusnost ili koji su opremu koristili na mjestima sa mnogo prepreka jer nova oprema radi vrlo dobro u uvjetima koji su do sada smatrani nepovoljnim po bežične lokalne mreže. Pošto će kvaliteta veze uvelike ovisiti o tome koliko će se dobro algoritmi u određenom chipsetu prilagoditi okolini u kojoj rade može se očekivati da će se oprema dosta razlikovati od proizvođača do proizvođača iako je rađena prema istom standardu. Kompatibilnost sa starijim uređajima je ugrađena u standard ali je za očekivati da će se stara i nova oprema ponekad nadmetati za isti kanal što bi moglo rezultirati slabijom kvalitetom komunikacije. Pošto su sigurnosne procedure preuzete sa prijašnjih standarda za očekivati je da će uređaji zadržati jednaku razinu sigurnosti, razinu koja će sve više biti stavljana na test jer se povećava domet i propusnost a time i broj potencijalnih korisnika određenog uređaja. Nova oprema napraviti će najviše razlike kod kućnih korisnika koji će dobiti mnogo više funkcionalnosti iz svojih routera i od sada će moći puno lakše dijeliti multimedijalne sadržaje preko bežične mreže. Korisnici kojima su kanali na 2,4 GHz prepuni smetnji od sada mogu puno jeftinije dobiti opremu koja radi na 5 GHz i na taj način si osigurati mirnije korištenje bežične mreže. Sa novom tehnologijom koja podržava dva različita spektra frekvencija je puno lakše odijeliti spore uređaje poput printera od uređaja koji trebaju više propusnosti makar oni bili u istoj prostoriji. Mnogi proizvođači također nude uređaje koji rade na obje frekvencije istovremeno pa se može isplanirati bežicna mreža koja nudi prednost čišćeg spektra frekvencija sa više dostupnih kanala uz istovremeno podržavanje starijih uredaja. Medusobna kompatibilnost uređaja rađenih prema standardu 802.11n Draft 2.0, koji posjeduju certifikat Wifi Alliance-a trebala bi biti vrlo dobra pa nema razloga za zabrinutost.

Uzevši u obzir sve dobre strane nove tehnologije možemo zaključiti da se radi o zanimljivom skupu poboljšanja ciljanih prvenstveno na povećanje pouzdanosti, propusnosti i dometa baznih stanica. Veliki broj različitih opcija poput biranja širine kanala i frekvencije rada osigurati će bolju prilagodljivost opreme prema našim potrebama. Najvažniji ispit koji ova oprema tek mora proći je koliko je od obećane brzine veze ostvarivo u realnom okruženju koje je daleko od idealnih laboratorijskih uvjeta. U sadašnjoj situaciji u kojoj je većina kućnih mreža složeno pomoću brzog ethernet-a na 100 Mbit/s ili 802.11g WLAN opreme na 54 Mbit/s, bežičnih 130 - 300 Mbit/s može predstavljati pravu stvar u pravo vrijeme. Promatraču sa strane se guranje nacrta n standarda može učiniti kao pokušaj zarade na brzinu proizvođača mrežne opreme ali nova oprema definitivno ima potencijala zamijeniti staru opremu u okruženjima u kojima su gigabitne mreže previše, brzi ethernet premalo a bakrene žice nepoželjan višak.