Моя дипломная работа

Устройство 802.11ac должно поддерживать все обязательные режимы

802.11a/n. Так точка доступа 802.11ac может общаться с клиентами 802.11a/n,

использующими пакеты соответствующих форматов. Для этого она работает,

так как будто она является точкой доступа стандарта 802.11n. Подобным образом устройство-клиент 802.11ac может общаться с точкой доступа

802.11a/n, используя пакеты формата 802.11a/n. По этой причине, появление клиентов 802.11ac не создаст проблем в существующей инфраструктуре.

Табл. 3.7. Совместимость и сосуществование устройств 802.11a/n/ac

Кроме того, преамбула пакета формата 802.11ac идентична формату

802.11a, так что механизм обнаружения несущей работает для сторонних

71

устройств обоих стандартов 802.11a/n. Как только эти сторонние устройства видят преамбулу 802.11ac, они могут определить длительность передачи пакета и знают, что в это время им нельзя передавать. Кроме того, поскольку за пакетом обычно следуют кадры АСК или Block ACK, передающиеся в формате 802.11a, сторонние устройства могут правильно принять АСК или

Block ACK, а затем продолжать попытки передачи как обычно. В худшем случае, стороннее устройство слышит кадр 802.11ac, но находится вне зоны действия передатчика АСК или Block ACK. Но даже здесь третья сторона должна ждать в течение длительного времени (интервал EIFS), чтобы дать время кадрам АСК или Block ACK, быть переданным, не опасаясь коллизии.

Виды неэффективности, связанные с передачей пакетов 802.11b/g

полностью исключены, т.к. используется диапазон 5ГГц.

3.1.8 Прочие улучшения

Стандарт 802.11ac продолжает развивать некоторые из наиболее ценных возможностей 802.11n, в их числе возможность применения короткого защитного интервала (даёт увеличение скорости до 10%) и

постепенное улучшение скорости на расстоянии с использованием кодов

LDPC, исправляющих ошибки. Эти LDPC коды разработаны как эволюционное продолжение LDPC кодов 802.11n.

Стандарт 802.11n включал в себя множество «малоценных» дополнений. Стандарт 802.11ac занимает по отношению к ним прагматичный подход. Если «малоценная» опция используется и влияет на сторонние устройства, то обычно стандарт 802.11ac запрещает устройству,

работающему в режиме 802.11ac, её использовать. Если «малоценная» опция не используется в устройствах 802.11n или влияет только на устройства,

которые активировали опцию, то эта возможность не обновляется для

802.11ac, но «остаётся умирать».

Возможности 802.11n, которые не обновлялись для 802.11ac (или прямо запрещены для устройств, работающих в режиме 802.11ac) включают в себя все зондирующие опции 802.11n, расширение LTF, процедуру

72

калибровки, выбор антенны, несимметричные виды модуляции и режимы

STBC 4×3 и 3×2 и MCS32.

Различные пространственно-временные блочные коды (space-time block codes, STBC) допускаются, но этот список урезан, по сравнению с широким списком, предлагаемым 802.11n, так STBC в значительной степени дублируют технологию формирования луча. Стандарт 802.11n определял базовыми режимам и STBC: 2×1 и 4×2, а также 3×2 и 4×3, как расширенные,

но расширенные режимы предлагают небольшой выигрыш из-за их сложности в реализации, поэтому они не нашли применения в устройствах.

Только самый простой режим 2×1, был сертифицирован.

С учётом этого опыта, 802.11ac определяет базовыми режимами STBC

2×1,4×2, 6×3 и8×4. Но, как ожидается, только режим 2×1будет включён в выпускаемые устройства.

3.2. МАС-Уровень

3.2.1 Механизм RTS/CTS

Несмотря на то, что точка доступа 802.11ac работает в полосе 80 (или

160) МГц, она все равно должна быть способна обеспечить клиентов

802.11a/n возможностью привязки. Маячковые кадры посылаются по одному каналу 20 МГц, известному как первичный (основной) канал в рамках канала

80(или 160) МГц. Точка доступа и все клиенты, привязанные к ней, получают и обрабатывают каждую передачу, которая перекрывает их основной канал.

Устройства могут декодировать кадры этих передач и извлекать из них информацию для виртуального контроля несущей.

Тем не менее, точка доступа может находиться вблизи других точек доступа, не согласованных с ней. Это могут быть установленные точки доступа 802.11a/n, и их первичные каналы могут быть любыми в пределах её полосы 80МГц. В таком случае, разные точки доступа и привязанные к ним клиенты будут по-разному производить виртуальный контроль несущей, и

73

передавать данные в разные моменты времени по различным каналам, в том числе перекрывающимся. Из-за более широкой полосы пропускания,

используемой в 802.11ac и ограниченного количества каналов 80 МГц,

скрытые узлы на вторичных каналах являются важной проблемой,

требующей решения.

По этой причине стандарт 802.11ac определяет расширенный протокол

RTS/CTS. Он был обновлён для лучшего обнаружения занятости какого-либо из неосновных каналов другой передачей. С этой целью механизм поддерживает режим «динамической пропускной способности».

Когда устройство 802.11ac хочет сделать передачу с использованием канала 80 МГц, оно должно убедиться, что вся полоса канала свободна вокруг него. Оно должно определить, с вероятностью более 90%, занят ли основной канал, в течение 4мкс. Свободность/занятость вторичных каналов также должна быть определена с вероятностью более 90% в течение 25мкс.

Пороговый уровень мощности зависит от пропускной способности и того,

принадлежит ли сигнал устройству 802.11ас или нет. В 802.11ac по сравнению с 802.11n пороги чувствительности для обнаружения сигналов на вторичных каналах улучшены.

Кадр RTS обычно отправляется в формате PPDU 802.11a на основном канале. Этот же кадр повторяется ещё три раза в оставшихся полосах 20

МГц, чтобы дозаполнить полосу 80 МГц (или ещё семь раз, чтобы дозаполнить полосу 160МГц). Тогда все соседние устройства, независимо от того, являются они устройствами стандарта 802.11a/n/ac, получают кадр RTS,

который могут понять, т.к. он передаётся по каналам, совпадающим с их первичными каналами. Каждое устройство, получающее RTS, устанавливает для себя пометку, что виртуальная несущая занята (см. Рис. 3.9 (а)). Т. к.

формат PPDU предыдущих стандартов не содержит индикации пропускной способности, 802.11ac должен использовать некоторые приёмы, чтобы поддержать обратную совместимость. Индикация пропускной способности

(ширины канала) кодируется в скремблирующей последовательности, а

74

также бит индивидуального/группового адреса в MAC-адресе передатчика в кадре RTS изменяется с «индивидуального» на «групповой».

В случае если часть пропускной способности занята (используется соседом), устройство-получатель отправляет кадры CTS только по каналам,

которые доступны и «допускают использование», а также сообщает в них о пропускной способности. Здесь термин «допускают использование» означает каналы, на которых инициирующее передачу устройство может посылать что-нибудь, например, 20, 40 или 80 МГц (но не 60 МГц). Каждое соседнее устройство также получает кадр CTS, оно может его понять, т.к. он передаётся на его основном канале (рисунок 3.9(б)).

а) Случай без перекрытия

б) Случай с перекрытием

Рис. 3.9. Расширенный механизм RTS/CTS с индикацией пропускной способности

Таким образом, инициатор передачи, который отправил RTS, может

отступить к более низкому режиму пропускной способности. Это помогает

75

смягчить эффект скрытого узла. Однако окончательная полоса передачи всегда должна включать первичный канал.

Существуют и другие варианты этого протокола, например, когда инициатор не способен переключиться на более узкую полосу пропускания на лету, но предыдущее описание отражает суть улучшения: получатель может сказать «эти подканалы заняты - не используй их».

3.2.2 Агрегация

Стандарт 802.11n в качестве дополнительной функции использовал агрегацию в различных режимах A-MPDU, A-MSDU и комбинированном A- MPDU – A-MSDU. Стандарт 802.11ac требует, чтобы каждая передача

802.11ac была осуществлена в A-MPDU. Это объясняется существенной эффективностью A-MPDU и некоторыми другими причинами. A-MDPU

является хорошим механизмом, для повышения надёжности передачи данных больших размеров.

Встандартах 802.11a/n, продолжительность передачи устанавливается

взависимости от количества байт и скорости передачи данных. Передача максимальной длительности 5,5мс на скорости 6,93 Гбит/с, может содержать более 4 млн. байт, для представления этого числа потребовалось бы 23 бита.

Эти биты должны быть отправлены на самой низкой скорости MCS в начале каждой передачи 802.11ac, фактически это бы добавляло 4мкс каждый раз.

Вместо этого длина передачи 802.11ac делается кратной количеству бит данных на OFDM-символ и тогда должно быть сообщено только количество OFDM-символов. Кроме того, количество (предположительное)

4мкс – символов OFDM уже неявно доступно в наследственной части преамбулы, так что эта сигнализация является почти «бесплатной» (только один бит, необходим для разрешения неоднозначности в определении фактического количества OFDM-символов, значение бита показывает, что в передаче используется короткий защитный интервал, и OFDM-символ фактически составляет 3,6мкс). Технология A-MDPU дозаполняет даже последний OFDM-символ с данными: размещает данные в подкадрах MDPU

76

в составе одного A-MDPU, а затем заполнитель с достаточным количеством

«нулевых» подкадров MPDU. Этот механизм дозаполнения будет использоваться также для функции MU-MIMO.

По сравнению с 802.11n максимальный размер MPDU увеличен с 7 935

до 11 454 байт, размер A-MPDU увеличен с 65 535 до 1 048 575 байт.

3.2.3 Сокращённый интервал RIFS

Интервал RIFS является устаревшей возможностью 802.11n, целью которой было повышение эффективности MAC-уровня путём сокращения разрыва между последовательными передачами в пределах одного пакета.

Этот механизм был удалён из 802.11ac, за исключением того, что необходимо для обеспечения обратной совместимости с 802.11n. Причинами послужило то, что агрегация – более лучший способ повышения эффективности MAC-

уровня, высокая сложность реализации RIFS и его малая выгода как отдельного механизма.

77

Заключение

В данной работе были рассмотрены два стандарта беспроводных локальных сетей IEEE 802.11n и IEEE 802.11ac, определены их основные характеристики и выявлены ключевые отличительные особенности. Новый стандарт 802.11ac при прочих равных условиях многократно превосходит предшественника по производительности.

Конечно, реальная производительность зависит от множества факторов: соотношения сигнал/шум, состояния каналов в конкретный момент времени, замираний вследствие многолучевого распространения,

воздействия помех от сторонних устройств, конфигурации и количества антенн приёмного и передающего устройств, их возможностей, структуры беспроводной сети. Именно дополнения, помогающие обеспечить надёжную производительность в реальных условиях, делают пропускную способность стандарта 802.11ac такой ценной.

Основные нововведения физического уровня стандарта 802.11ac:

•Устройства работают только в диапазоне 5 ГГц. В данном диапазоне больше доступной полосы пропускания для размещения каналов, также он позволяет избежать помех от устройств диапазона 2,4 ГГц.

•Возросло количество объединённых каналов и поднесущих в них.

Максимальная ширина канала в 802.11ac увеличена с 40 до 80 МГц

(позволило увеличить скорость на 117%). Режимы 20, 40 и 80 МГц являются обязательными. Дополнительно возможно использование канала 160МГц в смежном режиме или несмежном режиме 80+80 МГц

(позволило увеличить скорость на 333%).

•Возросла кратность модуляции. В сравнении с максимальной 64QAM

стандарта 802.11n, в 802.11ас дополнительно может применяться модуляция 256QAM (даёт прирост скорости в33% на коротких расстояниях).

78

•Количество индексов модуляции и кодирования MCS сокращено до 10

в режиме одного пользователя (в 802.11n их 77). Несимметричные виды модуляции не поддерживаются. Все потоки в многопоточной передаче должны быть модулированы одним видом модуляции.

•Развитие технологии MIMO. Максимальное количество пространственных потоков, по сравнению со стандартом 802.11n,

увеличено с четырёх до восьми (позволяет получить 100% прирост скорости).

•Предусмотрено использование режима MU-MIMO. Возможна одновременная работа максимально с четырьмя пользовательскими станциями (максимально до четырёх потоков на одну станцию).

Стандарт 802.11n позволял одновременную работу только с одной станцией.

•Определён единый протокол зондирования и обмена информацией о состоянии канала для режима формирования луча (transmit beam forming) – «протокол явной сжатой обратной связи». Он обеспечивает наиболее точную оценку канала, учитывающую все недостатки передатчика и приёмника.

•Определён единый формат кадра и преамбулы. Аналога преамбулы

«Green field»не предусмотрено. Это сделано для обеспечения обратной совместимости и возможности сосуществования с устройствами стандартов 802.11a/n.

•Список возможных пространственно-временных блочных кодов STBC

урезан, по сравнению со списком 802.11n, расширенные режимы 4×3 и 3×2 не поддерживаются, так как они предлагают небольшой выигрыш при высокой сложности реализации. Базовыми режимами 802.11ac

определены 2×1,4×2, 6×3 и 8×4.

Помимо этого стандарт 802.11ac продолжает применять наиболее

ценные возможности стандарта 802.11n, в их числе короткий защитный

79

интервал 0,4 мкс (даёт увеличение скорости до 10%) и использование кодов

LDPC.

Стандарт 802.11n включал в себя множество «малоценных» дополнений. Стандарт 802.11ac сохранил их поддержку, где это необходимо для обратной совместимости. Устройствам 802.11ac использование

«малоценных» функций стандарта 802.11n запрещено. К таким функциям отнесены все зондирующие опции 802.11n, процедура калибровки, выбора антенны, несимметричные виды модуляции, MCS32.

Основные нововведения MAC-уровня стандарта 802.11ac:

•Механизм RTS/CTS расширен возможностью индикации пропускной способности. Это позволяет одновременное использование одного диапазона частот в смешанной среде (с устройствами 802.11a/n/ac).

•Стандарт 802.11ac требует, чтобы каждая передача была осуществлена в агрегированном A-MPDU. Максимальный размер MPDU увеличен с

7 935 до 11 454 байт, сам размер A-MPDU увеличен с 65 535 до

1 048 575 байт.

•Стандарт 802.11n разрешал использование короткого интервала RIFS.

В стандарте 802.11ac его использование запрещено вследствие низкой эффективности и дублирования функций агрегации.

80