Сетевые контроллеры Level One: MIMO-лётное увлечение

Введение

Беспроводные сети не совершенны! По-прежнему многие организации отдают предпочтения старым добрым проводным сетям, так как они позволяют добиться большей скорости, передавать данные в помещениях с любым количеством стен и перегородок и обладают хорошей степенью защиты данных. Но будущее - именно за беспроводными сетями, и сегодня Wi-Fi оборудование вводит в игру ещё одну карту, которая должна развеять мифы о нестабильности, низкой скорости и небольшом радиусе действия Wi-Fi. Имя этой карты - MIMO (Multiple Input Multiple Out - множественный вход, множественный выход). Оборудование с аббревиатурой MIMO в названии уже появилось в прайс-листах компьютерных фирм, а на витринах уже красуются Wi-Fi контроллеры с тремя антеннами.

 

 

В этой статье мы выясним, что же представляет собой MIMO на примере оборудования немецкой компании Level One.

Мимо! MIMO! В яблочко!

Итак, что же такое MIMO? Это не технология и не стандарт. MIMO - это принцип многоканальной организации передачи данных. Этот принцип применим к телевещанию, сотовой связи и, в нашем случае, к Wi-Fi оборудованию, как наиболее требовательному к скорости и стабильности связи. MIMO-устройство, будь то беспроводной сетевой контроллер, точка доступа, либо роутер, должно уметь передавать и принимать данные по нескольким каналам в одно и то же время. Фактически, объединять в себе несколько одноканальных устройств.

В любом помещении, где ведётся беспроводная передача данных от одного устройства к другому, радиоволна делится на части. Одна часть приходит от передатчика к приёмнику в первоначальном виде с нулевым сдвигом фазы и заданной амплитудой. Эта часть расшифровывается и превращается в итоге в данные. Но есть и другие части, отражённые от разных поверхностей помещения. Эти части так же принимаются антенной приёмника. Но они имеют уже другую амплитуду и отрицательный сдвиг по фазе. Другими словами, волна запаздывает и затухает. Накладываясь одна на другую, эти части и формируют тот сигнал, который получает приёмник. Происходит т.н. многолучевой приём. За счёт неоднородности помещения, отражённые волны могут не только снижать амплитуду, но и полностью глушить сигнал (если отрицательный сдвиг по фазе равен половине длинны волны). Обычные системы радиопередачи не делают ничего, чтобы бороться со многолучевым приёмом, полагаясь на высокий уровень приёма основного сигнала.

Одним из способов смягчения эффекта многолучевого приёма является использование нескольких антенн, позволяя постоянно получать высокий уровень сигнала. Так же существует способ введения задержек на приёмнике, чтобы принимать лишь максимальные значения колебаний.

В отличие от всех этих техник, принцип MIMO состоит не в противодействии многолучевому эффекту, а в его использовании для повышения скорости, дальности и надёжности беспроводной передачи. Это достигается за счёт отправки и приёма более одного сигнала в одно и то же время по одному и тому же радио каналу. Новый способ передачи данных состоит в использовании одновременно нескольких типов форм волны, создаваемых неоднородностью помещения. За счёт этого повышается объём данных, передаваемых за каждую секунду и каждое колебание волны (Герц). Чувствуете разницу? Обычная радиопередача по одному каналу заставляет инженеров бороться с шумами и искажениями обычного одномерного сигнала. MIMO разделяет один поток на несколько антенн, каждая из которых формирует свой сигнал, более медленный поток данных. На приёмнике каждая антенна принимает свой радиосигнал, который расшифровывается и в итоге получается исходный поток данных. То есть, MIMO делает сигнал двумерным, трёхмерным или сколько угодно мерным, так как в одном канале проходит несколько одновременных передач сигнала.

Сетевые устройства с поддержкой MIMO внешне очень похожи на устройства, поддерживающие технологию "Smart Antenna". И те, и другие используют несколько антенн, но это только внешнее сходство. Две или три антенны на обычном контроллере используются лишь для формирования более мощного сигнала и приёма его по частям, что помогает бороться с эффектом многолучевого приёма. Но технология Smart Antenna используется в MIMO-устройствах почти для тех же самых целей. То есть, MIMO - это больше, чем Smart Antenna.

Сравнение скорости и дальности Wi-Fi сетей

На диаграмме сверху показана скорость Wi-Fi подключения на различном расстоянии от точки доступа. Как видно, на расстоянии примерно 100 метров MIMO оборудование даёт скорость подключения 10-15 Мбит/с, а обычное Wi-Fi оборудование уже "затухает". А что с максимальной скоростью? MIMO-оборудование позволит передавать данные на скорости до 108 Мбит/с, разделяя один поток на два или более (например, на два 54-Мбит/с). Вопрос лишь в поддержке со стороны производителей оборудования.

В этой связи интересно, а как будут работать MIMO устройства в уже существующих Wi-Fi сетях с оборудованием стандартов IEEE 802.11b и IEEE 802.11g, а так же в сетях будущего, построенных по грядущему стандарту IEEE 802.11n? Ответ прост: технология MIMO-OFDM будет использована в стандарте IEEE-802.11n, а так как будущий стандарт будет обратно совместим с 802.11b/g/a. А значит, нормальная работа в уже существующих сетях гарантирована. Другой вопрос - как повлияет MIMO на скорость совместимого оборудования. Можно предположить, что за счёт применения технологии, схожей со Smart Antenna, то есть, использованием нескольких антенн, MIMO-контроллер будет передавать более сильный сигнал, который пройдёт дальше и почувствует сигнал лучше обычного. А это значит, что есть возможность повысить скорость работы на проблемных участках офиса.

Ну что же, посмотрим на оборудование Level One с поддержкой MIMO.

Level One WNC-0500

Сетевой контроллер Level One WNC-0500 с интерфейсом PCI, построен по принципу MIMO. Эту модель легко отличить от обычных Wi-Fi адаптеров по трём антеннам на её панельке. На момент написания обзора этот Wi-Fi адаптер стоил в розницу порядка 36 долларов, что всего на 2-3 доллара дороже обычного Wi-Fi адаптера Level One WNC-0300. Это говорит о том, что MIMO даже за счёт использования трёх антенн не вносит существенный вклад в стоимость оборудования.

Комплект поставки сетевого контроллера Wi-Fi Level One WNC-0500 с поддержкой MIMO

Посмотрим на характеристики этой сетевой платы:

*

Совместимость со стандартами IEEE 802.11 b/g
*

Интерфейс - PCI 32-bit
*

Частота 2.4000 - 2.4835 ГГц
*

Скорость передачи данных:
o

802.11g - 6/9/12/18/24/36/48/54 Мбит/с
o

802.11b - 1/2/5.5/11 Мбит/с
*

Модуляция: QFDM with BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM (11g), BPSK, QPSK, CCK
*

Антенны:
o

Технология Smart Antenna
o

Три внешних антенны - две на приём, одна на передачу
o

Мощность передатчика - 16 dBm
o

Чувствительность на приём:
+

54Mbps OFDM, 10% PER, -79dBm
+

11Mbps CCK, 8% PER, -90dBm
+

1Mbps BPSK, 8% PER, -95dBm
*

Дальность действия:
o

В помещении - от 35 до 200 метров
o

На открытом пространстве - от 100 до 400 метров
*

Защита данных:
o

64/128-битное WEP шифрование
o

WPA (TKIP with IEEE 802.1x)
o

WPA2 (только под Windows 2000/XP)
*

Светодиодные индикаторы: Link, Activity

Комплектация платы вполне обычная - тоненькая инструкция по установке, да компакт-диск с программным обеспечением. Ну и, конечно же, все три антенны в коробочке.

Внешний вид сетевого контроллера Wi-Fi Level One WNC-0500 с поддержкой MIMO

Плата очень компактна и сделана с минимальным количеством элементов. Сетевой контроллер Level One WNC-0500 построен на базе чипа RT2661T от компании RaLink Technology. Этот чип поддерживает две собственные технологии, одна из которых позволяет добиться реальной пропускной способности до 35 Мбит/с (против обычных 20 Мбит/с в сетях IEEE 802.11g), а другая - повышает радиус действия за счёт использования технологии Smart Antenna. При установке в большинство компьютерных корпусов антенны будут располагаться строго вертикально, а в корпусах, где материнская плата располагается горизонтально, антенны придётся располагать "ёлочкой".

Level One WPC-0500

Полный аналог PCI-контроллера, но для ноутбуков, соответственно, выполненный в формате Cardbus.

Wi-Fi контроллер Level One WPC-0500 с поддержкой MIMO

Внешне он ничем не отличается от обычных Wi-Fi контроллеров, и лишь небольшая надпись "MIMO" на коробке и на самой плате говорит о её конструктиве. Как ни странно, но все характеристики этого контроллера аналогичны PCI-модели, в том числе скорость и дальность, хотя он не имеет штырьковых антенн.

Wi-Fi контроллер Level One WPC-0500 с поддержкой MIMO

Чтобы удостовериться в поддержке MIMO, хотя оснований не верить компании Level One у нас нету, придётся разобрать плату.

Wi-Fi контроллер Level One WPC-0500 с поддержкой MIMO

Контроллер построен на том же самом чипе RaLink RT2661T, что и WNC-0500, что объясняет идентичность их функциональных возможностей. А слева на плате мы видим три загнутые дорожки - это три антенны. Две внешних промаркированы буквами "RX", а средняя - "TX". Это значит, здесь две антенны работают на приём, а одна - на передачу. Всё правильно, это настоящий MIMO-контроллер, даже при внешней непримечательности.

Беспроводной MIMO роутер с точкой доступа Level One WBR-5400

Level One WBR-5400 относится к классу беспроводных маршрутизаторов со встроенной точкой доступа. Он позволяет подключить к интернету часть клиентов по проводной сети Ethernet, а часть - по беспроводной. В этом устройстве использование принципа MIMO, пожалуй, востребовано больше всего, потому что к такому маршрутизатору должен быть хороший доступ из разных точек офиса.

Маршрутизатор с точкой доступа Level One WBR 5400 с поддержкой MIMO

*

Совместимость со стандартами IEEE 802.11 b/g, IEEE 802.1x
*

Совместимость с DDNS, UPnP, SNMP
*

Частота 2.4000 - 2.4835 ГГц
*

Порты:
o

4 порта LAN 10/100 Mbps Auto-MDIX RJ45
o

1 порт WAN 10/100 Mbps Auto-MDIX RJ45
*

Память:
o

2 Мб DRAM
o

1 Мб Flash ROM
*

Тип WAN:
o

Статический IP адрес
o

Динамический IP адрес (DHCP клиент)
*

Контроль доступа
o

Фильтрация по MAC-адресу
o

Входящий/исходящий IP фильтр
o

Domain Access Control
*

NAT функционал:
o

One-to-Many NAT
o

One-to-One NAT
o

Virtual Server
o

DMZ Host
*

Скорость передачи данных:
o

802.11g - 6/9/12/18/24/36/48/54 Мбит/с
o

802.11b - 1/2/5.5/11 Мбит/с
*

Модуляция: QFDM with BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM (11g), BPSK, QPSK, CCK
*

Антенны:
o

Технология Smart Antenna
o

Три внешних антенны - две на приём, одна на передачу
o

Коэффициент усиления каждой антенны - 5 dBi
o

Мощность передатчика - 18 dBm
*

Дальность действия:
o

В помещении - от 35 до 200 метров
o

На открытом пространстве - от 100 до 400 метров
*

Защита данных:
o

64/128-битное WEP шифрование
o

WPA (TKIP with IEEE 802.1x)
o

WPA2 (только под Windows 2000/XP)
o

Аутентификация 802.1x под Windows XP
o

WPA аутентификация используя EAP-MD5, EAP-TLS, EAP-TTLS, PEAP, WPA-AES
o

802.11i
*

Брэндмауэр:
o

Встроенный брэндмауэр с режимом SPI
o

Защита от DoS атак
*

VPN:
o

IP Sec, PPTP, L2TP Pass Through
*

Управление через WEB-интерфейс

Маршрутизатор с точкой доступа Level One WBR 5400 с поддержкой MIMO

Маршрутизатор с точкой доступа Level One WBR 5400 с поддержкой MIMO

Внешне новый маршрутизатор легко отличить от обычных по трём большим антеннам на корпусе. Две из них установлены сзади, а ещё одна - сбоку корпуса. Мы уже рассматривали маршрутизаторы Level One, и модель WBR-5400 нас интересует исключительно с точки зрения MIMO.

Тестирование

Для тестирования использовался компьютер, к которому подключался роутер WBR-5400. Он работал в качестве точки доступа и к нему по Wi-Fi подсоединялся ноутбук с установленным контроллером WPC-0500 или другой компьютер с контроллером WNC-0500. Компьютер находился в соседней от маршрутизатора комнате, разделяемой бетонной стеной. Ноутбук - через одну комнату. Для сравнения мы использовали так же контроллер Level One WNC-0300, поддерживающий 802.11g, установленный всё в том же ноутбуке.



Тестирование скорости сети, Sandra 2005
Сетевой адаптер WPC-0500 MIMO PCMCIA

WNC-0500 MIMO PCI


WNC-0300
Макс. скорость, Кбит/c 12210 15640 9990

Тесты показывают, что использование MIMO позволяет добиться значительного увеличения скорости передачи данных по сравнению с обычными Wi-Fi адаптерами, особенно если между двумя устройствами имеются преграды или просто существенное расстояние.

Выводы

Сетевые устройства, относящиеся к классу MIMO, без сомнения, заменят собой обычные IEEE 802.11b/g аналоги. В индустрии компьютерного оборудования очень редки те случаи, когда что-то действительно новое практически не отличается по цене от предшественников. В случае с MIMO сетевыми устройствами это именно так. Разница в цене менее между обычным сетевым контроллером Level One и MIMO-версией составляет менее 5$ в розницу, а это подталкивает делать выбор именно в пользу MIMO-оборудования. На текущий момент MIMO помогает добиться более высокой скорости, по сравнению с обычным беспроводным сетевым оборудованием на большом расстоянии и в сложных условиях. Поэтому для новых беспроводных сетей установка MIMO точек доступа и контроллеров - лучшее решение. Но не стоит забывать, что стандарт IEEE 802.11n уже на подходе, а он будет включать в себя MIMO и кое-что ещё.

Ссылки по теме:

*

Первый шаг к беспроводным сетям Wi-Fi
*

Строим беспроводную сеть на скорости 108 Мбит/с
*

Настраиваем безопасность беспроводной сети Wi-Fi
*

Wi-Fi антенны: повышаем дальность действия беспроводной сети

Мы благодарим компанию "SVEGA Computer", официального дистрибьютора Level One в России за предоставленное сетевое оборудование.

LIKE OFF
14/03.2006