Gigabit im WLAN802.11ac

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Was erwartet Sie?

• Was ist neu bei 802.11ac• Veränderungen bestehender Technologien• Erweiterungen und neue Funktionen

• Veränderungen durch 5 GHz• Durch AC kommt 5 GHz immer mit• Jetzt sind viele Kanäle verfügbar – oder?

• Planung von Projekten• Auswirkungen von AC auf die Infrastruktur• Einsatz der neuen Funktionen

802.11 und seine Weiterentwicklung

• Beginn des Wireless Zeitalters in 1997 (Ratifizierung 802.11)• Rasante Entwicklung in den vergangenen 4 Jahren

(von 54 Mbit/s auf 6930 Mbit/s)• Steigerung der Kanalbandbreiten von 20 auf max. 160 MHz

802.11

802.11b

802.11a

802.11g

802.11n

802.11ad

802.11ac0

10002000300040005000600070008000

Brutto Datenrate(Mbit/s)

Brutto Datenrate(Mbit/s)

PCMCIA Karte DWL-650 (802.11b)

Access Point AirPro DWL-810+ (802.11b)

Access Point DWL-8610AP (802.11ac)

Status Quo Wireless N

• Ratifizierter Standard seit November 2009

• Etabliert in allen gängigen Gerätearten(Laptop, Handy, Tablet, etc.)

• Bietet bis zu 600 Mbit/s bei 4x4 MIMO – gängig ist aber eher 2 x 2

802.11ac – der aktuelle Status

• Stand der Standardisierung• Im November 2013 verabschiedet• Der Abschlussbericht und die offiziellen Standardisierung sind

derzeit in Vorbereitung

• Nach offizieller Standardisierung• Geräte benötigen keine HW, sonder nur ein Firmware Upgrade

Quelle: http://grouper.ieee.org/groups/802/11/Reports/802.11_Timelines.htm

802.11ac – Was ist das Neue daran?

• Mehrere Innovationen machen den Mehrwert von Wireless AC aus• Neue Modulation• Erhöhung der Kanalbandbreite• Partial Streams• Beamforming• Multi User MIMO• Bandsteering

(Nicht basierend auf AC, aber auf Parallelband mit 2,4 & 5 GHz)

• Vorteile für Consumer wie auch für Business

• Existierende Geräte mit Wireless N können von AC profitieren

Neues Modulationsverfahren

• QAM = Quadratur Amplituden Modulation

QAM-16QAM-64QAM-256

QAM-256

• Benötigt einen höheren Signal-Rausch-Abstand (SNR) als andere Modulationsverfahren

• Bei größer werdender Entfernung (Client zu Access Point) wird auf andere, fehlertolerantere Verfahren umgeschaltet (QAM-256 QAM-64 QAM-16)

• Bei hoher Bandbreitenanforderung werden etwa doppelt so viele Access Points benötigt wie bei Wireless N

• Access Points müssen entsprechend dicht gesetzt werden

Erhöhung der Kanalbandbreite

• Wireless N ermöglichte bislang eine maximale Kanalbandbreite von 40 MHz

• Wireless AC bietet zwei neue Kanalbandbreiten

• 80 MHz• 160 MHz

• Diese Erhöhung bringt eine Verdopplung der Übertragungsbandbreite – allerdings auf Kosten derinsgesamt verfügbaren Kanäle

Partial Streams

• MIMO (Multiple Input Multiple Output) ist bereits bei Wireless N bekannt

• Beispiele:

• 2 x 2 (2 x Empfangen, 2 x Senden) mit je 150 MBit/s = 300 MBit/s in eine Richtung

• 3 x 3 (3 x Empfangen, 3 x Senden) mit je 150 MBit/s = 450 MBit/s in eine Richtung

• Die Majorität lag hier bei 2 x 2

Partial Streams

• Wireless AC bietet bis zu 8 Partial Streams

• Vergleich zu Wireless N:

Wireless N150

Mbit/s

Erhöhung

QAM 256

= 200 Mbit/s

Verdopplung auf 80 MHz

Kanalbandbreite= 433 Mbit/s

Verdopplung auf

160 MHz Kanalbandbreite= 866,7 Mbit/s

4 Partial Stream

s= 3.467 Mbit/s

8 Partial Stream

s=6.934 Mbit/s

Beamforming

• Bessere Erreichbarkeit durch Ausrichtung auf den Client

• Einsatz mehrerer Antennen

• Optimal im Einsatz zusammen mit MU MIMO

40o

30o

180o

180o

90o

0o

: Polarization Angle

Multi User MIMO

• An bis zu 8 unterschiedliche Clients können über einen Multi User MIMO-fähigen 802.11ac Access Point gleichzeitig Pakete gesendet werden

• Bei einer Bandbreite von 160 MHz können vier Clients mit je zwei Streams und einer Datenrate von 1.73 Gbps angefahren werden. Das bedeutet eine viermal höhere Datenrate (6,93 Gbps) pro Client als ohne MU MIMO.

Bandsteering

• Optimierte Nutzung des 5 GHz-Bandes

• Clients werden aktiv gepusht, 5 GHz zu nutzen

• Kann über unterschiedliche Parameter optimiert werden

• Nicht nur bei 802.11ac verfügbar:

• DAP-2690 H/W B1• Für DWL-6600AP und DWL-8600AP in Entwicklung

Ideal für Mobile Devices

• Die Nutzung von WLAN ist für Mobile Devices wie Smartphones oder Tablets ein Stromfresser

• 802.11ac verringert den Stromverbrauch durch die sehr hohe Bandbreite und daraus resultierenden, sehr kurzen Sendezyklen

• Signifikant längere Akku-Laufzeiten

802.11ac – 5 GHz wird salonfähig

Beide Frequenzen aktiv

• Viele Clients bieten bereits Parallelband-Fähigkeiten

• Spürbare Entlastung im 2,4 GHz-Band

• Doppelte Bandbreite möglich

5 GHz und seine Kanäle

• Im 5 GHz-Band stehen maximal 18 Kanäle zur Verfügung• Mit größerer Kanalbandbreite und unter Berücksichtigung von

DFS (Radarerkennung) wird diese Anzahl aber wieder wesentlich kleiner

• Bei voller Performance und 160 MHz Kanalbandbreite nur noch ein Kanal!

Kanalbandbreite vs. Kanäle

MCS ModulationDatenrate20 MHZ[MBit/s]

Datenrate40 MHZ[MBit/s]

Datenrate80 MHZ[MBit/s]

Datenrate160 MHZ[MBit/s]

0 BPSK 7,2 15,0 32,5 65,01 QPSK 14,4 30,0 65,0 130,02 QPSK 21,7 45,0 97,5 195,03 16-QAM 28,9 60,0 130,0 260,04 16-QAM 43,3 90,0 195,0 390,05 64-QAM 57,8 120,0 260,0 520,06 64-QAM 65,0 135,0 292,5 585,07 64-QAM 72,2 150,0 325,0 650,08 256-QAM 86,7 180,0 390,0 780,09 256-QAM - 200,0 433,3 866,7

Kanäle: 18 9 4 2

Wireless AC in der Planung

Von n bis ad

• Konzept von einem AP für eine Fläche (Wireless N & AC) bis hin zu einem Access Point pro Gerät (802.11ad)

• Viele Faktoren müssen bei einer Planung berücksichtigt werden

• Frequenzen und deren Ausbreitung• Anzahl der Nutzer• Art der Endgeräte und deren Verkehrsaufkommen

Mehr Clients pro AP

• Wireless AC bringt Vorteile für die Versorgung von Clients

• Mehr Bandbreite insgesamt

• Bandsteering sorgt für eine bessere Verteilung auf beide Frequenzen

• Multi User MIMO versorgt einzelne Clients mit einer besseren Bandbreite

• Beamforming ermöglicht einen besseren Empfang

Verteilung der APs

• Am Anfang steht eine intensive Planung

• Besonderheiten in Gebäuden (Aufzugsschächte, Brandschutztüren) müssen berücksichtigt werden

• Die Anzahl von Clients pro AP spielt eine wesentliche Rolle bei der Dimensionierung des Netzwerks

Konkrete Schritte bei der Planung

• Abdeckung• Anzahl der Clients in einem Bereich durch max. Anzahl der Clients pro AP

ergibt bereits eine erste grobe Schätzung

• Insbesondere in Besprechungsräumen ist diese Art der Berechnung die bevorzugte

• Mit Hilfe von Tools eine Ausleuchtung durchführen, um bauliche Gegebenheiten zu berücksichtigen

• Bei Ausleuchtung immer die maximale Sendeleistung der APs herabsetzen (für AP-Failover und als Reserve bei der Installation)

• Ausrichtung der APs berücksichtigen

Konkrete Schritte bei der Planung

• Kanalplanung• Eine manuelle Planung ist bei Standalone-APs Pflicht

• Zentrales Management durch DWC/DWS ermöglichen eine automatische Einstellung und auch Anpassung während des Betriebs

• Wichtig bei der Planung ist, welche Kanäle überhaupt zum Einsatz kommen sollen. Dies muss in den Access Points bzw. in den Controllern konfiguriert werden.

Beispiel: DWC-1000 Screenshot

Konkrete Schritte bei der Planung

• RF-Management• Automatisches Channelmanagement aktivieren und die Zeit einstellen

(regelmäßig alle x Stunden oder um eine bestimmte Uhrzeit)• Regelmäßig (mind. alle 15 Minuten) die Sendeleistung anpassen

• Bandsteering• Aktivieren und ggf. Optimieren der Parameter:

• Empfangsstärke• Connection Limit (User Limit oder Auslastung in %)

• Load Balancing• Maximale Anzahl User oder Traffic pro Access Point• Verteilung von Clients – beispielsweise in Hörsälen/Tagungsräumen

Inbetriebnahme

• WLAN muss sich einschwingen• Kanalmanagement braucht einige Zeit, um die optimalen Einstellungen

zu finden

• Regelmäßiges Monitoring• Wie viele Clients sind wo angemeldet?• Wie ist die Auslastung der Access Points?• Gibt es Überlastungen und braucht es ggf. noch einen AP?

• Eventuell Optimieren der Einstellungen in den Clients• Roamingverhalten• Empfangsstärke• Verhalten bei Standby

Zusammenfassung

• Wireless AC bietet wichtige Erweiterungen

• Bandbreite• Clientmanagement (Multiuser MIMO, Beamforming)

• Zusätzliche Funktionen bieten besseres Loadbalancing

• Bandsteering• AP-Load-Balancing