Rychlá WiFi nabízející propustnost minimálně 100 Mbit/s na úrovni MAC (čtyřikrát více než 802.11a/g) už není jen snem, ale tvrdou realitou, jak napovídají průzkumy trhu s bezdrátovými sítěmi. Celá polovina letos prodaných čipových sad pro WiFi bude určena právě pro rychlou WLAN a podle analytiků to bude do pěti let celých 90 %. Prudký nárůst zájmu ze strany koncových uživatelů i firem byl zřetelně ovlivněn zahájením testování Wi-Fi Alliance v rámci certifikačního programu zahájeného vloni v červnu.
Úspěšné 802.11n, norma do roka
Přestože norma IEEE 802.11n nebyla (a není) hotova, vyšlo se z jejího tehdejšího návrhu (draft 2.0) a k dnešnímu dni získalo logo Wi-Fi Certified 802.11n draft 2.0 na 325 nejrůznějších síťových bezdrátových zařízení i spotřební elektroniky, z nichž navíc polovina je současně otestována na vysokou bezpečnost s minimálními nároky na konfiguraci (WiFi Protected Setup; viz článek Bezpečnost WiFi záleží jen na vás).
Dopad rozhodnutí certifikovat zařízení dříve, než byla dokončena norma, neznamená jen příznivý rozvoj trhu s pre-certifikovanými (zkratka pro certifikaci pre-802.11n) zařízeními, ale také značnou jistotu, že výsledná norma (ať už bude schválena kdykoli) se nebude od stávajícího návrhu v ničem výrazně lišit. Důvod je nasnadě: všichni výrobci stávajících zařízení jsou současně aktivními účastníky technických prací a hlavně schvalovacího procesu v podvýboru IEEE 802.11n, takže takové odchylky, které by vedly ke značným nákladům na změny v produktech v budoucnu, přes ně neprojdou.
Na projektu rychlé WLAN se pracuje od roku 2002 a první návrh normy byl hotov ani ne do roka. Druhý, s jistotou lze říci že stabilní návrh, byl dokončen o čtyři roky později (v březnu 2007), ale plán dokončení a schválení konečné normy je zatím stanoven na září 2009. Celý následující rok si totiž vyžádají jednotlivé kroky formálního schvalování, protože technická práce je prakticky hotova.
Technické principy 802.11n
Připomeňme technické principy, které využívá nová WiFi pro zvýšení své výkonnosti (podrobněji viz též související články, uvedené na konci textu): MIMO (Multiple Input Multiple Output) a 40 MHz kanál. Přechod od jednoho toku signálu jednou vysílající anténou ke čtyřem signálům čtyřmi anténami znamená čtyřnásobný skok v přenosové rychlosti. Vzhledem k nákladům spojeným s použitím více antén je ovšem režim 3×3 až 4×4 MIMO pouze volitelný. A dokonce kvůli nejmenším koncovým zařízením je podpora dvou antén povinná pouze pro přístupové body.
Kanál o šířce 40 MHz je rovněž pouze volitelný, jednak kvůli spolupráci se systémy používajícími kanál o 20 MHz, a jednak kvůli regulačním omezením v různých zemích. Nicméně využití 40 MHz je naprosto klíčovým prvkem technické specifikace 802.11n, protože zdvojnásobení rychlosti pomocí zdvojnásobení šířky pásma je nákladově velmi výhodné řešení. Zpětná slučitelnost s 802.11a/g zajišťuje, že při použití dvou sousedních 20 MHz kanálů pro 802.11n se na obou vysílá informace o rezervované délce vysílání, takže stanice 802.11a/g se zachovají správně a odloží své vlastní vysílání, přičemž rámcům 802.11n dál nijak nerozumí.
Správa koexistence systémů používajících 20 nebo 40 MHz kanálů a řešení možného překrývání kanálů u sousedních přístupových bodů jsou nutné a řeší se následovně: každý přístupový bod před využitím 40 MHz musí skenovat sousední systémy (BSS, Basic Service Set), aby nedošlo k překrývání jejich vysílacích kanálů. Při vysílání na kanále o šířce 40 MHz v pásmu 2,4 GHz musí aktivní stanice periodicky skenovat překrývající se kanály. Pokud se na překrývajícím kanále zjistí práce jiného BSS s šířkou kanálu o 20 MHz, musí stávající BSS o 40 MHz změnit (omezit) svou práci na volný 20 MHz kanál.
Zpětná slučitelnost jako vždy zvyšuje režii, a tím snižuje výkonnost systému, proto norma volitelně nabízí nejefektivnější režim pro sítě 802.11n tzv. na zelené louce, kde není třeba se ohlížet na ostatní typy WiFi. Dosah u 802.11n bude při zvýšení rychlosti zachován jako u stávajících sítí.
MIMO a 40MHz kanál umožnilo zvýšení kapacity na fyzické vrstvě 802.11n. Další zvýšení propustnosti nad 100 Mbit/s umožňuje princip agregace rámců na úrovni MAC (Media Access Control). Díky agregaci lze s 600 Mbit/s na fyzické vrstvě dosáhnout 400 Mbit/s na MAC.
802.11n také vychází vstříc požadavkům na snížení spotřeby energie u malých bateriově napájených zařízení. Na úrovni MAC je zabudovaná podpora PSMP (Power Save Multi-Poll), která mírně vylepšuje využití kanálu a energetickou spotřebu, zejména pro periodické přenosy malého objemu dat (např. VoIP). Přenosy od přístupového bodu směrem k uživateli se slučují dohromady a jsou naplánovány. Plánování umožňuje vypnutí zařízení až do doby, než je přijímač skutečně potřeba.
Certifikace Wi-Fi Alliance pro hlas
Wi-Fi Alliance zahájila volitelný certifikační program pro hlasové aplikace po WiFi (VoWi-Fi, Voice over WiFi) určené pro „malé zákazníky“, tj. WLAN pro menší kanceláře a domácnosti. Koncem června získaly logo Wi-Fi Certified Voice-Personal první produkty např. od Broadcom, Cisco Systems či Intel.
Nový program se zaměřuje nejen na tradiční testování vzájemné spolupráce zařízení (směrovače, přístupové body, laptopy a duální telefony s podporou WiFi) od různých výrobců, ale také na jejich výkonnost, aby výsledná kvalita hlasové konverzace (QoE, Quality of Experience) přenášené po bezdrátové síti byla dobrá. Zajištění potřebné úrovně QoS (Quality of Service) poskytované sítí je základem pro přenos hlasu v bezdrátové LAN a je součástí normy IEEE 802.11e.
Pakety obsahující hlasový provoz musí být upřednostněny oproti ostatnímu provozu (dat, audia i videa) kvůli svým nárokům na minimální latenci, minimální rozdíly ve zpoždění příchodu jednotlivých paketů (jitter) a malou ztrátovost paketů, vyplývajícím z potřeby hladké interaktivní komunikace mezi volaným a volajícím, bez výpadků a hluchých míst. Program testuje zařízení v kombinovaném provozu (data/hlas) na ztrátovost paketů pod 1 % a latenci i maximální kolísání zpoždění pod 50 ms.
Podle analytiků lze očekávat trh s duálními telefony (mobilní/WiFi) v roce 2011 v počtu 250 až 350 miliónů kusů. Doplnění WiFi do mobilních telefonů přináší všechny výhody WiFi včetně vyšší přenosové kapacity pro náročnější aplikace, lepšího pokrytí ve vnitřních prostorách i služby založené na lokalizaci (LBS, Location based Services) s pomocí WiFi.
Hlas po WiFi nebo v mobilních sítích?
Podpora WiFi je jednou z alternativ rozvoje širokopásmových mobilních služeb, proti níž stojí rozvíjející se silná skupina technologií (propagovaná silnými mobilními provozovateli) včetně mobilního WiMAX, ale zejména vyšší vývojové stupně 3G jako HSPA (High-Speed Packet Access) a LTE (Long Term Evolution). Ti se chystají řešit např. pokrytí uvnitř budov pomocí femtobuněk, které budou moci využívat stávající mobilní telefony, ovšem za cenu (doslova) instalace malé základnové stanice (doma nebo v kanceláři). Který z trendů nakonec ovládne trh (pokud má vůbec některý zvítězit), zatím nelze odhadnout. WiFi má již nyní skutečně velkou a pevnou základnu, zatímco masové nasazení mobilního WiMAXu bude trvat aspoň rok dva a LTE a femtobuňky jsou otázkou dokonce ještě delší doby.
Navíc by se nemělo zapomínat na trend konvergence v sítích, jejich službách i koncových zařízeních: podpora WiFi znamená podporu paketového přenosu hlasu v konvergované síti (data/hlas/obraz), zatímco rozšíření stávajících mobilních sítí se konvergenci vyhýbá.
Zajištěna kvalita i bezpečnost přenosu hlasu
Nový program ověřuje pouze část telefonní konverzace přenášené přes WLAN, nikoli koncovou kvalitu hovoru (rozhodně netestuje vyšší protokoly jako SIP nebo Skype). Testování základních vlastností a spolupráce se provádí buď podle 802.11a/b/g, nebo 802.11n (draft 2.0) a současně podle bezpečnostní specifikace WPA2 (WiFi Protected Access) založené na normě IEEE 802.11i. Prvky QoS se testují podle specifikace WMM (WiFi Multimedia) a přístupové body navíc podle WMM Power Save (testování klientů se provádí volitelně také), vycházející z normy 802.11e. WMM Power Save šetří baterie o 30 až 60 % tím, že klientská zařízení nechává déle v režimu spánku (nutná je implementace na koncových zařízeních i přístupových bodech). Pro zajištění kvalitního telefonování po WiFi je nutné mít nejen přístupové body, ale i klienty certifikované na Voice-Personal.
Na program Voice-Personal by ještě letos měl navázat certifikační program obdobného charakteru, ale tentokrát určený pro podnikové sítě (Wi-Fi Certified Voice-Enterprise). V nich už se po delším váhání ujal přenos hlasu po IP (VoIP, Voice over Internet Protocol) v pevných sítích i rozšíření o WLAN, ale pustit hlas do podnikové WiFi si zatím moc firem netroufá. Zde musí testování ještě vzít v úvahu přesun uživatelů mezi přístupovými body, vyžadující stejnou kvalitu telefonování i vysokou úroveň zabezpečení.
