27
1
2
DCF: „Pest“ oder Segen für die Entwicklung des WLAN?
Die dritte Welle der WLAN Chips rollt auf uns zu!
MU-MIMO, DER Schlüssel zu höherer Performance?
Warum IEEE 802.11ac eigentlich KEIN „Gigabit WLAN“ ist
Welche Anwendungen brauchen überhaupt WLAN mit mehr als 1 Gigabit/s?
Ausblick: Parallelität wird (mal wieder) die Kapazität erhöhen
Übersicht
3
DCF – die Distributed Coordination Function
DIF
S
SIF
S
DIF
S
Station A Frame ACK
Station B wartet
Station C wartet Frame
CW CW
wartet
wartet
Backoff Frame
AP
B
A
C
31
2
4
5
6
8
7
9
10
11
12
13
14
4
DCF = CSMA/CA
5
Das Hidden-Station-Problem
DCF funktioniert nur, wenn sich alle Stationen hören!
DIF
S
Station A Frame
Station B wartet
Station C wartet
CW
Backoff Frame
AP
B
A
C
Frame
6
Hidden Stations – DAS Problem in großen WLANs
„Channel Utilization“
7
Wo kommt die Channel Utilitzation her?
Quelle: http://www.revolutionwifi.net/revolutionwifi/p/ssid-overhead-calculator.html
Beacon Data Rate (Mbps)
Beacon Frame Size (Bytes)
Beacon Interval (ms)
Amount of Overhead:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
1 1,74% 3,48% 5,22% 6,96% 8,70% 10,44% 12,18% 13,92% 15,66% 17,40%
2 3,48% 6,96% 10,44% 13,92% 17,40% 20,88% 24,36% 27,84% 31,32% 34,80%
3 5,22% 10,44% 15,66% 20,88% 26,10% 31,32% 36,54% 41,77% 46,99% 52,21%
4 6,96% 13,92% 20,88% 27,84% 34,80% 41,77% 48,73% 55,69% 62,65% 69,61%
5 8,70% 17,40% 26,10% 34,80% 43,51% 52,21% 60,91% 69,61% 78,31% 87,01%
6 10,44% 20,88% 31,32% 41,77% 52,21% 62,65% 73,09% 83,53% 93,97% 100,00%
7 12,18% 24,36% 36,54% 48,73% 60,91% 73,09% 85,27% 97,45% 100,00% 100,00%
8 13,92% 27,84% 41,77% 55,69% 69,61% 83,53% 97,45% 100,00% 100,00% 100,00%
9 15,66% 31,32% 46,99% 62,65% 78,31% 93,97% 100,00% 100,00% 100,00% 100,00%
10 17,40% 34,80% 52,21% 69,61% 87,01% 100,00% 100,00% 100,00% 100,00% 100,00%
11 19,14% 38,29% 57,43% 76,57% 95,71% 100,00% 100,00% 100,00% 100,00% 100,00%
12 20,88% 41,77% 62,65% 83,53% 100,00% 100,00% 100,00% 100,00% 100,00% 100,00%
13 22,62% 45,25% 67,87% 90,49% 100,00% 100,00% 100,00% 100,00% 100,00% 100,00%
14 24,36% 48,73% 73,09% 97,45% 100,00% 100,00% 100,00% 100,00% 100,00% 100,00%
15 26,10% 52,21% 78,31% 100,00% 100,00% 100,00% 100,00% 100,00% 100,00% 100,00%
16 27,84% 55,69% 83,53% 100,00% 100,00% 100,00% 100,00% 100,00% 100,00% 100,00%
Number of SSIDsNumber of APs
on Channel*
0-10% Low 10-20% Medium 20-50% High >50% Very High
802.11b Long Preamble used for 1 Mbps; Short Preamble used for 2, 5.5, 11 Mbps802.11g short slot time is assumed, with no 802.11b clients within rangeWMM is enabled and beacons are transmitted using Best Effort AC
190
102,4
ASSUMPTIONS:VARIABLES:
802.11b 1 Mbps
8
Warum haben „Hidden Stations“ Probleme mit hoher Channel Utilization?
APs hören sich gegenseitig zu gut
Clients hören nicht alle APs
Es gibt Kollisionen
9
AP-003003
AP-003132
AP-003133
AP-003135
AP-003014
AP-003122
AP-003134
AP-002026
Wo sich ein mobiles Endgerät verbindetQ
uelle
: w
ww
.fro
g.n
l
10
Mobilität = schwankende Signalstärke und Bitrate
11
Koexistenz der WLAN-Standards in einem Enterprise WLAN (April 2016)
12
In Enterprise WLANs hören sich Access Points häufig zu gut
trifft insbesondere auf Hallen zu
Viele gleichzeitig aktive WLANs (= SSIDs) belegen das Medium Luft, ohne dass Daten übertragen werden
DCF kann nicht mit „Hidden Stations“ umgehen
schlechte Performance trotz guter Funkausleuchtung
Erstes Fazit
13
Die Spezifikation der IEEE 802.11ac wird vollständig unterstützt
Was bringt IEEE 802.11ac „Wave 3“?
Quelle: http://www.cisco.com/c/en/us/solutions/collateral/enterprise-networks/802-11ac-solution/q-and-a-c67-734152.pdf
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Zur Erinnerung: IEEE 802.11ac-Mathematik
Ergibt bei 8 Spatial Streams 6.934 MBit/s!
BPSK: Binary Shift Keying, QPSK: Quadrature Shift Keying, QAM: Quadratur-Amplitudenmodulation
Brutto-Datenraten (ein Spatial Stream, 400ns Guard Interval)
Modulation Code-Rate
Datenrate 20 MHz (MBit/s)
Datenrate 40 MHz (MBit/s)
Datenrate 80 MHz (MBit/s)
Datenrate 160 MHz (MBit/s)
BPSK 1/2 7,2 15,0 32,5 65,0
QPSK 1/2 14,4 30,0 65,0 130,0
QPSK 3/4 21,7 45,0 97,5 195,0
16-QAM 1/2 28,9 60,0 130,0 260,0
16-QAM 3/4 43,3 90,0 195,0 390,0
64-QAM 2/3 57,8 120,0 260,0 520,0
64-QAM 3/4 65,0 135,0 292,5 585,0
64-QAM 5/6 72,2 150,0 325,0 650,0
256-QAM 3/4 86,7 180,0 390,0 780,0
256-QAM 5/6 - 200,0 433,3 866,7
15
Zur Erinnerung: Kanäle bei IEEE 802.11ac
Strenge Anforderungen gem. EN 301 893(„Radarlücke“)
16
8x8 MIMO auf 5 GHz
4x4 MIMO auf 2,4 GHz
Neue Modulation 1024 QAM
das gibt´s nicht einmal in der IEEE 802.11ac…
Quantenna Chipsatz QSR10G - „10G Wi-Fi“
Quelle
: http://w
ww
.quante
nna.c
om
17
Die Signalstärke nimmt quadratisch mit dem Abstand ab
Wie weit reicht 11ac?
X dBm
X + M dBm
=
22210
4log10
dfc
PL t
rπ
18
Beispiel: Mindest-Signalstärken bei Cisco Aironet 3700
Modulation Code-Rate
802.11n20 MHz
3 Streams
802.11ac20 MHz
3 Streams
802.11ac40 MHz
3 Streams
802.11ac80 MHz
3 Streams
BPSK 1/2 -90 dBm -90 dBm -87 dBm -84 dBm
QPSK 1/2 -88 dBm
QPSK 3/4 -85 dBm
16-QAM 1/2 -82 dBm
16-QAM 3/4 -79 dBm
64-QAM 2/3 -74 dBm
64-QAM 3/4 -73 dBm
64-QAM 5/6 -72 dBm
256-QAM 3/4
256-QAM 5/6 -67 dBm -64 dBm -61 dBmQuelle: Cisco Datenblatt für Aironet Serie 3700 Access Points
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Extrapolation auf 7 Gbit/s
Verdoppelung der Kanalbandbreite verringert Empfindlichkeit um 3 dB
Jeder zusätzliche Spatial Stream verringert Empfindlichkeit um 1 dB
Theoretische Mindest-Signalstärke für 160 MHz und 8 Streams: -53 dBm
20
Reichweiten bei idealisierter Freiraumausbreitung
21
Die Hersteller haben es geschafft, bis zu 5 Gbit/s Nutzdaten zu übertragen
„Wave 2“ ist verfügbar und erreicht bis zu 2,5 Gbit/s netto
Die Werte setzen 160 MHz breite Kanäle voraus
das ist in Enterprise WLAN (derzeit) nicht möglich
Eine realistische Kanalplanung wird 40 MHz pro Kanal vorsehen
damit bleibt es bei maximal 1 Gbit/s netto
Die Reichweite dafür ist äußerst begrenzt
Fazit zu IEEE 802.11ac
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Hilft Multi-User MIMO weiter?
MIMO
MU-MIMO
23
Unterstützt ab IEEE 802.11ac „Wave 2“
mindestens 4 Antennen am AP
Erwarteter Vorteil: insgesamt geringere Belegung des Mediums
Aber: Access Points und Clients müssen MU-MIMO unterstützen
Wie wahrscheinlich ist es, dass in einer gemischten Enterprise-Umgebung zwei 11ac Clients gleichzeitig Daten empfangen?
Fazit zu Multi-User MIMO
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Anwendungen im Enterprise WLAN (ein Auszug…)
Office
Windows Clients in Besprechungsräumen
Umgebungen mit „WLAN Only“
Logistik
Handscanner
Staplerterminals
Komissionierwagen
Fahrerlose Transport-Fahrzeuge
(FTF/AGV)
Fertigung
Schrauber
Handscanner
Testgeräte
Steuerungen
Wartung
Wearables (z.B. Google Glass)
Privat
Smartphones und Tabletts
Welche Anwendungen betreiben Sie?
Bes
onde
re A
nfor
deru
ngen
an
An
two
rtzeit
bzw
. B
itra
te
25
Legacy Responsive High Speed Convenience
WLAN IEEE 802.11b/g/n
WLAN IEEE 802.11a/g/n
WLANIEEE 802.11n/ac
MobilfunkEDGE/HSPA/LTE
2,4 GHzKanäle 1/6/11
5 GHzKanäle 36-48
5 GHzKanäle 52 - 140
Der Parallelität gehört die Zukunft!
Bildquellen: Datalogic, Siemens, Hoerbiger, Apple
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