vk_logo twitter_logo facebook_logo livejournal_logo googleplus_logo youtube_logo telegram_logo telegram_logo

Скорости в беспроводных сетях Wi-Fi, 4G, или "где мой Гигабит?" 18

Дата публикации: 04.01.2016
Количество просмотров: 5103

Рассмотрим особенности скоростей передачи данных в беспроводных сетях, и факторы, влияющие на эту характеристику. И укажем причины несоответствия заявленных и реальных скоростей работы беспроводного оборудования.

Введение

В паспортах любого современного беспроводного оборудования, предназначенного для беспроводной пакетной передачи данных: Bluetooth, Wi-Fi, WiMAX, LTE и т.д., указываются какие-то "заоблачные" скорости передачи данных в 300 – 600 Мбит, или даже в 1 – 6 Гигабит. Однако, принеся домой Wi-Fi роутер с волшебной надписью на коробке "300 Mbps Ultimate Wireless N" (рисунок 1), далеко не всегда можно получить хотя бы десятую часть от заявленной скорости.


Рисунок 1 – Коробка типичного Wi-Fi роутера, обещающего 300 Мбит

В чем же причина? Быть может это глобальный обман и заговор, инициированный производителями беспроводного оборудования по всему миру? Нет, это всего лишь стандарт. О том, как получилось так, что стандарт не соответствует жизненным реалиям и пойдет речь в этой статье.

1. Хотели, как лучше – поколение 4G

Чтобы разобраться в тех вопросах, которые были озвучены во введении нужно для начала выяснить, по какому принципу беспроводные сети относят к технологиям 1-го, 2-го, 3-го, или 4-го поколений? И кто решает какое поколение сетей функционирует сейчас, и что должно с ними произойти, чтобы они (сети) сделали level up?

Стандарты в области электросвязи разрабатывает немало известный ITU (аббревиатура в переводе на наш – Международный Союз Электросвязи), в который входит рабочая группа ведущих специалистов области связи. Они же и определяют критерии эволюции сетей.

Например, сети первого поколения 1G появились в 80-х годах и были полностью аналоговыми, они могли предоставлять лишь услуги передачи голосовых вызовов. Сети первого поколения не были глобальными, и обычному обывателю не предоставлялось никаких технических возможностей позвонить из села Кукуево в штат Колорадо своему дядюшке Джо.

В 90-х появились первые цифровые сотовые сети стандарта GSM, это уже были сети второго поколения 2G. По мере развития технологий появлялись различные сервисы (например, GPRS), позволяющие значительно (до 100 кБит/сек) повысить скорость передачи пакетных данных. Этого было маловато для сетей следующего поколения 3G, но в то же время это было круче, чем 2G, поэтому называли 2.5G.

А дальше понеслось: появлялись различные технологии обработки и кодирования информации (CDMA, EDGE, EV-DO, UMTS c HSDPA и HSUPA, HSPA+, и др.), которые позволяли все больше и больше повышать скорость передачи информации, и они соответствовали сетям поколений 2.75G, 3G, 3.5G, 3.75G.

А дальше ITU-шники выпустили документ, в котором описывались технические требования, которыми должно обладать оборудование 4-го поколения 4G. Если вкратце, то в стандарте изначально указывалось, что для неподвижного абонента базовая станция должна обеспечить скорость в 1 Гбит/сек, а для мобильного – до 100 Мбит/сек. То есть валите вы боком по городу на скорости 120 километров в час и смотрите YouTube в Full-HD разрешении. Сидите в кафе, а ваш ноутбук всасывает 15 гигабайт фильма за считанные секунды, при этом ноутбук под действием электромагнитного излучения разлагается в плазму (шутка). Намерения разработчиков стандартов очень даже благие, не так ли? Способно ли оборудование операторов связи, представленное на современных 4G сетях, обеспечить такие скорости передачи данных? Конечно же нет.

Для того чтобы понять, почему так получилось, давайте рассмотрим особенности технологии, которые лежат в основе работы современных Wi-Fi и 4G сетей.

2. Wi-Fi, WiMAX, LTE – пакетные сети

То, что перечисленные выше сети – пакетные, является одной из главных причин, почему заявленная "на коробке" скорость не соответствует тому, что находится внутри. Данные помещаются в так называемый пакет (или кадр), который играет роль контейнера для передачи информации по сети. Вместе с "полезной" информацией в пакете передается еще и служебная информация, которая содержит адреса источника и назначения, биты управления, контрольную сумму пакета и т.д. И если в спецификации Wi-Fi указывается скорость передачи данных в 54 Мбит/сек, то это значит, что речь идет о так называемом брутто скорости, или скорости передачи всей информации, включая служебную.

Помимо этого, точки доступа постоянно обмениваются между собой и другой служебной информацией, например, отправляют пакеты "запрос на передачу пакеты", или "свободен для передачи". Кроме того, существуют еще и различные расширяющие последовательности символов (последовательность Баркера), которые применяются, чтобы облегчить детектирование сигнала в общем электромагнитном потоке.

Всех примеров и особенностей в рамках одной статьи не перечесть, поэтому для наглядности приведем экспериментальные данные с указанием того, как зависит скорость передачи информации в Wi-Fi сети от количества подключаемых абонентов. Модель эксперимента показана на рисунке 2. В качестве точки доступа используется оборудование, работающее на базе стандарта IEEE 802.11n с 4 антеннами, т.е. предельная скорость передачи данных – 300 Мбит/сек.

Описание эксперимента: к точке доступа поочередно подключаются Абоненты 1–4, и с подключением каждого нового абонента замеряется скорость передачи данных. Измерение скорости производится с помощью online-инструмента для анализа и оценки скорости передачи информации и качества широкополосных соединений – speedtest.net. Для чистоты эксперимента сетевая карта абонента переведена в режим работы только IEEE 802.11n.

На первом этапе к точке доступа по беспроводному каналу подключается Абонент 1, производится измерение скорости передачи данных с помощью сервиса speedtest, рисунок 3. Далее к точке доступа подключается два клиента, измерение скорости передачи данных производится вновь. Таким образом, происходит последовательное увеличение клиентов в сети, и производится наблюдение изменения скорости передачи информации в восходящем и нисходящем потоках. Результаты эксперимента показаны на рисунке 4.


Рисунок 2 – Подключение абонентов к точке доступа


Рисунок 3 – Пример измерения скорости передачи данных в сети с помощью speedtest.net


Рисунок 4 – Результаты эксперимента

Как можно видеть из приведенного графика, с увеличением количества абонентов в сети, скорость передачи данных нелинейно уменьшается. Эта нелинейность обусловлена тем, что количество служебного трафика в сети также увеличивая, уменьшая объем передачи "полезного трафика". Скорость подключения одного абонента в сети составила 26.7 Мбит/сек. Эта цифра далеко от 300 Мбит по ряду причин. Во-первых, в диапазоне радиуса действия точки доступа были еще и другие доступные подключения, которые создавали помехи (для чистоты эксперимента нужно воспользоваться безэховой камерой, которой под рукой не оказалось). Во-вторых, служебная информация откусывает от этой цифры свою долю, и в-третьих – технология MIMO.

3. MIMO – спасите наши души

Расшифровывается аббревиатура MIMO – много входов и много выходов, то есть используется "много" антенн для передачи и приема. Принцип ее работы заключается в том, что количество каналов передачи "виртуально" разделяется, и каждая пара антенн создает канал для передачи. Человечество в вопросах развития беспроводной связи пошло в сторону увеличения электромагнитного она, и это не есть хорошо, но сейчас речь не о том.

Подводным камнем этой технологии является то, что если у источника 4 антенны, а у приемника – всего одна, то скорость передачи данных она не увеличит. Количество антенн во всех современных переносных гаджетах – одна, иначе этот гаджет никогда не будет отключаться от сети, так как его батарея будет держать заряд в разы меньше. Тем не менее, в стандартах беспроводных сетей указывается максимальная скорость передачи с учетом того, что и приемник, и передатчик работают с максимальной поддержкой MIMO 4х4, или 8x8.

Несколько раз в магазинах цифровой техники мне приходилось слышать диалоги о том, как не очень понимающая женщина спрашивала консультанта, мол зачем тут 4 антенны, тыкая в Wi-Fi роутер. Тот в ответ,  мол если у вас в квартире несколько устройств, то каждый будет работать через отдельную антенну, тем самым связь с каждым отельным устройством будет лучше. Хочу отметить, что это также неверное представление. В стандарте IEEE 802.11n несмотря на то, что там 4 антенны, не предусмотрена работа с несколькими логическими каналами (несколькими абонентами). Поддержка нескольких (и то всего двух) абонентов началась только в недавно появившемся IEEE 802.11ac, где роутеры имеют по 8 антенн.

Заключение

В заключение хотелось бы отметить, что обеспечение гигабитной скорости передачи данных в рамках существующего 4G оборудования – возможна. Но для того чтобы Вы, как абонент, получили такую скорость, ваше устройство должно быть единственным в сети, на вашем гаджете должно быть установлено как минимум 8 антенн (видимо вы носите с собой 80-ти килограммовый аккумулятор или дизель генератор), ну и находитесь вы на расстоянии в 10-15 метров от базовой станции. Дешевые точки доступа Wi-Fi тоже никогда не покажут обещанные 300 – 600 Мбит, так как СВЧ-часть таких устройств должна быть выполнена очень качественно (согласование на высшем уровне, пайка золотом и т.д.). О каком качестве может идти речь, если точка доступа стоит 3000 рублей (да даже 15 тысяч). Таким образом, указанная на коробках точек доступа скорость передачи данных является теоретической, рассчитанной, максимально возможной скоростью, которая даже в лабораторных условиях реализуется только на тестовом оборудовании, сделанном за большие деньги.

От редакции: если у вас есть чем поделиться с коллегами по отрасли, приглашаем к сотрудничеству
Ссылка на материал, для размещения на сторонних ресурсах
/articles/article/28568/skorosti-v-besprovodnyih-setyah-wi-fi-4g-ili-gde-moy-gigabit-.html

Комментарии:(18) комментировать

5 января 2016 - 0:20
Robot_NagNews:
#1

Материал:
Рассмотрим особенности скоростей передачи данных в беспроводных сетях, и факторы, влияющие на эту характеристику. И укажем причины несоответствия заявленных и реальных скоростей работы беспроводного оборудования.

Полный текст


5 января 2016 - 0:20
wanderer_from:
#2

какая-то антинаучная галиматья, извинити.

Где продолжение эксперимента с увеличением количества абонентов? Почему остановились на 4-х? В доме у школьника закончились гаджеты?


5 января 2016 - 0:54
dryukov:
#3

кому то в новый год скучно )


5 января 2016 - 1:28
Kirya:
#4

> 802.11n с 4 антеннами, т.е. предельная скорость передачи данных – 300 Мбит/сек.
Это неверно. 4 антенны MIMO по стандарту на 40 Mhz ширины канала при длинной преамбуле дают 600 мбит, 300 мбит дают 2 антенны.

> Описание эксперимента: к точке доступа поочередно подключаются Абоненты 1–4, и с подключением каждого нового абонента замеряется скорость передачи данных.
А клиенты на какой ширине канала работают ?
И сколько у них антенн ?

> В стандарте IEEE 802.11n несмотря на то, что там 4 антенны, не предусмотрена работа с несколькими логическими каналами (несколькими абонентами).
Это не совсем так.
Возможны, когда в зоне работы начинает работать 802,11G или B клиент, тогда,из MIMO это канал исключает и он (т.е антенна) начинает работать с G/B абонентом,
а остальные работают по N.


5 января 2016 - 2:13
-Ars-:
#5

То есть я правильно понимаю, что при скорости подключения на карточке в 300 Мбпс максимальная скорость закачки будет 27 Мбитс? Гхм. Как же при на линке, распознаваемом и роутером, и карточкой в 72 Мбитс, 6 подключенных клиентах и 28 сетях по соседству получаю 40-50 Мбитс на закачку? Не иначе, заговор.


5 января 2016 - 2:51
kayot:
#6

Каникулы, школьники делятся сокровенными мыслями. И не важно что это чушь, главное поделиться.
Мегабит 200 на 3ех антенном роутере и таком же USB-свистке можно получить без проблем, никаких "в лучшем случае 1/10 скорости" и близко нет.
Да мой телефон через тп-линковский 2ух антенный роутер 50мбит на спидтест выдает :) И это девайс без MIMO, да в квартире где видны 20+ соседских точек на всех каналах.


5 января 2016 - 2:59
st_re:
#7

нуу... спидтест. Я на 100 мегабитном медном порту 150+ мегабит в их попугаях получал безо всяких шаманств с моей стороны.


5 января 2016 - 5:10
kayot:
#8

st_re
Это у тебя что-то в консерватории испортилось, RTC венды глючат :)


5 января 2016 - 18:21
kaeskat:
#9

Не, ну реально, кто школьников пустил статьи писать?
4G, LTE и WiFi в одну кучу? Speedtest в качестве метрики скорости локального оборудования? Вы серьезно?
Хоть бы тесты сетевого оборудования на профильных сайтах почитали, для начала, а то iPerf? - не, не слышали...

Если уж писать про особенности современного WiFi, то начать надо именно с того, что правильно было бы вздрючить производителей оборудования за откровенный булшит на коробках. Когда очередной мега-роутер щеголяет СУММОЙ скоростей во всех диапазонах.

Затем следует вменяемо объяснить среднему пользователю, что мега-роутер сам по себе его не спасет и не улучшит связь любимому планшетику или айфончику, потому как тот действительно чаще всего имеет только одну приемную антенну и скорость приема будет ограничена. Качество этих встроенных антенн и их размещение - еще одна больная тема. Заметили, что сигнал пропадает? Возьмите устройство в другую руку, может быть, вы его экранируете.

Не стоит забывать и о том, что производительность планшета/смартфона сама по себе легко может ограничивать скорость передачи данных. Не то чтобы это сильно влияло на что-то, но мешать и создавать впечатление тормозов будет вполне.

Отдельный разговор можно посвятить встроенным чипам wifi-сетей и проблемам совместимости всего этого зоопарка между собой и роутерами. Написано "поддерживает 802.11n?" А скорость 72мбит в прыжке - не хотите? Хотя, казалось бы, должно быть 150, даже если там 1 антенна. Или имеем совершенно точно 2 антенны, максимум должен быть 300мбит. А он слава богу если на 150 соединяется... А сетевая карта такая, вот так она работает. Причем в паре именно с этим роутером.

Не зря сколько раз уже говорили, что максимум скорости обеспечат парные устройства, которые сам производитель относит к одному классу. Например связка Asus PCE-AC68 + Asus RT-AC68U. И, кстати, они могут быть вполне дешевыми, никакой особо дорогой техники не надо. Нет и не нужно там никакого волшебного СВЧ-тракта. Тот же TP-Link, NetGear, D-Link и многие другие даже сейчас предлагают устройства в пределах 3 тысяч, способные дать 600мбит между собой. Но это, понятно, даже близко не лежало к мобильным устройствам.

Все то же касается и ноутбуков. Тем более, что производители экономят на всем, в том числе и в дорогих устройствах. Поэтому приобретая очередной девайс, было бы разумно детально изучить его характеристики - что там внутри стоит и как именно обеспечивает связь. Иначе не удивляйтесь потом, что интернет еле ползает.

Ну и доступные для работы частоты. Не знаю, как у них на западе, но у нас пока что все лезут в 2.4ГГц. Роутер может 5ГГц+AC? Отлично, но смартфон или ноутбук умеет только 2.4+N. И если у Вас соседских сетей штук 20 видно - WiFi может вести себя довольно странным образом и получение нормальной скорости будет проблемой.

Ну и наконец:

Цитата

если у вас в квартире несколько устройств, то каждый будет работать через отдельную антенну, тем самым связь с каждым отельным устройством будет лучше


не такая уж и лажа со стороны продавца. Некоторые устройства предлагают 2 радиомодуля в ОДНОМ диапазоне с отдельными, понятно, антеннами. Некоторые имеют раздельные антенны для разных диапазонов.
Какие-то используют несколько антенн для улучшения качества передачи/приема сигнала и хотя стандарт этого не предполагает, собственные хитрые разработки производителей как раз позволяют использовать антенны для раздельной связи или направленного сигнала. Не следует, конечно, понимать это буквально как "раздельный канал связи", и не всегда помогает, но тем не менее...


6 января 2016 - 0:43
st_re:
#10

Просмотр сообщенияkayot (05 января 2016 - 04:10) писал:

st_re
Это у тебя что-то в консерватории испортилось, RTC венды глючат :)



Это скорее чтото в их флешовом поделии глючит.... :)


Обсудить на форуме

Оставлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи

Зарегистрироваться