LO QUE DEBE SABER ACERCA DEL ESTÁNDAR AC

Transcripción

1 LO QUE DEBE SABER ACERCA DEL ESTÁNDAR AC DESMITIFICACIÓN DE LAS IMPLICANCIAS EMPRESARIALES Y TÉCNICAS DE LA PRÓXIMA GENERACIÓN DE TECNOLOGÍA WLAN

2 ÍNDICE INTRODUCCIÓN: REDES LAN INALÁMBRICAS EN TRANSICIÓN 3 POR QUÉ NECESITAMOS REDES WI-FI MÁS RÁPIDAS? 3 ASPECTOS TÉCNICOS DEL ESTÁNDAR AC 4 CUÁNTOS FLUJOS ESPACIALES? 6 CONSIDERACIONES SOBRE INTEROPERABILIDAD Y MIGRACIÓN 7 CONCLUSIÓN Y RESUMEN 8 CRONOLOGÍA DEL ESTÁNDAR PÁGINA 2

3 INTRODUCCIÓN: REDES LAN INALÁMBRICAS EN TRANSICIÓN El apetito por ancho de banda inalámbrico es aparentemente insaciable. Quince años atrás, las primeras redes LAN inalámbricas estándar surgieron a velocidades de 1Mbps y 2Mbps para ser utilizadas en aplicaciones específicas, como la preparación de pedidos en depósitos y el escaneo de inventario y, en edificios de oficinas donde la movilidad no era necesaria, las conexiones inalámbricas de PC apuntaban a reducir el costo del cableado. Si adelantamos varias generaciones de redes LAN inalámbricas hasta la actualidad, vemos que la historia es completamente diferente. La quinta generación de redes LAN inalámbricas ya ha sido estandarizada y opera a velocidades de 1Gbps y más para atender diversas aplicaciones de misión crítica en todas las industrias. En lugar de reservar la conectividad inalámbrica para aplicaciones especializadas o conexiones ocasionales en salas de conferencias, la mayoría de los trabajadores hoy utilizan la red LAN inalámbrica como su red de acceso primaria, y la movilidad se ha transformado en un requisito básico. En general, los empleados cargan con una combinación de smartphones, tablets y laptops que soportan conexiones Wi-Fi (802.11) y de red celular para acceder a muchas de sus aplicaciones corporativas. En consecuencia, se necesita un mayor desempeño inalámbrico y redes de puntos de acceso (AP) inalámbricos más densas para satisfacer las crecientes demandas de ancho de banda. La versión de la conexión Wi-Fi conforme el estándar n, con velocidades teóricas máximas de entre 300Mbps y 450Mbps, ha madurado. Las empresas la han estado instalando constantemente desde Pero incluso su generosa capacidad ya está siendo puesta a prueba en algunas organizaciones y pronto lo estará en otras, lo que llevó a la IEEE a desarrollar un estándar para redes LAN inalámbricas de 1Gbps, denominado ac: Mejoras para Alcanzar un Desempeño Muy Alto de Operación en Bandas por debajo de los 6 GHz. El estándar ac especifica redes LAN inalámbricas que operan exclusivamente en la banda de 5 GHz, de modo que es compatible con dispositivos basados en el anterior estándar n y que operan en la banda de 5 GHz. POR QUÉ NECESITAMOS REDES WI-FI MÁS RÁPIDAS? Varios factores contribuyen al progreso de la industria gracias al estándar ac. Entre otros: Más usuarios. El volumen total de tráfico crece exponencialmente. Las conexiones Wi-Fi han tenido bastante éxito en desplazar a las conexiones Ethernet en el acceso a la red corporativa, de modo que sencillamente hay más usuarios de Wi-Fi creando tráfico. Además, el tráfico de invitados en determinados mercados verticales aumenta la carga. Por ejemplo, a menudo los clientes desean utilizar en las tiendas sus dispositivos habilitados con Wi-Fi para comparar precios; a su vez, los comerciantes minoristas aprovechan la conectividad inalámbrica de los clientes para publicitar sus productos. Más dispositivos por usuario/byod. Además, ahora los usuarios tienden a llevar al menos dos dispositivos; la mayoría lleva un teléfono móvil y una laptop, y algunos también llevan un tablet. Esto ha creado una densa población de dispositivos con diferentes niveles de potencia de transmisión, lo que genera más tráfico y obliga a la empresa a diseñar nuevas redes Wi-Fi. Aplicaciones grandes. Los usuarios están ejecutando aplicaciones que utilizan un gran ancho de banda, tal como los servicios de sincronización por aire Apple icloud y Google Drive, video en alta definición, videoconferencias a través de Internet, aplicaciones de redes sociales, el servicio de videoconferencia FaceTime de Apple y el servicio de streaming de radio de Pandora, para nombrar sólo unos pocos. Estas aplicaciones consumen mucha más capacidad que las transferencias de datos a baja velocidad de antes. Descarga de las redes celulares. Varios operadores de telefonía celular 3G/4G están ansiosos por pasar el tráfico de las redes WAN móviles a las conexiones Wi-Fi donde sea posible a fin de evitar el congestionamiento de tráfico en las redes celulares. Esto funciona porque los dispositivos móviles más populares soportan conexiones tanto celulares como Wi-Fi, de modo que los abonados a redes celulares pueden pasar a una red Wi-Fi cuando se encuentran dentro del alcance. El estándar ac ayudará a abordar y facilitar estas situaciones. Los productos ac con certificación Wi-Fi pre-estándar otorgada por la Wi-Fi Alliance, han sido sometidos a pruebas de interoperabilidad en los laboratorios de dicha organización junto con otros productos iniciales fabricados conforme al estándar ac en su estado casi final. Sigue siendo una buena idea realizar las pruebas para verificar la interoperabilidad y obtener la certificación, ya sea que los productos se califiquen como pre-estándar o hayan sido fabricados conforme al estándar final ratificado. PÁGINA 3

4 ASPECTOS TÉCNICOS DEL ESTÁNDAR AC El estándar ac, también conocido como Gigabit Wi-Fi, es un paso más evolutivo que revolucionario respecto del estándar n, ya que el estándar más reciente se basa sustancialmente en algoritmos ya resueltos durante el desarrollo del estándar n. Entre las tecnologías compartidas por los estándares n y ac, se destacan las siguientes: Agregación de canales para canales más anchos y mayor desempeño total Tecnología de antena de múltiples entradas y múltiples salidas (MIMO) para evitar la interferencia multitrayectoria y mejorar la velocidad de transferencia de datos Beamforming, o concentración de la intensidad de la señal de una antena en uno o más dispositivos cliente Reparto de tiempo de aire (Air time fairness) para evitar que el desempeño general de la red caiga a la velocidad de transmisión del dispositivo más lento en la red. En otras palabras, del mismo modo en que un cliente a que se une a una red n de 5GHz ya no degrada el desempeño de un cliente n en la banda de 5GHz, no se espera que un cliente n en la banda de 5GHz degrade el desempeño de un cliente ac. El estándar ac opera en la banda de 5GHz, donde hay más canales no superpuestos disponibles, para que el diseño sea flexible de los que estaban disponibles en el rango de 2.4GHz ocupado por el estándar b y su sucesor, el g. El estándar n puede operar en cualquiera de las dos bandas. Como la quinta generación de Wi-Fi (ver cronología, página 9), el estándar ac aprovecha los canales de 80MHz y, con el tiempo, de 160MHz de ancho mediante la técnica de agregación de canales, la que une canales de 20MHz para obtener un canal inalámbrico mayor dentro del espectro. La agregación de canales en Wi-Fi fue introducida por el estándar n, permitiendo unir dos canales de 20MHz para obtener un ancho de canal máximo de 40MHz. El estándar ac lleva la tecnología aún más allá. La Figura 1 muestra el número de canales no superpuestos disponibles en la banda de 5GHz mediante el uso de varios algoritmos de agregación. Como en todos los tipos de redes LAN inalámbricas , el desempeño y la cobertura dependen del diseño de la red, las condiciones ambientales, la implementación del proveedor, el tamaño de la población de usuarios en cualquier momento dado y otros factores. Sin embargo, el estándar ac puede, en última instancia, ser utilizado con hasta 8 antenas y flujos espaciales asociados (en comparación con un máximo de 4 en el estándar n), por lo que soporta desde velocidades de 433Mbps hasta casi 7Gbps de velocidad teórica máxima. El extremo más alto del caudal es ideal para aplicaciones al aire libre, donde hay menor densidad de dispositivos que en los lugares bajo techo. Atributos y Beneficios Como con la mayoría de las generaciones de tecnología de redes nuevas, el principal beneficio del estándar ac es un aumento en la velocidad de transmisión de datos y en el desempeño de las aplicaciones. Tal como se señaló, la implementación del estándar ac es flexible en relación al número de antenas y flujos espaciales y al ancho de los canales utilizados, los que, en conjunto, afectan el desempeño y el número de dispositivos admitidos. Ello es particularmente beneficioso en implementaciones muy densas, como universidades, oficinas comerciales y fábricas, donde varios dispositivos están ubicados uno muy cerca del otro. Además de permitir el soporte de canales más anchos y duplicar el número de flujos espaciales del estándar n, el ac también logra mejoras en el desempeño gracias a la codificación optimizada. La modulación de amplitud en cuadratura (QAM) pasa de 64 QAM en el estándar n a 256 QAM en el ac. Cuanto mayor es el número de QAM, mayor es la cantidad de bits por símbolo que pueden transmitirse y más rápida es la velocidad de transferencia de datos del enlace inalámbrico. El estándar ac también especifica códigos más agresivos de corrección de errores con menos bits redundantes y se espera que mejore tanto la velocidad (en comparación con el alcance) como la confiabilidad del enlace cuando opere a distancia. Figura 1. DISPONIBILIDAD DE CANALES NO SUPERPUESTOS DE 5GHZ EN VARIOS ANCHOS DE CANAL ANCHO DE CANAL CANTIDAD DE CANALES (EE.UU.) CANTIDAD DE CANALES (U.E.) 20MHz MHz MHz MHz 2 2 PÁGINA 4

5 Nuevo componente: MIMO Multiusuario. El estándar n incluye la capacidad MIMO. Los radios distribuyen los datos de un usuario en múltiples flujos espaciales y son transmitidos a través de múltiples antenas, propagándose en el aire a lo largo de diferentes trayectorias. Cuando todos los flujos llegan al cliente, los datos se vuelven a unir. La estructura MIMO Multiusuario (MU-MIMO), a ser introducida en la segunda o tercera partida de productos ac, sobrecarga la capacidad MIMO. Mientras que la tecnología MIMO de usuario único del estándar n sólo beneficiará a un sólo dispositivo a la vez, la estructura MU-MIMO del ac permite asignar múltiples flujos a diferentes clientes, lo que incrementa el ancho de banda efectivo que se puede transmitir de forma simultánea. En el ejemplo (ver la Figura 2), un punto de acceso ac podría transmitir un flujo a un cliente, mientras que las otras antenas se utilizan para transmitir flujos a dos dispositivos móviles simultáneamente. (Ver Figura 2). Además, la estructura MU-MIMO se basa en la opción beamforming de transmisión (TxBF) del estándar n, una técnica utilizada para concentrar la energía de RF en una dirección determinada para mejorar la intensidad de la señal y, por consiguiente, el desempeño de los dispositivos cliente individuales. Figura 2. OPERACIONES MIMO MULTIUSUARIO Y DE USUARIO ÚNICO MIMO de Usuario Único (11n) FLUJO 1 FLUJO 2 FLUJO 3 FLUJO 4 MIMO Multiusuario (11ac) FLUJO 1 FLUJO 2 FLUJO 3 FLUJO 4 PÁGINA 5

6 CUÁNTOS FLUJOS ESPACIALES? La estructura MIMO y la cantidad de flujos espaciales trabajan en conjunto para indicar el potencial de la tasa de transferencia en rangos determinados. En general, cuanto mayor es la cantidad de antenas de recepción, mayor es la sensibilidad de recepción. Pero, como se señaló en la sección Aspectos técnicos del estándar ac, en la página 4, la tasa de transferencia y la cobertura reales que los usuarios experimentan dependen del entorno: el plano de planta, los materiales de construcción del edificio y las ventanas, la configuración de los dispositivos cliente que participan en la transmisión, cuán saturada se encuentra la red en un momento dado y otros factores. La estructura MIMO (y, con el tiempo, MU-MIMO) es sólo una parte de la ecuación. Se refiere a la cantidad de antenas de transmisión (Tx) y de recepción (Rx) involucradas en el intercambio de señales inalámbricas a través de un canal de propagación, el cual constituye la ruta inalámbrica que las señales toman a través del aire. Una configuración MIMO 2x2, por ejemplo, indica dos antenas transmisoras y dos antenas receptoras. Una configuración MIMO 2x3 indica dos antenas transmisoras y tres antenas receptoras, y así sucesivamente. El multiplexado espacial es un elemento obligatorio de los estándares n y ac, y se necesita la estructura MIMO para que el multiplexado espacial se produzca. De modo que los dos operan juntos. Como ya se indicó, el multiplexado espacial es una técnica mediante la cual múltiples antenas envían en forma separada diferentes flujos de señales individualmente codificadas (denominadas flujos espaciales) a través del aire en paralelo; en esencia, reutilizando el medio inalámbrico o multiplexando las señales para hacer pasar más datos a través de un canal determinado. En el extremo receptor, cada antena ve una mezcla diferente de los flujos de señales. Para decodificarlos de manera precisa, el dispositivo receptor debe separar las señales o demultiplexarlas (ver Figura 3). Cabe señalar que el número de flujos espaciales que pueden ser multiplexados por aire depende del número de antenas transmisoras. De modo que mientras la configuración MIMO 2x3 tiene una antena receptora adicional en comparación con la configuración MIMO 2x2, sólo dos flujos espaciales pueden ser admitidos en ambas configuraciones. En general, para expresar el número de antenas transmisoras y receptoras, así como el número de flujos espaciales admitidos, los productos se describen con el número de flujos espaciales a continuación de la designación MIMO: por ejemplo, la configuración 3x3:2 indica soporte de tres antenas transmisoras y tres antenas receptoras, pero dos flujos espaciales, mientras que la configuración 3x3:3 indica tres antenas transmisoras, tres antenas receptoras y tres flujos espaciales. Beneficios Potenciales De Contar Con Más Antenas Receptoras Si el hecho de contar con antenas receptoras adicionales es beneficioso o no es objeto de mucho debate y es algo que los proveedores independientes han estado implementando y probando. La antena receptora adicional podría aumentar el rango en el que se mantiene la tasa de transferencia. Es poco probable que este factor sea importante en redes LAN inalámbricas de alta densidad en las que el espectro es frecuentemente reutilizado con grandes cantidades de puntos de acceso instalados para crear celdas de cobertura más pequeñas. Sin embargo, la antena receptora adicional también podría aumentar la tasa de transferencia en una franja determinada. Cuando se tienen más antenas receptoras, el sistema podría experimentar algo denominado ganancia por combinación, según la cual más copias de la misma señal transmitida proporcionarán una mayor relación señal/ruido, lo que intensifica las señales y aumenta la tasa de transferencia. El estándar n permite tener hasta cuatro pares de antenas y cuatro flujos espaciales, y el estándar ac permite duplicar esos números. Figura 3. OPERACIÓN BÁSICA DE MULTIPLEXACIÓN ESPACIAL Multiplexación Espacial Mensaje original Mensaje recibido PÁGINA 6

7 Flujos Espaciales Comparados Con Anchos De Canal Cada vez más, muchos de los dispositivos que se conectan a las redes Wi-Fi son smartphones, los que en general han soportado un único flujo. Así pues, qué ventajas tiene que haya más antenas, más flujos y canales (unidos) más anchos? Cuando la estructura MU-MIMO esté disponible, las antenas cobrarán importancia. Mientras que un cliente único con una o dos antenas no podría utilizar plenamente los ocho flujos espaciales ofrecidos por un punto de acceso ac 8x8:8, varios clientes Wi-Fi pueden compartir una agrupación mayor de flujos y antenas, de modo que la tasa de transferencia total mejora para la población de clientes. Las primeras pruebas de un radio 11ac de un solo flujo, montado en prototipos de smartphones, ofrecieron aproximadamente 200Mbps en un entorno relativamente hostil. Cuanto más rápido pueda un equipo transmitir sus cargas, mayor será la vida útil de la batería, ya que los dispositivos más rápidos pasan menos tiempo transmitiendo y más tiempo en reposo. CONSIDERACIONES SOBRE INTEROPERABILIDAD Y MIGRACIÓN El estándar ac será compatible con el anterior estándar n, pero solo con clientes n que operan en el correspondiente rango de frecuencia de 5GHz. El rango de 2.4GHz, el cual albergó los estándares b y g, gran parte del n y diferentes dispositivos no Wi-Fi, ha sido considerado inviable para mejorar la tasa de transferencia de las redes LAN inalámbricas en el futuro. Este puede ser un inconveniente para algunos dispositivos móviles de hoy. A pesar de que varios equipos y tablets diseñados específicamente para aplicaciones empresariales operan en la banda de 5GHz, la mayoría de los equipos para consumidores cada vez más populares en las empresas operan solamente en la banda de 2.4GHz. Por lo tanto, no serán compatibles per se con el estándar ac. En esta instancia, es probable que ocurran dos cosas: 1) Muchas organizaciones continuarán utilizando el estándar n a medida que introduce el ac, y los radios de 2.4GHz en sus infraestructuras n seguirán siendo utilizados por los clientes de 2.4GHz. 2) Los dispositivos más nuevos tendrán múltiples radios, incluidos los radios Wi-Fi de 2.4GHz y 5GHz. Los algoritmos para el reparto de tiempo de aire, descritos anteriormente, garantizan que cada dispositivo transmita sólo durante el tiempo asignado por el estándar que soporta, de modo de no degradar el desempeño de los clientes ac que operan en redes backbone ac. Como ya hemos mencionado, muchos de los conceptos tecnológicos creados para el estándar n y utilizados por él, fueron ampliados y aplicados al estándar ac, lo que resulta prometedor tanto para las pruebas de interoperabilidad como para los niveles de precio iniciales. La decisión más difícil con respecto a la migración, será, quizás, determinar planes de canal que aprovechen los canales más anchos del estándar ac mientras que se mantiene el desempeño para los dispositivos móviles de un solo flujo. De lo contrario, según el rango y la tasa de transferencia que se necesiten para la nueva instalación, es probable que un punto de acceso ac pueda colocarse directamente en la ubicación de un punto de acceso heredado, uno por uno. Mientras que el estándar n está especificado para soportar hasta cuatro flujos espaciales, la mayoría de los productos actualmente disponibles en el mercado soportan dos o tres. Es probable que los primeros productos ac también soporten solo dos o tres. Por lo tanto, es probable que, en el mediano plazo, la decisión de invertir en los primeros productos ac o en productos n ya desarrollados dependa del modo en que disminuyan los costos de los productos y en la filosofía de cada organización sobre si seguir invirtiendo o no en tecnología antigua, si ésta sigue haciendo el trabajo que se necesita. El estándar n tardó tanto en llegar y trajo avances tan espectaculares a la industria de Wi-Fi que es difícil considerarlo como una tecnología heredada. Sin embargo, en el lapso de dos o tres años, eso es exactamente lo que será. El estándar 11ac en números La consultora NPD In-Stat espera que el estándar ac genere una explosión de dispositivos celulares habilitados para Wi-Fi, con envíos superiores a los 650 millones para el año Se prevé que, en ese mismo año, el estándar ac se encuentre en una de cada cuatro notebooks. Casos de uso para el estándar ac El crecimiento general en el consumo de ancho de banda de la red LAN inalámbrica es uno de los motivos para impulsar el estándar ac. Las redes Wi-Fi sencillamente se han convertido en las redes de acceso por defecto en muchas organizaciones. Esto, sumado al hecho de que los usuarios llevan consigo múltiples dispositivos habilitados con Wi-Fi y que los operadores desean descargar tráfico celular en las redes Wi-Fi, pronto llevará al estándar n al límite. Además, las aplicaciones específicas y los casos de uso para Wi-Fi contribuyen a la avalancha de tráfico Wi-Fi y requieren implementaciones más densas: Cámaras HD para vigilancia en exteriores Múltiples y variadas aplicaciones para el área de la salud, incluidas historias clínicas electrónicas en los tablets de los médicos y consultas remotas de pacientes en tiempo real desde las habitaciones a través de videoconferencias Aplicaciones automáticas de sincronización y backup por aire Aplicaciones de backhaul, que suman tráfico desde las redes Wi-Fi de menor velocidad Wi-Fi Chipset Revenue to Reach $6.1 Billion in 2015, Says NPD In-Stat, (Según NPD In-Stat, los ingresos por los chipset Wi-Fi alcanzarán USD millones en 2015), Enero de 2012 < PÁGINA 7

8 CONCLUSIÓN Y RESUMEN El estándar ac representa la quinta generación de estándares IEEE para redes LAN inalámbricas, y ofrece una conexión con velocidad de transferencia de datos de al menos tres veces la velocidad del estándar n. Muchos de los algoritmos del estándar n están siendo reutilizados, aunque mejorados, en el estándar ac, lo que facilita la incorporación de la tecnología en las redes existentes. El estándar ac es compatible con las anteriores redes n que operan en el rango de 5GHz, y ofrece importantísimas mejoras respecto de la confiabilidad, el desempeño y el alcance de las redes Wi-Fi. Para 2015, según los expertos, se espera que todos los nuevos productos Wi-Fi que se introduzcan en el mercado estén basados en la tecnología ac. Los productos de clase empresarial son lanzados con variaciones en cuanto a la cantidad de antenas, flujos espaciales y anchos de canal, y lo más importante que las empresas deben saber es de qué manera los canales más anchos, aunque en menor número, afectarán el plan de canales de la organización. Existe un delicado equilibrio entre dar cabida a la gran densidad de estos dispositivos con suficientes canales para evitar la interferencia en el mismo canal y aprovechar los beneficios del caudal total brindado por los mayores anchos de canal de 80MHz y, con el tiempo, de 160MHz, especificados en el estándar ac.

9 LA PRÓXIMA GENERACIÓN EN LA COMERCIALIZACIÓN DE CANALES CRONOLOGÍA DEL ESTÁNDAR PRIMERA GENERACIÓN SEGUNDA GENERACIÓN TERCERA GENERACIÓN TERCERA GENERACIÓN CUARTA GENERACIÓN QUINTA GENERACIÓN b a g n ac

10 LA PRÓXIMA GENERACIÓN EN LA COMERCIALIZACIÓN DE CANALES Número de Pieza: WP ac. MOTOROLA, MOTO, MOTOROLA SOLUTIONS y el logotipo de la M estilizada son marcas comerciales o marcas comerciales registradas de Motorola Trademark Holdings, LLC y son utilizadas bajo licencia. Todas las demás marcas comerciales pertenecen a sus respectivos propietarios Motorola Solutions, Inc. Todos los derechos reservados.