Por Robin Concha - Gerente de Proyectos

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“Giga en el Aire” 802.11 ac: La 5ta Generación del WiFi

Introducción: La evolución de las WLANs

¿Por qué necesitamos un WiFi más veloz?

El 802.11 ac al descubierto • Ideas y conceptos generales

• Lo común con el 802.11n

• Comparación 802.11n y 802.11ac

• Características claves del 802.11 ac Espectro de frecuencia, Canalización y Ancho de Banda, Modulación,

Múltiples Flujos Espaciales, Multi-User MIMO, Intervalo de Guarda reducido, etc.

Algunas preguntas frecuentes (FAQ)

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802.11

802.11a 802.11b

802.11g 802.11n 802.11ac

Estándares para la LAN inalámbrica (WLAN)

1ra Generación: IEEE 802.11

2da y 3ra Generación: IEEE 802.11 b y a

4ta Generación: IEEE 802.11 g

5ta Generación: IEEE 802.11 ac

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Inicialmente el 802.11b proporcionaba velocidades de hasta 11 Mbps por radio en el espectro de 2.4 GHz La siguiente evolución fue el 802.11a, con velocidades de hasta 54 Mbps por radio en el espectro de los 5 GHz Luego llegó el 802.11g habilitando velocidades de 54 Mbps por radio en el espectro de 2.4 GHz La actual generación del 802.11n permite velocidades de hasta 600 Mbps por radio, trabajando en los espectros de 2.4 y 5 GHz

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Varios son los factores que impulsan a que el desarrollo de las LAN inalámbricas sean más veloces, entre ellos tenemos:

Crecimiento exponencial de usuarios.

Más dispositivos por usuario (BYOD: Bring Your Own Device).

Aplicaciones más “pesadas” (video HD, conferencias Web y aulas virtuales, aplicaciones en redes sociales, juegos online, carga/descarga rápida de archivos grandes de/hacia servidores bajo virtualización, etc.)

Offload Celular o encaminamiento del tráfico de datos de la telefonía celular 3G/4G/LTE por la red WiFi (CAPEX).

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El estándar IEEE 802.11ac permitirá llevar velocidades Gigabit en el aire, por lo que es conocido como el “WiFi Gigabit” o más vulgarmente como “Giga en el Aire”. También se lo conoce como VHT (Very High Throughput). El 802.11ac es en realidad la evolución del 802.11n, y se basa sustancialmente en funcionalidades y algoritmos ya establecidos durante el desarrollo del 802.11n. Tiene algunas innovaciones importantes y nuevos desarrollos principalmente para el incremento de la velocidad/throughput.

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Las tecnologías en común con el 802.11n son:

Channel Bonding o capacidad de “juntar” canales contiguos para formar canales de anchos de banda mayores y así poder brindar mayores velocidades.

Antenas MIMO, para evitar problemas por la interferencia del tipo mutlipath y para mejorar el throughput.

Beamforming o la habilidad de concentrar la energía de la señal RF en una cierta dirección para mejorar el envío de datos a estaciones específicas.

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El 802.11ac adopta varias funcionalidades y mecanismos únicos para incrementar el Throughput, como ser:

Frecuencia, trabaja en la banda no licenciada de 5GHz que permite el manejo de canales de mayores anchos de banda.

Ancho de Banda (BW), además de los canales de 20 y 40 MHz, se usan 2 canales contiguos de 80 MHz o un canal opcional de 160 MHz.

Modulación y Esquema de Codificación (MCS), usa modulación ODFM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing), interleaving y una arquitectura de codificación. Adicionalmente a las modulaciones BPSK, QPSK, 16QAM y 64QAM, el 802.11ac maneja 256QAM con codificaciones 3/4 y 5/6 .

64-QAM

256-QAM

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Compatibilidad, el 802.11ac es compatible con dispositivos 802.11a y 802.11n que operan en 5 GHz. Lo propio acurre con las estructuras de trama del 802.11ac respecto a dispositivos 802.11a/n

Coexistencia, se diseñan mecanismos de coexistencia con las redes existentes 802.11a y 802.11n en la banda 5 GHz como ser: Clear Channel Accessment (CCA ), Channel Access Fairness y mecanismos de selección de canal y escaneo.

Múltiples Flujos Espaciales, soporta hasta 8 flujos espaciales vs. los 4 del 802.11n. La multiplexación espacial de múltiples flujos de datos sobre las mismas frecuencias permite multiplicar la capacidad de los canales de manera más efectiva.

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Multi-User MIMO, es uno de los nuevos mecanismos desarrollados más importantes que permiten al access point (AP) comunicarse con múltiples dispositivos finales en diferentes direcciones simultáneamente usando un mismo canal, múltiples antenas y multiplexación espacial.

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Entendiendo mejor el MU-MIMO:

Con el 802.11n, un dispositivo puede transmitir múltiples flujos espaciales al mismo tiempo, pero direccionados a un solo destino. Esto significa que un solo dispositivo/usuario recibe datos a la vez. A esto se le llama Single-User MIMO (SU-MIMO).

Con el 802.11ac este concepto cambia, aquí el AP en capaz de usar sus recursos de antena para transmitir múltiples tramas a diferentes clientes, todos al mismo tiempo y sobre el mismo espectro de frecuencia, lo cual es llamado Multi-User MIMO (MU-MIMO).

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Haciendo analogía para los entendidos en el Networking

El SU-MIMO funciona como un HUB y el MU-MIMO como un SWITCH.

HUB

SWITCH

Análogo

Análogo

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Canalización, cuando el OFDM fue introducido al 802.11 el BW era de 20 MHz, el 802.11n trabajó con canales de hasta 40 MHz. Ahora el 802.11ac soportará BW de 80 MHz, así como canales opcionales con BW de 160 MHz. El 802.11ac deberá soportar canales de 20 y 40 MHz. El canal de 160 MHz se forma por 2 canales contiguos de 80 MHz, o no contiguos.

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¿Cual es la máxima velocidad que puede entregar el 802.11ac?

• Similar al 802.11n, el 802.11ac varía su velocidad dependiendo de varios factores, como ser: el ancho de banda del canal (o número de data subcarriers), número de flujos espaciales, bits de datos por subcarrier y tiempo por símbolo OFDM o GI (Guard Interval). Se sigue la siguiente fórmula:

EJEMPLO: Para una transmisión bajo el estándar 802.11ac, suponiendo trabajar sobre un canal de 80 MHz, con modulación de 256QAM, con 3 flujos fepaciales y un GI corto (3.6 μs), además de 8 bits por subcarrier, la velocidad será:

234 x 3 x 5/6 x 8 bits/3.6 μs = 1300 Mbps = 1.3 Gbps

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¿Cuándo estarán disponibles APs para el uso corporativo?

Se espera tener disponibilidad de estos APs en el 2013.

¿Habrán fases en el desarrollo del 802.11ac, como ocurrió en el 802.11n?

• Sí, se espera que los primeros dispositivos soporten hasta 4 flujos espaciales, canales de 80 MHz y modulación 256QAM. Los siguientes podrán manejar su máximo potencial del estándar, vale decir: MU-MIMO y canales de 160 MHz.

¿Cómo se compara el 802.11ad con el 802.11ac?

• El 802.11ad trabajará en la banda, también no licenciada, de los 60 GHz y pretende manejar tráfico de hasta 7 Gbps; sin embargo, las señales a esta frecuencia no llegarán a largas distancias como el 802.11a/b/n/ac; será usado para reemplazar cables como el HDMI, USB, etc.

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¿Se requerirán nuevos switches para soportar el 802.11ac?

Los APs 802.11ac tendrán muy buen rendimiento al estar conectados a puertos GbE que soporten Power Over Ethernet (PoE u 802.11at). Siendo que el estándar 802.11ac manejará velocidades de hasta 7 Gbps, estas no serán soportadas por los primeros desarrollos que tendrán hasta 3 flujos espaciales y canales de 80 MHz, lo cual da un throughput teórico de 1.3 Gbps. Hasta que los APs sean actualizados para soportar conexiones 802.11ac en su máximo potencial, la actualización de los controladores y switches podrá coincidir con el correspondiemte desarrollo tecnológico.

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