wifi stbc что это
Грабли вай фая: как не нужно настраивать беспроводную сеть
Давайте, наконец, побеседуем о сельхозинвентаре в беспроводных сетях. Ведь эту интересную тему так редко обсуждают! А ведь неопытных пользователей на пути настройки Wi-Fi связи подстерегает просто масса коварных «граблей». Осторожно, не наступите!
Чужой экспириенс. Или чуждый?
Поэтому всегда помните, чему учил великий дедушка Эйнштейн: «все относительно и зависит от точки зрения наблюдателя». Руководствуйтесь принципом «доверяй, но проверяй», и не ошибетесь. Ведь какова единственно верная настройка применительно к конфигурации вашего оборудования, можете установить только вы сами, проверив работу той или иной функции на практике. Учитывайте, что даже так называемое «общепринятое» или «общественное» мнение может быть ошибочным. Именно так когда-то было с пресловутым инцидентом с QoS, который якобы «отъедал» 20% пропускной способности компьютерной сети. И который все дружно кинулись отключать, потому что один «великий эксперт» из интернета совершенно неправильно понял разработчиков Microsoft, а у тех как обычно «не было времени объяснять». И куча человеко-часов труда была растрачена разными (и даже очень умными) людьми на абсолютно напрасное ковыряние в сетевых настройках. Признаться, и ваш покорный слуга согрешил с QoS по молодости лет. Прекрасное было время.
Так, быстренько прогоняем ностальгию! Ведь нам вообще в другую сторону: у нас пробежка по беспроводным граблям.
Гребемся в безопасности: уйма настроек, которые… Не нужны.
Помнится в статье, касающейся раздачи Wi-Fi с телевизора, я поддержал компанию LG в ее подходе к безопасности сети. Все возможности пользователя по настройке безопасности были ограничены единственной опцией смены пароля! И на самом gagadget, и на сайтах «спионеривших» данную статью, непременно находились мастера тонкой настройки безопасности, гневно осуждающие такой подход. Им, видите ли, подавай разнообразие настроек! Видимо в глубине души, где-то очень глубоко, эти люди чувствуют себя великими гуру-учителями дзен безопасности. Но нирвана заядлых настройщиков разрывается о суровую действительность реального мира.
Какие настройки безопасности предлагает нам Wi-Fi сеть? Это построение защиты в соответствии со стандартами WEP, WPA и WPA2 при использовании алгоритмов шифрования TKIP и AES.
Стандарты WPA имеют простой режим, он же WPA-Personal, он же Pre-Shared Key (WPA-PSK) и расширенный режим аутентификации, он же WPA-Enterprise.
Пробежимся по ним, лавируя между граблями. Метод защиты WEP (Wired Equivalent Privacy) вы можете использовать, только если хотите предоставить соседским мальчишкам реальный шанс опробовать свои силы во взломе беспроводных сетей. Если они талантливы – управятся за считанные минуты. Если очень ленивы – справятся за день, с перерывом на обед. Думаю, такой вариант безопасности сети на сегодня не устраивает 99,99999% пользователей, кроме тех редких чудаков, которые пишут комментарии, откладывая Букварь.
WPA (Wi-Fi Protected Access) – более сильная штука в плане защиты. Согласно стандарту IEEE 802.11i при использовании защищенного беспроводного доступа WPA применяется временный протокол целостности ключа TKIP (Temporal Key Integrity Protocol). Это звучит так прекрасно! И сеть была бы на замке, если не учитывать «но». Первое «но» прозвучало еще в 2008 году, когда умными людьми был предложен способ взлома ключа TKIP за несколько минут, что позволяло перехватывать данные в сети. А в 2009 году японцы занимались в университете непонятно чем, и нашли способ гарантированного взлома WPA сетей. WPA, давай до свиданья!
Картина с безопасностью Wi-Fi была бы совсем безрадостной, если бы уже почти десять лет обязательным условием для сертификации любых Wi-Fi устройств не являлась поддержка протокола защищенного беспроводного доступа WPA2, использующего алгоритм шифрования AES (Advanced Encryption Standard). Именно благодаря уникальному сочетанию WPA2+AES современная беспроводная сеть может быть надежно защищена. Если пользователь не какал, простите, на ее безопасность.
Что касается режимов WPA-Personal и WPA-Enterprise. Если первый ограничивается паролем, то второй требует наличия базы зарегистрированных пользователей для проверки прав доступа к сети, и база эта должна храниться на специальном сервере. Ну так вот, для домашнего использования или рядового офиса использование WPA-Enterprise – это дорого, непрактично и абсолютно бесполезно. А поэтому никому не нужно. Более того, даже на промышленных предприятиях режим WPA-Enterprise редко используется, потому что все эти дополнительные сложности/расходы и там без особой надобности. В защиту WPA-Enterprise могу сказать лишь одно – это очень надежная штука.
Таким образом, режим WPA-Personal, защищенный доступ WPA2 и шифрование AES ((WPA-PSK) + WPA2 + AES) – это все что пользователю нужно знать о настройках безопасности беспроводной сети. Иного адекватного варианта просто нет. Именно этот вариант по умолчанию предлагала в своем телевизоре компания LG, за что я ее и похвалил. Все остальные вариации настроек – от лукавого. Чей нездоровый интерес удовлетворяют производители беспроводного оборудования, предлагая давно ненужные и устаревшие опции настройки в современных Wi-Fi устройствах, я не знаю. Ориентация на тех, кто уже одолел букварь, но все еще чувствует себя неуверенно при виде таблицы умножения? Возможно.
Ах да! Ведь есть же еще «популярный» режим работы Wi-Fi сети вообще безо всяких защит! И каждый второй обзиратель беспроводного оборудования не преминет упомянуть: вот это, ребята, и есть искомый идеал – режим самой высокой производительности Wi-Fi! А всякое там шифрование только снижает скорость связи. Ой ли?
Безопасность без тормозов.
Получается, чтобы получить максимальную скорость работы сети, мы должны пожертвовать безопасностью? Но это как-то очень похоже на грабли, даже на первый взгляд. У таких утверждений вроде бы есть и рацио: ведь при передаче на шифрование/дешифровку сигнала требуется дополнительно время. Однако это было бы справедливо в идеальном мире. Наш мир несправедлив. Его мрачные реалии таковы, что скорость передачи данных по беспроводной сети столь низка (возможно, в сети стандарта 802.11ас расклад и отличается, пока у меня нет возможности это проверить, но все сказанное абсолютно справедливо для сетей 802.11 b/g/n), что процессор вполне справляется с шифрованием практически в «фоновом» режиме. Поэтому скорость Wi-Fi сети при адекватно настроенном шифровании ((WPA-PSK) + WPA2 + AES) не падает по сравнению с режимом без шифрования. Спросите об этом у любого производителя сетевого оборудования, он вам это подтвердит. Или можете просто проверить на своем роутере и убедиться в этом лично. Однако при других настройках безопасности скорость сети может падать (подробности немного далее). Поэтому следите, чтобы сетевые настройки на всем оборудовании были корректны и какие-нибудь малозаметные грабельки в одном месте не приводили к снижению скорости передачи данных всей сети. Ну, собственно к скорости давайте и перейдем.
По граблям со скоростью
Есть еще один распространенный среди обзирателей миф – якобы беспроводная сеть «сбрасывает обороты», работая на скорости самого медленного Wi-Fi устройства из подключенных. Ничего подобного! Разработчики Wi-Fi не падали с дуба! А даже если и падали, то невысоко. Поэтому роутер или точка доступа общаются с каждым беспроводным устройством индивидуально и на максимально доступной для него скорости, разумеется, в рамках скоростных возможностей используемой сети. Так, при использовании смешанного режима mixed mode 802.11g/n устройства, поддерживающее скорость сети n, не будут сбрасывать скорость до стандарта g. Скорость беспроводной сети будет снижаться только во время связи с устройствами, поддерживающих g-стандарт. Просто нужно понимать, что чем больше будет в беспроводной сети таких медленных устройств и чем больше будет у них трафик, тем медленнее будет работать беспроводная сеть в целом. Поэтому производители и не рекомендуют использовать всякие там mixed режимы и ограничится выбором стандарта 802.11n для современной сети. Исключение – когда в хозяйстве есть старые, но дорогие сердцу устройства, несовместимые со стандартом 802.11n. Например, ноутбуки. Впрочем, для них вполне можно прикупить какой-нибудь недорогой Wi-Fi адаптер с поддержкой стандарта n и не отказывать себе в скорости беспроводного серфинга.
Самые «горячие головы» в порыве энтузиазма советуют сразу же отключить всякие «режимы экономии» и перевести роутер, точку доступа или сетевую карту в режим максимальной мощности передачи – для повышения скорости.
Однако ни к какому заметному результату, окромя дополнительного нагрева устройства, это не приведет. Попытка выявить увеличение скорости работы сети при повышении мощности передачи роутера или сетевого адаптера в пределах моей скромной квартиры успехом не увенчалась – сеть работала на одинаковой скорости независимо от мощности радиосвязи. Разумеется, если у вас большой частный дом, совет может оказаться дельным – для устойчивой связи в самых дальних комнатах мощность сигнала действительно желательно повысить. Жителям обычных городских квартир максимальная мощность Wi-Fi просто ни к чему, она будет только мешать соседским сетям. К тому же беспроводные устройства находящемся недалеко от роутера или точки доступа при максимальной мощности передачи могут работать даже менее стабильно и быстро, чем при более низкой мощности. Поэтому всегда начинайте с
а там уже смотрите по обстановке.
А вот неправильные настройки безопасности сети вполне способны отрицательно сказаться на скорости! Почему-то даже писатели мануалов к роутерам, не говоря уже об обзирателях, при выборе настройки безопасности рекомендуют выбирать шифрование TKIP + AES. Однако если налажать и использовать режим шифрования TKIP в mixed mode сети, то скорость всей сети автоматически упадет до 802.11 g, поскольку сетями 802.11n такой устаревший тип шифрования просто не поддерживается. Оно вам надо? Сравните:
Пропускная способность беспроводной WPA-PSK сети в режиме шифрование AES, раскрывается весь потенциал 802.11n (около 13,5 Мб/с):
И пропускная способность этой же беспроводной сети при использовании шифрования TKIP (около 2,8 МБ/с):
Сравнили? А теперь забудьте про этот TKIP вообще! Это просто старые ужасные грабли.
Ускорение с тормозами
Пожалуй, не буду рассказывать про длинную и короткую преамбулу и прочую чепуху, оставшуюся в настройках сетевого оборудования с доисторических времен – это утратило актуальность еще с приходом стандарта Wi-Fi 802.11g, когда длинные преамбулы ушли на вечный покой. Но, тем не менее, некоторые интересные «плюшки» ускорения Wi-Fi сохранились еще с тех пор. Это, например, возможность использования Short GI. Что за…?
Поясняю. Wi-Fi оборудованием используется так называемый Guard Interval. Это пустой промежуток времени между последовательно передаваемыми по беспроводной связи символами (обычно шестнадцатеричными). Интервал имеет важное прикладное значение – он используется для снижения уровня ошибок при беспроводной передаче данных. Стандартный Guard Interval имеет продолжительность 800нс. Предполагается, что за 800нс отправленный радиосигнал гарантированно попадет на приемное устройство с учетом всех возможных задержек, и можно будет отправлять следующий символ.
Ну так вот, «оверклокеры Wi-Fi», предлагают сократить защитный интервал. Short GI означает Guard Interval сокращенный вдвое, до 400нс. В теории по расчетам британских ученых это должно поднять скорость работы беспроводной сети примерно на 10% с небольшим. Отлично же! И вроде как в пределах небольшой сети «подводных каменей» для быстрых волн Wi-Fi не должно быть при Short GI. На это когда-то купился и я. Около года мой роутер проработал с Short GI, пока в один прекрасный момент я не решил померять прирост производительности от этого «улучшайзера». Померял. И чуть не откусил себе локти!
Свободу каналам!
Львиная доля писателей советов по ускорению Wi-Fi рекомендуют непременно «вручную» поискать наименее загруженные частотные радиоканалы и принудительно прописать их в настройках роутера для своей сети. Они почему-то совершенно забывают, что современный роутер сам способен выбирать наименее загруженные каналы при инициализации сети и начинать работу на них. Если же прописывать каналы принудительно, то возможна ситуация, как в сказке про двух баранов на мосту. Например, когда один настройщик «прописывал» каналы, соседский роутер не работал, и наоборот. В итоге возникает вариант, когда наиболее близкие соседние сети по итогам «ручных» настроек оказываются на одних и тех же каналах. И поскольку настройки жестко заданы пользователем, сам роутер уже не в состоянии ничего изменить и упорно работает на занятых частотах. В результате соседние сети, использующие широкий (40 МГц) диапазон для беспроводной связи, активно мешают друг другу, а пользователи плюются от низкого качества связи.
Чтобы не наступить на эти неприятные грабли, предоставьте Wi-Fi роутеру возможность самостоятельно проверить эфир и выбрать свободные радиоканалы.
За сим раскланиваюсь, светлого вам беспроводного будущего!
Почитайте еще про настройку беспроводных сетей:
А посмотреть доступные на рынке устройства для раздачи беспроводного интернета можно в нашем каталоге Wi-Fi-роутеров.
Подписывайтесь на наш нескучный канал в Telegram, чтобы ничего не пропустить.
Методы оптимизации приема/передачи в сетях Wi-Fi
Одной из ключевых технологий для развития беспроводных сетей (например, Wi-Fi) в последние годы является технология MIMO. MIMO — это множественная передача информации с нескольких передатчиков и её получение, а также обработка на нескольких приемниках. Основные задачи MIMO – повысить пропускную способность беспроводного канала и качество связи.
Главным методом увеличения пропускной способности в системах MIMO является мультиплексирование, то есть параллельная передача нескольких потоков информации с разных антенн (о нем ниже). Частными случаями MIMO являются системы передачи, где на приемнике или передатчике используется одна антенна. Называются такие системы Multiple-input single-output (MISO) и Single-input multiple-output (SIMO). В них нельзя организовать параллельную передачу нескольких потоков информации, однако можно использовать дополнительные антенны для повышения качества приёма или передачи сигнала. В описании точек доступа различных вендоров мы можем узнать сколько передающих и приемных антенн есть на устройстве, сколько пространственных потоков MIMO оно поддерживает. Например, это может быть значение 3×4:3, что означает 3 передатчика, 4 приемника и 3 пространственных потока. Кроме этих параметров можно встретить такие аббревиатуры или обозначения, как MRC, STBC, CSD, 802.11ac Tx BF и пр. Все эти технологии также направлены на улучшение качества сигнала. Итак, давайте попробуем разобраться какие варианты ухищрений используют современные точки доступа, чтобы ваш девайс получил хороший сигнал. Стоит отметить, что на Хабре уже есть статьи с довольно подробным описанием работы указанных технологий — MIMO, OFDM, STBC и MRC. В данном материале хотели бы сделать общий обзор по технологиям повышения качества связи, наглядно отобразить, как работает та или иная функция и какой прирост она дает. Рассмотрена работа с точки зрения 802.11 Wi-Fi, хотя, разумеется, указанные методы используются и в других беспроводных стандартах (LTE, 802.16 WiMAX).
Пространственное мультиплексирование (MIMO SDM)
Ключевым преимуществом MIMO является возможность передавать несколько независимых информационных потоков с разных антенн на одном канале. Это позволяет кардинально увеличить пропускную способность беспроводного канала. Технология называется пространственное мультиплексирование, или SDM (Spatial Division Multiplexing). Основным условием для работы MIMO SDM является многолучевое распространение сигнала. Если мы отправим данные с двух антенн, при прямой видимости сигнал придет к получателю одновременно, и мы получим их наложение (интерференцию). А значит сделаем только хуже. Но если при прохождении сигнал отражается, преломляется и т.п., получатель может распознать (скоррелировать) пришедший сигнал для разных потоков. Затем, получатель вычисляет текущее состояние каналов передачи (потоков) для каждой из передающих антенн на основе предварительной калибровки (по служебным заголовкам). И далее с помощью математических преобразований, восстанавливает исходные потоки. В случае MIMO отправитель не знает о состоянии канала, то есть он никак не оптимизирует сигнал при передаче. Точка доступа и клиент передают определенное количество потоков, поддерживаемое двумя сторонами. Например, если клиент поддерживает только один поток, точка доступа тоже будет передавать единственный поток.
Стоит отметить, что при передаче нескольких потоков (да и вообще при одновременной передаче с нескольких антенн) общая излучаемая мощность делится на количество передающих антенн. Например, если мы передаём сигнал одновременно с двух антенн, то мощность сигнала для каждой из них будет в два раза меньше максимальной. Однако, в данном случае мы передаем информацию по двум или более каналам одновременно.Также, за счет совместного использования SDM и множественной передачи (об этом ниже) можно увеличить значение SNR (отношение сигнал-шум) на приемнике.
Системы MIMO продолжают развиваться и в стандарте 802.11ac (wave2) реализована множественная одновременная передача в режиме MIMO нескольким клиентами (Multiuser-MIMO). То есть, если есть два клиента, поддерживающие один и два потока, система MU-MIMO будет передавать им сигнал одновременно. Как мы помним, до появления технологии MU- MIMO в один момент времени передачу данных могла осуществлять только одна система. Работает технология только в направлении от точки доступа к клиенту (DownLink). Текущие точки доступа позволяют работать с тремя клиентами MU-MIMO и передавать до трех потоков (суммарно). Технология MU-MIMO требует поддержки и на точке доступа и на клиентском устройстве. Также она требует дополнительных вычислений на точке доступа и накладывает определенные условия при использовании. Например, её работа невозможна без предварительной калибровки и адаптивной передачи (Explicit Transmit Beamforming), о которой будет рассказано ниже.
Развитие механизмов множественной передачи\приема разумеется привело к увеличению количества антенн на 802.11n-устройствах. Сегодня для точек доступа корпоративного уровня (802.11n/ac) уже стало стандартом наличие 3-4 антенн. При этом, количество пространственных потоков часто меньше количества антенн. На самом деле, много ли клиентов поддерживающих, например, 3 потока? Конечно, не много. Если это смартфон, то чаще поддерживается только один пространственный поток. Это дает точке доступа использовать различные техники для оптимизации приема и передачи сигналов, используя свободные антенны.
Оптимальное весовое сложение (MRC)
MRC позволяет улучшить значение SNR для входящего сигнала (от клиента к точке доступа). Если на точке доступа есть дополнительный свободный приемник(и), она складывает полученный на этом приемнике сигнал с остальными. Так как на приемнике уже есть информация о текущем состоянии канала передачи (для каждой из передающих антенн), он может вычислить сигналы (на каждой из приемных антенн), провести их выравнивание и оптимальное сложение, получив лучшее соотношение сигнал-шум. Сравнение результатов для одного и нескольких потоков с дополнительными антеннами и без показывает, что MRC в некоторых случаях позволяет существенно увеличить значение SNR, а значит увеличить и скорость передачи, дальность действия ТД. MRC работает только на точке доступа для улучшения входящего сигнала от клиента. Технология может использоваться совместно с другими – CSD, SDM, STBC.
Разнесенная передача (CSD/SE)
Технология Cyclic Shift Diversity (CSD) позволяет передать копии одного сигнала с дополнительных свободных антенн. Делается это поочередно c небольшим интервалом (200 нс). Если передать копии одного сигнала одновременно с нескольких антенн (мощность делится), получить выигрыш на приеме не удастся. Если же передать сигнал независимо (на максимальной мощности) с небольшим интервалом с каждой из антенн, можно получить разнесение сигнала на приеме, а значить улучшить сигнал. Приемник в свою очередь по определенному критерию выбирает лучший сигнал. Метод разнесенной передачи довольно старый и не очень удобен для распознавания на приемнике (требует вычислительной мощности, плохо масштабируется). Однако, он поддерживается на точках доступа и работает с клиентами предыдущих поколений – 802.11a/g. В современных стандартах (802.11n и далее) используется механизм STBC либо адаптивная передача (Beamforming).
Пространственно-временное блочное кодирование (STBC)
STBC позволяет передавать разные сигналы одновременно с нескольких антенн за несколько тактовых интервалов. Для передачи используется схема Аламоути. Для простейшего случая 2х1, эта схема позволяет за два интервала времени передать два сигнала два раза. На двух интервалах с разных антенн передается один из сигналов и комплексное сопряжение другого сигнала. Таким образом, мы получаем разнесение сигналов по времени и пространству (два сигнала проходят разными путями), увеличивая результирующий сигнал на приеме. С точки зрения приема, метод STBC является достаточно удобным, т.к. не требует большой вычислительной мощности. Как можно догадаться, STBC не работает одновременно с CSD. В противовес MRC, который мы рассмотрели ранее, STBC позволяет нам улучшить качество сигнала от точки доступа к клиенту. Теоретически, поддерживается работа в режимах более высоких порядков или для нескольких потоков (например, в режиме 2х1 для двух потоков с четырьмя передающими антеннами). STBC может использоваться одновременно с MIMO SDM.
Влияние на производительность
Итак, мы рассмотрели разные методы разнесенной (множественной) передачи/приема на точках доступа. В чем же преимущество их использования, какой реальный прирост они дают? Посмотрим графики*. На первом графике для MCS7 (один поток) мы видим, что SE (CSD) не дает существенных улучшений по сравнению с режимом SISO (1×1). STBC же ведет себя гораздо лучше: для коэффициента ошибок 1% (PER – Packet Error Rate) он на
4 dB лучше SE. MRC** дает наибольший прирост: почти 10 dB по сравнению с режимом 1х1! Однако, на более низких скоростях результаты менее захватывающие. Для MCS0 (второй график) показатели SNR для STBC и SE (CSD) вообще сравнимы.
*взято из книги Eldad Perahia, Robert Stacey. Next Generation Wireless LANs — 802.11n and 802.11ac
Адаптивная передача (802.11ac Explicit Beamforming)
Мы рассмотрели различные методы множественной передачи сигнала в системах MIMO (Wi-Fi) – мультиплексирование, разнесение сигнала на приеме и передаче, адаптивную передачу, а также показали какой прирост они могут дать. В реальных условиях будет наблюдаться более комплексная картина. Добавляются дополнительные факторы, влияющие на работу беспроводной сети (расстояние до клиента, количество клиентов, нагрузка на канал, поддерживаемые клиентом методы передачи и др.). Точка доступа на основе встроенных алгоритмов решает какие методы передачи использовать в тот или иной момент времени.