802.11ac无线技术潜力以及局限性

数月来，供应商一直在测试他们的11ac产品，测试结果显示了11ac的性能以及哪些变量会其影响。一些测试是在理想的实验室环境下进行;其他测试则设计实际或模拟的生产网络。测试结果包括：在最佳情况下，11ac客户端能够享受一致的400M到800Mbps的吞吐量;每个接入点服务于更多的客户端，以及为现有11n客户端提高性能。

无线局域网供应商正在加紧推出产品，包括Aerohive、Aruba、思科(包括其Meraki云计算产品)、Meru、摩托罗拉、Ruckus、Ubiquiti和Xirrus。

　　IEEE 802.11ac标准使吞吐量增加至11n的三倍，主要是这样实现的：它建立在从802.11n引进的一些技术之上;强制执行某些11n选项;提供多种方式来提高Wi-Fi吞吐量;仅在5GHz频段下运作。

　　这是一个强有力的组合。特拉华大学系统程序员Mike Davis表示：“我们看到配备11ac的新的苹果Macbook Air笔记本吞吐量超过800Mbps，11ac手机(例如三星S4)为400Mbps，校园内11ac设备正在逐渐增加。”

　　特拉华大学是Aruba公司长期的WLAN客户，该大学今年夏天已经安装了3700个Aruba的新的11ac接入点，目前，平均有80个11ac客户端在线，高峰为100，该校有共有约24000Wi-Fi客户端。

　　11ac网络似乎“游刃有余”，Davis说道：“在对11ac Macbook Air的有限的测试中，在负荷超过120个客户端的11ac接入点，我能够维持400Mbps。”并不是所有的客户端都是数据密集型，但结果显示当服务于比以前更多的客户端时，11ac接入点仍然能够提供比11n更好的数据传输速率。

　　11ac的最大数据传输速率高度依赖于几个因素。首先是11ac无线电是否使用80Mhz宽的信道(11n通过使用40MHz信道来提高吞吐量)。另一个因素是，无线电是否能够使用256 QAM调制方案，11n使用的是64 QAM。这些都取决于11ac客户端与接入点的距离。距离太远的话，无线电会“下调到”较窄的信道和较低的调制方案。

　　还有一个因素是“空间流”的数量，空间流是在11n引进的技术，受到客户端和接入点无线电的支持。在图1“基于空间流的802.11ac性能”中，显示了下载吞吐量性能。

　　在完美的条件下，靠近接入点时，三股流11ac无线电可以实现1.3Gbps的最大原始数据传输速率。但没有用户会意识到可用吞吐量的情况。

　　Aerohive Networks 公司产品管理主管Mathew Gast表示：“通常情况下，如果客户端靠近接入点，由于协议开销(设置、信标等)，你可以预计将损失约40%的总体原始比特率。”该公司刚刚推出了其第一批11ac产品—AP 370和AP390.Aerohive在分布式接入点架构中集成了控制器功能，并为IT部门提供云计算管理界面。

　　第三个重要因素是空间流的数量。大多数11ac接入点会支持三股流，通常有三个发射和接收天线，但客户端会有所不同。在特拉华大学，新的Macbook Air笔记本支持两个流，而三星S4和HTC One收集支持一个流。

　　Broadcom公司的测试发现，在40 MHz信道，单个11n数据流可以提供高达60Mbps的吞吐量。相比之下，在80MHz信道的单流11ac“开始超过250Mbps”。单流11ac最大会超过约433Mbps。

　　从这些数据中我们可以得出一些有趣的结果：在任何给定的距离，11ac的吞吐量都比11n更好;11ac接入点可以比11n提供更多的客户端数量。

　　“在高密度的演讲大厅，我们已经使用11ac取代了11n接入点，”特拉华大学的Mike Davis表示，“虽然我们仍然在限制可以使用新接入点的客户端的数量，但我们看到客户端的性能非常高。”

　　11ac的其他功能实现了性能的提升。发射波束成形(TBF)是11n中的可选功能，而在11ac中测试标准功能。“TBR让你可以将RF信号集中在特定地方，用于特定客户端，”Aruba公司技术营销工程主管Mark Jordan表示，“TBF小幅改变了定相来允许信号在更高效的无线电功率水平传播，结果是极大地提高了吞吐量距离。” 第二个功能是低密度奇偶校验(LDPC)，这是提高接收无线电密度的技术。

　　这对Wi-Fi网络的影响将是巨大的。Broadcom在办公楼设立的网络中进行了广泛的测试，该网络同时使用11n和11ac接入点和客户端。他们专门测试了在打开和关闭波束成形和低密度奇偶校验的情况下，11ac数据传输速率以及吞吐量。

　　测试结果显示，在TBR和LDPC打开的情况下，11ac连接显著优于11n，即使在这两个功能都关闭的情况下，11ac也更加优越。例如，在一个测试点，11n客户端达到32Mbps，在同一个测试点，关闭TBR和LDPC的11ac客户端实现相同的吞吐量。当开启功能时，11ac客户端猛增至 102Mbps。

　　Aruba公司也发现了类似的结果。其单流三星S4智能手机在15英尺达到238Mbps TCP下行吞吐量，30英尺为235Mbps，75英尺为193Mbps。而在120英尺，仍然有154Mbps。在相同距离上行吞吐率为：235Mbps、230M、168M和87M。

　　11ac还有其他方面的优势。由于更高的向上和向下吞吐量，11ac移动设备更快地接入和退出Wi-Fi信道，需要更少的电耗。更高效的网络使用意味着更少的“每比特电耗”，以及更好的电池寿命。

　　另外，由于对于11ac而言，这一切都进行得更快，就有更多事情让其他客户端来访问信道。换句话说，网络容量增加了六倍。

　　这方面的改进可以用来减少覆盖特定区域的接入点数量：在Broadcom办公测试区，四个思科11n接入点提供连接，单个11ac接入点就可以替换它们。

　　更可能的情况是，IT部门将优化11ac网络的容量，尤其是随着智能手机、平板电脑、笔记本和其他设备逐渐配备11ac时。11n客户也会意识到11ac网络的改进。

　　Wi-Fi使用以太网的载波监听多路访问以及碰撞测试(CSMA/CD)--基本上检查信道是否正在被使用，如果正在使用，它将退出，等待再次尝试。“如果我们在网络上花更少的实际，就有更多可用的时间，就可以让更多设备访问。更多可用的时间转化为更少的碰撞和退避。如果不堪重负的11n接入点被 11ac接入点取代，这将会增加网络的容量。”

　　在Aruba的内部测试中，Macbook Pro笔记本具有三个流11n无线电，首先被连接到11n Aruba AP-135，然后是11ac AP-225。正如图2“11ac将提高11n客户端的吞吐量”中所示，该笔记本的性能比在11n上好得多，特别是随着范围扩大。

　　这些改进只是“第一波”11ac的一部分。第二波可能将会在2014年晚些时候开始，其中将会有新功能添加到11ac：支持4到8个数据流，明确的发射波束成形，160Mhz信道选项，以及“多用户MIMO”—允许接入点同时应对多个11ac客户端。