802.11ac 无线网络对网络技术人员的影响

The 802.11ac standard brings opportunities to deliver wireless networks to support the future needs of clients especially with the growing demands made on the Wi-Fi network from BOYD smartphones, tablets and laptops.802.11ac 正如之前的 802.11n、b 和 g 标准,且能够实现更快的传送速度。在配备所有能够提高传送速度的新技术之后,802.11ac 可以达到 1.3Gbs 的传送速度,理论值高达 6.9Gbs。
此白皮书旨在介绍 802.11ac 如何满足客户的未来需求,以此增加您对此技术的了解,同时也介绍了将 802.11n 转换为 ac 可能需要做哪些工作,以及为了满足未来需求需要做哪些准备。

    目录
  • 执行摘要
  • 802.11ac 具有哪些功能?
  • 802.11ac 如何实现这些功能?
  • 802.11ac 如何影响网络技术人员?
  • 部署与迁移
  • 有线网络容量和功率要求
  • 安全性
  • 连接、故障处理和优化
  • 漫游
  • 吞吐量和服务可用性
  • 总结

执行摘要

Today, with the popularity of BYOD in enterprise, network designers expect that each network client has up to 3 or more devices connected to the network, smart phone, tablet and their PC. A majority of smartphones have Wi-Fi hardware included.我们应当知道平板电脑使用的容量是普通智能手机的 3 到 4 倍。

因此,由于云端(离线)应用程序和诸如 VoIP 和视频等此类对数据丢失和延迟及其敏感的实时应用程序,只有提高带宽容量才能满足此类日益增长的需求。

流量的使用情况也在改变;人们总是希望下载的流量大于上传的流量。如今,可使用智能手机和平板电脑经常下载应用更新、接收电子邮件、收取最新广告、发送实时 ping、以及使用应用程序上传照片到云端存储设备以实现同步。此外,越来越多的移动设备需要经常更换接入点 (AP),此时需要实现无缝漫游切换,以增加认证和同步过程的流畅性。

只要用户所处位置有无线连接,企业网络就面对上述需求问题。

The 802.11ac IEEE standard provides a platform to meet these growing future needs by implementing significant changes to the 802.11n standard for RF spectrum utilization.此技术升级可以大幅提高无线网络的速度和吞吐能力。

802.11ac operates in the 5GHz band only.

802.11ac offers:

  • 为同时连接的多客户端提供更多的容量和更高的吞吐量而不影响性能。
  • 降低延迟率,实现高质量的连接,提高包括 VoIP 和视频在内实时应用的服务质量。
  • 提高用电效率,降低数据传输时的功耗。

In planning for migration to 802.11ac it’s important to realize that 802.11ac AP density will be greater than 802.11a/b/g networks to meet user needs of for multiple devices, such as a smartphone, a tablet and a laptop.为上行和下行规划足够的带宽是关键。因此就必须规划容量和吞吐量,而不仅仅是覆盖范围。RF planning and surveying tools such as NETSCOUT’s AirMagnet Planner and Survey Pro will aid and simplify the design 802.11ac networks to ensure not just coverage but capacity is designed in from the start.

为了实现更快的速度,重要的是检查现有的基础设施并制定完备的规划,以实现与 802.11ac AP 更快的有线连接,同时拥有更强的以太网供电 (PoE) 能力以满足 802.3at 和 802.3af 要求。安装这些升级之后,便需要验证功率和吞吐能力。


无线网络也要进行安装后测试。采用 802.11ac 之后,应该对无线网络的速度提升和实际吞吐量是否达到了预期值进行验证。802.11ac 设备预计会首先在家用无线路由器市场实现快速成熟。如此,用户可在工作场所使用 802.11ac 设备进行笔记本与无线网络的快速连接。但是,这样会导致严重的安全漏洞,其他人也可连接到此未授权的 AP。所以用于检测恶意 AP 的任何设备也应可以检测到支持 802.11ac 的 AP。

Most if not all the measurements discussed above can easily and quickly performed using a hand held tool such as NETSCOUT’s OneTouch AT Network Assistant that makes these measurements from a wired and wireless client’s perspective, saving time and money.

802.11ac 具有哪些功能?

诸如流视频、数据库搜索、文件传输、无线语音、实时安全应用等越来越多的应用需要一致的带宽,而包括大型数据文件备份、密集环境(例如,大型校园报告厅和生产车间自动化)在内的其他应用则需要更多带宽。

802.11ac IEEE 标准能够实现高于早期 802.11a 和 n 网络 3-6 倍的无线数据传输速度。802.11ac 通过改进 802.11n 技术而非技术突破来实现此目标。

功能包括:

  1. 增加多重传输和接收天线,最多 8 条空间流。
  2. 信道绑定从 40MHz 提高到 80MHz,且未来将达到 160MHz。
  3. 使用 256QAM 调制方式传输。
  4. 多用户 (MU) MIMO
但是,与 802.11n 不同,802.11ac 仅使用 5GHz 带宽。这使得 802.11ac 成为最抗干扰的无线网络,再不会受到使用 2.4GHz 频带的蓝牙、微波炉、模拟监控摄像机和 DECT 电话等的影响。不过,在某些使用 5GHz 频带广播的国家,选择频道时需要考虑雷达的干扰。

802.11ac 向后兼容其他 5GHz 带宽技术标准(802.11a 和 n)。藉此 “a” 和 “n” 客户仍然可以访问已迁移为 802.11ac 的 AP。不过,资费略高。在 802.11a/n 客户使用无线网络时,11.ac 客户的速度会降为 a/n。

尽管早期 802.11ac 产品的数据传输率通常为 1.3Gbps,但其理论数据传输率高达 9.6Gbps,藉此 802.11ac 设备极具优势,能够促进替代有线 Ethernet 连接并提高全无线 LAN 接入网络普及的可能性。

设备/流 802.11n 20MHz 信道绑定为 40MHz 802.11ac 40MHz 信道绑定为 80MHz
智能手机(一条流) 72Mbps 150Mbps 200Mbps 433Mbps
平板电脑(两条流) 144Mbps 300Mbps 400Mbps 866Mbps
笔记本电脑(三条流) 216Mbps 450Mbps 600Mbps 1300Mbps
802.11n 对比 802.11ac 数据传输速度

802.11ac 如何实现这些功能?

802.11ac 所使用的技术是来自于 802.11n 标准的改进技术;其优势在于信道更宽、调整和编码能力更强、新增波束成形和多用户 (MU)-MIMO 技术。

信道更宽
802.11n 无线网络使用标准 20MHz 信道或绑定两个 20MHz 信道后组成的 40MHz 信道。信道绑定是 802.11n 比传统 802.11 网络更快速度的主要因素之一。

802.11ac 改进了信道绑定;将推出的首款产品的信道绑定为 80MHz。下一阶段的产品会使用 160MHz 信道宽度来进一步加速以趋近最大值 9.6Gbps。

160MHz
80MHz  
40MHz      
20MHz              
CH36 40 44 48 52 56 60 64

更高的调制和编码方案
802.11n 使用 64QAM (正交调幅),其编码率最大为 5/6。802.11ac 采用 256QAM,其编码率可选为 3/4 和 5/6,因此增加了单时间片中的比特数,可以实现 1.33 倍的更高数据编码率。需要指出 256QAM 仅在短距离的情况下提供此编码率,需要离接入点大约 5-6 米(15-20 英尺)内,但不使用额外的频谱或天线。此外,256 QAM 所需信噪比 (SNR) 可能比使用 64 QAM 的 802.11n 所需的信噪比高 5-7dB。


多用户 MIMO – 更多天线实现更多空间流
MIMO 是 802.11n 中所用的技术,其采用多重天线来实现传输和接收。此技术通过增加天线数量来实现更有效的多重传输。802.11n 使用多达 4 个传输和 4 个接收天线,理论上数量传输率提高四倍,但市场上多数 11.n 设备仅有最多 3 个传输和接收天线。802.11ac AP 使用多达 8 个传输和接收天线,能实现更高的数据传输能力。此外,802.11ac 使用多用户 (MU) MIMO,可实现同时传输到多用户。理论上到一个客户端的最大流数为 4 条流,多用户可用的总流数为 8 条。

MU-MIMO 和波束成形

波束成形
波束成形技术首先应用于 802.11n 中,其按需求程度定向为用户传输无线信号,而不是向周围的全部区域均匀地传输 RF 信号,藉此提供性能和覆盖率。

右图所示为多用户 MIMO 和波束成形技术同时为多用户传输信号并将 RF 波束使用各天线定向传输到具体用户的过程。


802.11ac 如何影响网络技术人员?

802.11ac 似乎能够解决当今无线网络的全部问题。但是,正如当时普及 802.11n 之后,仍出现很多需要解决的问题。通过采用多信号流、多径信号传播、以及“智能”天线设计来实现更高容量和吞吐量之后,性能和距离会受到影响。相应地,也会影响 AP 布置、RF 管理、优化和故障诊断策略。

要增加无线容量就要确保现有的有线基础设施能够满足 802.11ac 无线网络容量的标准,以此才能获得最大收益。也需要使用 802.3AT、PoE plus 和 802.2.af 通过 Ethernet 供电为 802.11ac 接入点提供足够的电压和功率。

802.11ac 设备可能首先在 SoHo(小型家庭办公)市场而不是企业市场内成熟,因此据预计在产品研发周期内家用 802.11ac 无线路由器会最先推出。因此,应该制定有关政策和检测步骤以诊断这些 802.11ac 设备的潜在安全风险,特别是出现在企业网络中的潜在恶意无线路由器此类设备。

如上文所述,除非建造全新的 802.11ac 基站,否则也兼容 802.11a/b/g/n 设备。因为 802.11ac 具有向后兼容性,所以任何 ac 客户端都需要正确配置到 802.11ac,否则会妨碍其他设备。


部署与迁移

许多制造商预测 802.11n 到 802.11ac 是技术演进而不是革新,现在还推荐除非建造绿地基站,否则传统无线企业网络仍然应该部署 802.11n。802.11ac 接入点的布局也很关键,要足够接近以提供足够的容量和吞吐量满足未来的需要。同时需要考虑信道分配和管理,因为可用的 80MHz 信道很少而且 160MHz 信道更少。在某些国家仅单一邻接的 160MHz 信道可用。不过,802.11ac 允许 80+80 MHz 信道绑定(非邻接 80+80),藉此有限数量的 80MHz 信道可用绑定成为 160MHz 信道。因此,企业网络不会大量使用 160MHz 信道绑定。

美洲 欧洲
频段 可用的 20MHz 信道 20MHz 40MHz 80MHz 160MHz 20MHz 40MHz 80MHz 160MHz
UNII-1 36,40,44,48 4 2 1 1 4 2 1 1
UNII-2 52,56,60,64 4 1 1 4 2 1
100,104,108,112,116,120,124,128,132,136,140         11 5 2
UNII-3 149,153,157,161,165 5 2 1          
非重叠的信道数量 13 2 1 1 19 9 4 2
信道可用性

要确保无线网络和设计都良好,请使用无线规划和调查工具(如 AirMagnet Planning 和 Survey Pro)来布置接入点,满足用户容量和数据传输速率。请注意,在设计用户容量时,应该为每人计划三台设备。遇到一个无线网络中拥有多重 802.11 技术这种复杂情况时,配备移动手持工具非常有用,这种工具可以携带到问题现场使用,实现有线或无线网络的可视性。该手持设备可以作为独立工具,一个用于有线网络,一个用于无线网络,或作为有线和无线两用工具,如 NETSCOUT 的 OneTouch AT Network Assistant。


有线网络容量和功率要求

802.11ac 增加了无线容量和吞吐量,同时也要求确保有线网络能够支持所增加的带宽。应对交换机和路由器设备进行审核,以确保 802.11ac AP 的网络路径能够向客户端提供千兆以太网服务。虽然 802.11ac AP 比传统 AP 更省电, 但是 802.11ac AP 有线连接需要相应的 802.3at “PoE plus” 功率。如此,才能够对基本的 AP 进行有线连接验证并为其提供所需的功率级别。

在按交换机逐个确定客户端、路由器或另一网络外围设备之间的连接端口速度和带宽余量时;OneTouch AT Network Assistant 可以运行路径分析测试,显示路径中的各设备和各设备的反应时间。选择路径中的某个设备会显示包括路径中端口的上传和下载流量和端口速度在内的更多详细信息。

OneTouch AT 可以检测 AP 与网关或路由器之间的 LAN 交换机,测试各端口速度以确定是否能够支持 802.11ac 速度。


OneTouch AT 的性能测试可以确保连接到 AP 的有线链路的性能。可以测量高达 1Gbps 的上行和下行吞吐量以及丢失和延迟。

OneTouch AT 可以测试 802.11ac AP 的有线连接性和 PoE 能力。连接到 AP 之后,可以自动运行测试,显示此 AP 位置在负载下各 TruePower™ 的可用数据。


安全性

小型家庭办公 802.11ac 设备制造商可能提前推出 802.11ac 无线路由器。如上所述,这些设备很有可能被企业网络采用。本地 PC 商店内出售的 802.11ac 无线路由器盒子上的营销广告标明最多 1.3Gbps 速度。此广告使用户相信可以使用这些设备方便创建笔记本电脑到工作场所网络的 1Gbps 无线连接。但是,如此创建也会为公司网络带来严重的安全漏洞。要确保避免此类情况,应该使用全天候入侵检测系统 (IDS) 或入侵防御系统 (IPS) 此类可以检测 802.11ac 恶意设备的系统。如果没有此类系统,可以使用手持无线工具,此工具可以检测 802.11ac、分类和定位 802.11 ac 恶意设备。如有此类系统,OneTouch AT 的便携性使得可以定位恶意设备的物理位置。

OneTouch AT 也具有独特的“交联”检测功能,可以显示网络无线端所发现的 AP 的有线位置(端口/交换机)。此功能有助于快速禁用未授权设备接入网络。

发现之后,依据信号水平可物理定位 802.11ac 接入点。使用 OneTouch AT 定位工具,追踪设备以降低恶意安全威胁或定位接入点,执行移动、添加或更改操作。



OneTouch AT 能够通过解码信标中的具体信息来检测并分类支持 802.11ac 的接入点。Discovered 802.11ac access points are reported under the AP tab as well as in Network, Client and Channel lists and marked with an 802.11ac icon.802.11ac 包含在媒体类型分类中,用户可以在已发现接入点列表中增加检测到的 802.11ac 接入点的可视性。此功能可用于快速识别恶意设备或查看 802.11ac 接入点的新部署网络。

OneTouch 允许标记并命名网络中已知 AP,有助于加快并简化恶意设备检测。


连接、故障处理和优化

在 802.11ac 无线接入点安装之后,无论是混合式传统 802.11a/b/g/n 网络还是 802.1ac 绿地基站,都要验证连接性,确保支持 802.11ac 的客户端能够使用 802.11ac 设置进行实际连接,获得额外的速度提升。第一代 802.11ac AP 产品将匹配同级 802.11ac 客户端。这意味着三条流 80MHz 信道连接仅在匹配的 AP/客户端对之间受到支持。

如果客户使用 802.11a 或 b 或 g 来连接,不仅自己的网络速度变慢,其他用户的连接速度也会变慢。

802.11ac 向后兼容 802.11a/b/g/n 支持传统客户端连接。验证连接和实现网络访问的能力是解决连接问题的重要方法。OneTouch AT 配有验证 802.11ac 网络和接入点的连接工具。除了能够显示此结果之外,也可以在 LOG(日志)选项卡之下显示连接过程的完整日志,方便识别连接、认证或 IP 地址处理过程中的问题。

OneTouch AT 可以检测 802.11ac AP 并提供 AP 详情,按照授权状态分类 .11ac AP,定位 802.11ac AP,连接 802.11ac 网络,检测相关的客户端和客户端详情,分析 2.4 和 5GHz 信道,捕获 802.11ac 管理和控制帧,验证客户端连接并测量终端用户体验。

OneTouch AT 报告已检测到在使用网络且与支持 802.11ac 的接入点相关的所有客户端。此客户端信息有助于识别那些应该使用 802.11ac 来连接的客户端,无论其为 802.11a、b、g、n 还是 ac 客户端。


漫游

无线接入点之间的无缝漫游随着企业网络中的 BYOD(自带设备)增多,现在已被认为是日常需求。此外,这些移动设备和其他设备上运行的许多应用,包括数据、音频和视频在内,都依赖持续的网络连接,即使断开连接一刻钟也会破坏信道并严重影响客户的工作效率。Wi-Fi 漫游测试可验证客户端是否能够顺畅地在同一网络内或 SSID 内从一个 AP 迁移至另一个 AP 而不会丢失连接。客户端的漫游处理详情,包括 PC、手机和其他移动设备在内,应该对信号水平、噪音、信道号和重试次数进行检查,因为这些数据可以确定网络覆盖、拥堵或干扰是否为造成不良漫游的原因。这些参数可由无线分析仪捕获并分析,此类设备即 AirMagnet WiFi Analyzer 和诸如 OneTouch AT 的一些高级手持设备。

OneTouch AT 汇总了 Wi-Fi 连接和本地网络健康状况。漫游详情包括 AP MAC、用于连接的已连接信道安全方法和网络健康统计。这些网络覆盖、拥堵或干扰问题是影响客户端连接性和性能的关键指标。各统计都显示当前、最小、最大和平均值,并对超出各自阈值/限值的测量提出警告。

Wi-Fi test log details each roaming events during a walk through.If roaming fails, it reports the cause of failure such as no matching AP for connected SSID found.This can be an indication of a coverage dark spot or an AP that has gone off line to site a couple of root cause examples.


吞吐量和服务可用性

设计和安装 802.11ac 网络的最终目标是满足所需的用户容量、吞吐量和网络反应时间。达到这些设计标准后,就可以为客户的所有应用提供良好的服务。这些应用可能是视频流、VoIP、下载大型文件、电子邮件通信等。因此,测量这些参数并验证性能有助于清晰地理解客户端和服务器或应用之间的路径状况。应该从 LAN 到 网络核心,然后从 WAN 链路到云服务和客户端的远程办公楼宇进行测量。对有线和无线结果进行比较之后,可获得是否只有无线网络存在此问题的准确信息。

测试之后,应对结果进行检查以确定吞吐量和反应时间是否良好。这些测试随着网络和测量信号的发出地点和接收地点的不同而不同。定期测量多种客户端使用不同服务时的参数有助于确定正常时的参数值,方便问题诊断。如果测试结果良好,客户仍然抱怨反应速度,就有必要捕获客户端和接入点(内联)的追踪数据以进行升级或进一步分析。

使用 OneTouch AT 验证应用的连接速度和吞吐量非常容易。包括 FTP、电子邮件、视频和网页连接性在内的多种应用测试可处于一个配置文件中,然后对有线和无线连接同时测试,直接比较两种连接方法。

OneTouch AT 可以对另一个 OneTouch 对等点或 LinkRunner AT 进行有线或无线连接的吞吐量测试。此强大功能使网络技术人员能够方便快速地验证核心网络、服务器和远程站点的通信吞吐量。

应用或服务测试没有发现异常,但客户仍然抱怨应用吞吐量和反应时间。OneTouch 可以内联到 AP 和网络或者辅助诸如 Fluke Networks ClearSight 此类以应用为中心进行分析的协议分析仪通过无线连接来收集数据包以供升级和进一步分析之用,使用此类分析仪可以快速解决应用性能问题。


总结

With the 802.11ac standard, network technicians, engineers and IT management should make plans for how they will implement 802.11ac in their network site by site.应该就部署此新技术的方式和对现有企业网络进行更改的细节进行讨论、通过并制定计划。同时应该具体考虑到用户密度,因其关系到用户容量和所要求的吞吐量。如此有助于接入点布置和升级现有有线基础设施以实现 802.3at 功率和与无线接入点的多重千兆连接。随着 802.11ac 家用无线路由器的上市,网络安全性应该得到重视以确保能够检测到恶意 802.11ac 设备。最后,验证无线漫游能力、用户应用和服务器响应时间有助于理解正常状况的状态,也有助于了解从对 802.11ac 安装的投资中获得了哪些益处。

关于 OneTouch™ AT Network Assistant

Onetouch™ AT Network Assistant 是一款能够了解终端用户千兆以太网和 Wi-Fi 网络性能的自动一体化测试仪。对双绞线、光纤和无线网络的综合测试可以解决无数问题。包含通过/失败分析的自动测试可以加速识别问题。自动测试配置文件可以使故障诊断和性能验证操作实现标准化。测量到远程对等点或反射器的有线和 Wi-Fi 端对端路径性能,以记录 SLA 符合性。内联 VoIP 分析可以实时诊断 IP 电话和测量通话质量。捕获 Wi-Fi 和内联有线数据包可以简化协作并减少问题升级。检测和分析可以实现对有线和 Wi-Fi 网络的可视性。线缆到服务器的综合测试可以定位问题的根本原因。

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