802.11ax – Il wireless ad alta efficienza

Gli utenti di telefonia mobile hanno continuamente richiesto più dati e più grande disponibilità di connessioni alle reti wireless. Successivamente lo standard delle reti wireless IEEE 802. 11 si è evoluto consistentemente e si è adattato per incontrare queste necessità di miglioramento. Intorno al 1999, l’implementazione dello standard 802.11b ha consentito connessioni wireless a circa 11 Mbps utilizzando lo spettro a diretta sequenza di diffusione (DSSS). Nel 2003 la revisione del 802.11a/g ha incrementato la velocità di connessione e la prestazione wireless utilizzando la multiplazione ortogonale a divisione di frequenza (OFDM). Questa implementazione ha offerto agli utenti una velocità di trasmissione dati fino a 54 Mbps, un grande miglioramento che ha stimolato una più ampia adozione nel mercato. La successiva prestazione fa un salto di qualità con 802. 11n (2009), presentando agli utenti una connessione a singolo stream fino a 150 Mbps.

Introduzione

La revisione 802. 11ac (2013), ha consentito la possibilità di velocità di connessioni intorno a 866 Mbps su un singolo stream spaziale (SS) con più ampi canali (80 e 160 MHz) e più alti ordini di modulazione (256-QAM). Utilizzando lo specificato massimo numero di otto strema  spaziali, gli utenti del 802.11ac potrebbero, in teoria, beneficiare di connessioni di velocità di 6,97 Gbps, sorpassando la velocità dati delle connessioni su cavo Ethernet. Se questa tecnologia è già disponibile, allora perché gli utenti sono frustrati per il lento traffico dati quando sono connessi ad una rete Wi-Fi pubblica come una stazione ferroviaria o stadi sportivi? Sebbene ci siano alcuni fattori che influenzano la qualità del segnale e la velocità dati, il modo corrente di accesso mediante access point (AP) e stazioni (STA) e reti sovraffollate causano comunemente il rallentamento del flusso dati. Una nuova revisione dello standard 802.11 LAN wireless - 802.11ax - cerca di rimediare a questa situazione.  802. 11ax, anche definito wireless ad alta efficienza (HEW), cerca di migliorare nei densi ambienti di utilizzo l’efficienza di trasferimento dati medio di almeno un fattore 4x per utente. Guardando indietro alla velocità di connessione del 802. 11ac, questo standard implementa alcuni meccanismi per un consistente e affidabile trasferimento dati per più utenti in luoghi affollati. Questo include luoghi di ambienti misti con molti access point e un’alta concentrazione di utenti con differenti tipologie di connessione dei dispositivi.

La sfida negli ambienti densi

Il protocollo 802.11 utilizza un metodo di rilevamento della portante ad accesso multiplo (CSMA), in cui le stazioni prima rilevano il canale, e poi si occupano di evitare collisioni trasmettendo solo quando non rivelano alcun segnale 802. 11. Quando una stazione ne rileva un altro, attende per un certo tempo che l’altra stazione interrompa le trasmissioni prima di porsi in ascolto ancora di un canale libero. Quando sono abilitate a trasmettere, le stazioni trasmettono il loro intero pacchetto dati. Le stazioni Wi-Fi possono utilizzare la “richiesta per inviare” (RTS) o “cancella per inviare” (CTS), pacchetti dati per gestire gli accessi verso sistemi condivisi. Gli AP inviano solo un pacchetto CTS alla volta ad una stazione, la quale, di ritorno, invia il suo intero frame agli AP (vedi figura 1).

Figura 1: protocollo di valutazione di pulizia del canale

La stazione poi attende un pacchetto di riconoscimento (ACK) dall’AP, indicando che il pacchetto è stato ricevuto correttamente. Se la stazione non riceve l’ACK in tempo, ritiene che il pacchetto è andato in collisione con qualche altra trasmissione, portando la stazione in un periodo di back off (regresso). Essa allora proverà ad accedere al mezzo e ritrasmettere il pacchetto dopo il termine del contatore del periodo di back off. Sebbene il protocollo per la valutazione della pulizia del canale e per evitare collisioni sia utile per condividere equamente il canale tra i partecipanti entro il dominio di collisione, la sua efficienza decresce quando il numero di partecipanti progredisce di molto. Un altro fattore che contribuisce all’inefficienza della rete è di avere molti AP con sovrapposizione delle aree di servizio. La figura 2 mostra un utente (utente 1) che appartiene al set del servizio base (BSS), un set di clients wireless associati ad un AP, a sinistra. L’utente 1 contende l’accesso al mezzo con altri utenti nella propria BSS (es. utente 2) e poi scambia i dati con il suo AP. Tuttavia, questo utente sente il traffico dalla sovrapposizione BSS, a destra. In questo caso, il traffico dalla sovrapposizione BSS innesca la procedura di backoff dell’utente 1. Questo comporta per gli utenti più lunghe attese a trasmettere al loro turno, provocando un abbassamento del loro trasferimento dati medio.

Figura 2: inefficienza dell’accesso al mezzo per utenti con sovrapposizione degli AP

Figura 2: inefficienza dell’accesso al mezzo per utenti con sovrapposizione degli AP

Meccanismi fisici per l’alta efficienza

La specifica in bozza 0.1 del 802.11ax introduce significativi cambiamenti al livello fisico dello standard. Tuttavia, essa mantiene compatibilità con i dispositivi 802.11a/b/g/n/ac, cosicché una STA 802.11ax può inviare e ricevere dati verso STA di versioni precedenti. Questi clients saranno anche abilitati a demodulare e decodificare pacchetti 802.11ax, sebbene nessun pacchetto intero e backoff si ha quando la [...]

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Una risposta

  1. Maurizio Di Paolo Emilio Maurizio Di Paolo Emilio 10 gennaio 2017

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