WLAN取代以太網(wǎng)線

夢想成真：IEEE 802.11ad無線標準使得WLAN比千兆以太網(wǎng)電纜和光纖更快，我們試用了這種高速的WLAN，下面CHIP將與大家分享測試發(fā)現(xiàn)的問題。

人們越來越迫切地需要一個快速的無線網(wǎng)絡(luò)：4K視頻逐漸普及，光纖也已經(jīng)成為了絕大部分互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)提供商標準的接入方式。與此同時，越來越多的平板電腦、智能手機和緊湊型的筆記本電腦開始配備快速的SSD，當前的“n”和“ac”WLAN標準難以滿足這些設(shè)備所需的實時流量，而且當前各種WLAN已經(jīng)占用了所有可用的2.4GHz和5GHz頻段的資源，絕大部分路由器實際上只有在理論上能夠達到廠商標稱的最高速度。

要實現(xiàn)超過Gb/s級的無線傳輸速度，我們只能寄希望于工作在60GHz頻段的IEEE 802.11ad WLAN標準。該標準可以實現(xiàn)極高的速度，但是只能工作在有限范圍。我們對第一個IEEE 802.11ad路由器進行了測試，發(fā)現(xiàn)其速度非常有潛力，但是也發(fā)現(xiàn)了一些問題。

為什么ad WLAN這么快？

簡單來說，是60GHz頻段大量可用的帶寬為ad WLAN的高速傳輸提供了條件。ac WLAN（5GHz）的信道寬度為80MHz～160MHz，而ad WLAN的信道寬度高達2 160MHz，而且該頻道可以使用的子信道更多，理論上，其最高速度可以達到7Gb/s。除此之外，由于工作頻率高，ad WLAN每秒可以傳輸更多的數(shù)據(jù)包，因而，ad WLAN的數(shù)據(jù)傳輸延遲（等待時間）也更低。這意味著該技術(shù)非常適合用于傳輸高分辨率的交互式屏幕數(shù)據(jù)，例如它可以用于將游戲和電影以無線方式傳輸?shù)奖O(jiān)視器或虛擬現(xiàn)實頭戴裝置上。

此前的無線電技術(shù)從未使用過60GHz頻段，因為空氣中的氧氣嚴重地抑制了該波長的信號，這也導(dǎo)致了ad WLAN的使用范圍限制僅有10m，不過，這樣也避免了與其他家庭的ad WLAN路由器信號相互干擾。目前，IEEE 802.11ad通常只是用作當前WLAN標準的補充，當ad連接中斷時，連接將可以無縫切換到5GHz或2.4GHz頻段。因此，當距離增加時，連接并不會中斷，只是變得較慢。最后，IEEE 802.11ad極短的信號波長只需要細小的天線，可以輕松地安裝在各種緊湊的裝置中。而數(shù)量較多的天線則可以更好地形成波束，并可以更好地定位遠程接收站，可以有效地提高信號質(zhì)量和效率。

WiGig是IEEE 80 2.11ad標準的前身，在2009年年底制定。然而，除了被用于同時配備無線接收站的筆記本電腦外，這種技術(shù)并沒有大規(guī)模使用。第一個ad WLAN路由器（TP-Link Talon AD7200）最近才推到市場，但是目前還沒有終端設(shè)備。

據(jù)稱，Talon的速度是4 600Mb/s，同時在5GHz ac WLAN中也能夠達到1 733Mb/s的速度以及在2.4GHz nWLAN中達到800Mb/s

的速度，所有這些加起來總共將近7 200Mb/s。Talon有8個外部天線棒，總共包含32個用于60GHz頻段的天線，這樣的設(shè)計相當奢侈，但是在多用戶MIMO模式下可以確保以最佳的信號為多個WLAN客戶端發(fā)送信號。TP-Link為這款高端路由器配備了1.4GHz的雙核CPU，這可以有效加快Web接口和數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣?。為了了解該技術(shù)到底有多快，在缺乏終端設(shè)備的情況下，我們在兩個AD7200設(shè)備之間架設(shè)了WLAN網(wǎng)橋進行測試。

搭建ad路由器測試環(huán)境

將兩個TP-Link Talon AD7200架設(shè)成WLAN網(wǎng)橋進行測試并不是一件容易的事情，事實上，我們很難建立兩個路由器之間的連接。在我們的兩個測試設(shè)備中，只有一個固件版本比較老的1.0.0的路由器可以作為客戶端連接到另一個60GHz WLAN路由器（主機）。而另一個固件版本較新的1.0.10設(shè)備（兩個路由器都沒有可用更新）則不能工作于這種模式，所以它只能夠用作主機。作為主機的路由器60GHz的WLAN必須處于激活狀態(tài)，并且客戶端必須知道它的SSID（WLAN名稱）和MAC地址，這些信息顯示在“Advanced|Status|Wireless|60GHz”。

在作為客戶端的路由器（固件版本1.0.0）上，我們在初始安裝向?qū)е羞x擇了“Dynamic IP”作為互聯(lián)網(wǎng)訪問選項。在測試中，我們可以通過“Advanced|Network|LAN”看到設(shè)備的IP地址（192.168.0.2）與主機IP地址（192.168.0.1）在相同的子網(wǎng)中。

60GHz WLAN網(wǎng)橋的選項實際上是隱藏的：我們需要通過“Advanced|System Tools|System Parameters|60GHz WDS|Enable WDS Bridging”建立連接，而且由于掃描可用60GHz網(wǎng)絡(luò)的“Survey”功能不工作，所以我們不得不手動輸入SSID、MAC和WPA密鑰，并且不得不在“Advanced|Network|DHCP Server”下停用DHCP服務(wù)器。

現(xiàn)在60GHz WLAN網(wǎng)橋已經(jīng)完成，連接到客戶端路由器的電腦直接從主機路由器上接收分配的IP地址，數(shù)據(jù)將通過兩個60GHz WLAN路由器進行傳輸，我們將通過連接到主機路由器的臺式電腦和連接到客戶端路由器的筆記本電腦檢測數(shù)據(jù)傳輸速度。

以太網(wǎng)線降低WLAN速度

TP-Link路由器LAN端口只支持千兆以太網(wǎng)連接，這在以往是足夠快的，但是在我們搭建的ad WLAN測試環(huán)境中卻成了制約ad WLAN速度的瓶頸，因為測試電腦只能以千兆以太網(wǎng)線連接到路由器，這導(dǎo)致兩個路由器可以實現(xiàn)的最大速度不可能超過1Gb/s，這個限制基本上影響所有WLAN數(shù)據(jù)的測量。所有的測量值都表明ad WLAN比LAN電纜更快：當路由器彼此相鄰時，測量到的數(shù)值達到閾值（1Gb/s），并且在幾米的距離內(nèi)這種情況基本不變。只有在距離更遠或者出現(xiàn)障礙物時，速度才會受到影響。不過，LAN速度的影響對于家庭用戶來說應(yīng)該不是什么問題，因為當ad WLAN終端設(shè)備可以使用時，即可解決需要短距離超高速度的連接需求，而家庭中臺式電腦與網(wǎng)絡(luò)存儲器仍然可以使用千兆以太網(wǎng)連接，畢竟即使是速度最快的光纖接入的互聯(lián)網(wǎng)線路，速度也不可能達到1Gb/s。

ad WLAN的基礎(chǔ)設(shè)施

如果想充分利用ad WLAN的速度，那么我們必須替換一些網(wǎng)絡(luò)硬件。如果每一個設(shè)備連接速度都能夠超過千兆，那么ad WLAN的速度才不會受到制約。目前，這有兩種方案能夠?qū)崿F(xiàn)，這兩種技術(shù)方法首要的條件是使用Netgear Nighthawk X10 R9000路由器。該路由器具備SFP+端口，可以與其他具備SFP+端口的設(shè)備連接，實現(xiàn)高達10Gb/s的傳輸速率。支持SFP+的設(shè)備大部分是專業(yè)的NAS設(shè)備（例如Qnap Turbo Station TS-531X-2G），另外，也有專門供臺式電腦使用的SFP+適配卡（例如Synology E10G15-F1）。另外，R9000還支持“鏈路聚合”功能，能夠通過兩個普通的千兆以太網(wǎng)端口聚合形成2Gb/s的線路，這可以用于連接其他支持“鏈路聚合”功能的NAS和臺式電腦，并且必須同時在路由器和終端設(shè)備上設(shè)置鏈接。雖然“鏈路聚合”的速度遠不如SFP+那么快，但是能夠兼容的硬件設(shè)備更多，而且只需要使用普通的以太網(wǎng)線即可，不需要購買昂貴的SFP+電纜。

令人驚訝的測試結(jié)果

我們選擇了3種測量方法，以測試IEEE 802.11ad的理論和實際使用的效果。第一種采用iPerf綜合基準測試方式，它僅以Mb/s為單位來測量網(wǎng)絡(luò)的帶寬。此外，我們使用FTP傳輸6個文件，總大小為7.7GB，其中有3個文件同時傳輸。最后，我們使用互聯(lián)網(wǎng)速度測試來確定互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器的ping時間（單位：ms），這對于在線游戲、視頻聊天和語音通話來說很重要。而所有的測試，我們都通過3個不同的距離來測量數(shù)據(jù)。

我們的FTP測得的數(shù)值最初比iPerf值慢得多：速度只能達到60MB/s，這是因為我們的一個測試電腦的驅(qū)動器寫入性能緩慢所導(dǎo)致的，當我們開始使用更快的SSD時，我們能夠達到千兆以太網(wǎng)連接的最高速度。這揭示了一個真相：除了一個快速的網(wǎng)絡(luò)，快速的數(shù)據(jù)傳輸還需高性能的驅(qū)動器。

性能長期保持在較高水平

在剛開始測試的時候，兩個TP-Link路由器之間距離只有幾厘米。在這一位置路由器可以輕松達到Gb/s的閾值，但它也頻繁出現(xiàn)速度下降的異常值。而相對來說距離2m的檢測結(jié)果連接更穩(wěn)定，性能的平均值提高了5個百分點。

ad路由器輕松達到通過千兆以太網(wǎng)連接可以實現(xiàn)的最快速度和距離2m速度更穩(wěn)定的情況并不令人驚訝，然而我們沒有想到的是，在距離8m的位置，ad WLAN 的速度和ping時間仍然保持在相同的水平。受到這一結(jié)果的鼓勵，我們將兩個路由器的距離拉開到12m，兩者彼此仍然保持在視線范圍之內(nèi)，但是60GHz頻段在這個位置完全沉默。

在10m的距離可以建立連接，但是傳輸速率有嚴重的波動。特別是在房間中有物體移動的情況下，例如當同事經(jīng)過路由器之間時，速度將下降，甚至下降到零的水平。另一方面，紙板和紙張類型的障礙對該系統(tǒng)沒有影響，仍然保持著沒有干擾的情況下測量到的平均值。

在超過10m的距離范圍內(nèi)iPerf測量的結(jié)果僅僅是8m時結(jié)果的50%，另一方面，由于10m的距離下連接不穩(wěn)定，所以FTP傳輸文件受到嚴重的影響：傳輸?shù)乃俣戎挥?m距離時的5%，導(dǎo)致文件的傳輸花費了將近23min的時間。我們認為，這是由于從8m過渡到10m的期間，F(xiàn)TP連接崩潰，錯誤率急劇上升。因此，在文件的傳輸過程中，許多數(shù)據(jù)包可能需要傳輸多次。事實上，我們并沒有預(yù)期IEEE 802.11ad的范圍限制（因為空氣中的氧氣阻礙了信號）如此明顯。

互聯(lián)網(wǎng)ping測試在兩個路由器距離8m的情況下，并不比使用電纜直接連接主路由器差，這加強了將ad WLAN應(yīng)用于在線游戲和交互式網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的希望。

接下來，我們在使用5GHz連接（ac-WLAN）的TP-Link路由器之間進行了相同的測試。在進行iPerf帶寬測試時，并沒有發(fā)現(xiàn)驚喜：5GHz網(wǎng)絡(luò)達到的速度略低于ad達到的值，甚至可以在12m的距離時也沒有任何損失（它可能可以在更遠的距離工作，但是在我們的房間無法進行更遠距離的測試）。

在進行基于ac WLAN的FTP傳輸測試時發(fā)生了一些奇怪的事情：雖然測試過程與ad WLAN的測試完全相同，但是在3個文件同時傳輸?shù)臏y試中，速度非常緩慢，只有32.2MB/s。當我們使用單個文件進行傳輸測試時，我們意識到每個文件的前幾百兆數(shù)據(jù)都是以約30MB/s的速度傳輸，之后速度才逐漸攀升到90MB/s，而5GHz網(wǎng)橋的平均速率大約只能達到34.1MB/s。相比之下，ad WLAN明顯能夠更好地管理好并行的文件傳輸。此外，在連接狀況良好的情況下，新標準能夠更快地上調(diào)傳輸速度。

ad WLAN的未來

非常不幸，由于缺乏終端設(shè)備，所以TP-Link Talon AD7200無法充分發(fā)揮IEEE 802.11ad的速度。然而，很多情況下，路由器還是有用的，除了上面所提到的并行傳輸?shù)男阅苤?，在我們使用筆記本電腦或者平板電腦等移動設(shè)備存儲網(wǎng)絡(luò)存儲器（千兆以太網(wǎng)連接）的文件時，速度仍然比當前的WLAN要快很多。更令人興奮的是Netgear R9000，通過新的連接技術(shù)完全可以擺脫千兆以太網(wǎng)電纜的阻礙?？梢灶A(yù)期，ad WLAN將能夠有效地促進高速WLAN設(shè)施的發(fā)展。目前，宏碁已經(jīng)宣布，將于2017年發(fā)布第一個ad WLAN筆記本電腦。

除此之外，新的WLAN標準的殺手級應(yīng)用已經(jīng)出現(xiàn)：由于ad WLAN的天線非常微小，所以它將可以用于人體工程學(xué)設(shè)備和無線的虛擬現(xiàn)實裝置。除此之外，ad WLAN連接極高的速度可以用于替代HDMI等需要高帶寬的電纜。而在這一切發(fā)生之前，IEEE 802.11ad仍將是一項極具吸引力的技術(shù)，是第一個速度能夠超越千兆以太網(wǎng)電纜的無線標準。