Extreme Networks: Es liegt was in der Luft Der neue Wireless LAN-Standard ac WHITE PAPER

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1 Extreme Networks: Es liegt was in der Luft Der neue Wireless LAN-Standard ac WHITE PAPER

2 WHITE PAPER Es liegt was in der Luft Der neue Wireless LAN-Standard ac INHALT Was ist ac? 3 Welche Vorteile bietet ac? 3 Wann sollte man auf ac umsteigen? 6 Das Thema Mobility nimmt weiter an Bedeutung zu. Wireless LAN Access ist längst ein geschäftskritischer Service im Unternehmensnetzwerk geworden, viele neue Prozesse sind erst durch Mobility möglich. Und die Bedeutung wird noch weiter steigen. Ebenso der Bedarf an Bandbreite, Leistung und Verfügbarkeit. Eines der ungeschriebenen Gesetze des Netzwerkdesigns besagt, dass die Bandbreite in dem Maße, in dem sie zur Verfügung steht, auch genutzt wird. Mit dem offiziell verabschiedeten IEEE-Standard ac steht nun ein Technologiesprung in Sachen Wireless LAN an. Durch eine Vielzahl von neuen und verbesserten technischen Features sind nun erstmals auch Gigabit- Geschwindigkeiten über Funk möglich. Dies führt dazu, dass zukünftig große Teile der Client Access-Infrastruktur ausschliesslich durch WLAN bedient werden können. Doch der neue Standard bringt auch große Herausforderungen mit sich: Um die hohen Geschwindigkeiten nutzen zu können, werden beispielsweise prinzipiell mehr Access Points (APs) als bislang nötig sein zum einem geschuldet der Tatsache, dass ausschliesslich der 5 Ghz-Bereich genutzt werden kann und dort die Abdeckung gegenüber 2.4 Ghz geringer ist, zum anderen sind einige Funktionen wie verbesserte Modulationsverfahren nur sehr nah (wenige Meter) am Access Point wirksam. Bis sich dieser Standard allerdings durchsetzt und er seine Vorteile ausspielen kann, dauert es noch. Zahlreiche, besonders interessante Features werden in der Realität beim Einsatz in Unternehmensnetzen erst in der zweiten Generation umgesetzt. Trotzdem sollten sich Netzwerk-Verantwortliche jetzt schon mit der Thematik auseinandersetzen, da es sich hierbei nicht um ein einfaches Upgrade handelt, bei dem man lediglich ein paar Access Points austauscht, sondern sich eine erfolgreiche Implementierung deutlich aufwändiger gestaltet ac White Paper 2

3 Was ist ac? Bei ac handelt es sich um die 5. Wi-Fi Generation, die eine neue Stufe der WLAN-Performance mit wesentlich höherem Durchsatz im Vergleich zum Vorgängerstandard n darstellt. Wie bereits von n bekannt wird die Einführung der neuen technischen Features bei 11ac auch in mehreren Wellen erfolgen. Wave-1 ist bereits gestartet: Im Handel finden sich bereits Endgeräte und Access Points, die den neuen Standard unterstützen. Mit ihnen wird ein weiterer Schritt in Richtung 5 GHz- Band gemacht. Da 11ac rückwärts-kompatibel ist, können auch Endgeräte, die noch keine 11ac WLAN-Karte besitzen, weiter genutzt werden. In dieser ersten Phase profitieren die Nutzer im Wesentlichen von der Kombination von zwei Verbesserungen: breitere Kanäle und dichtere Modulation. Allerdings unterstützen die Geräte der ersten Generation zahlreiche Features noch nicht, etwa Multi-User MIMO oder die volle Kanalbandbreite. Von diesen Vorteilen wird man erst mit späteren Chipsatz-Generationen ( wave-2 ) profitieren, wobei hier voller Support erst in ca. drei Jahren zu erwarten ist. Welche Vorteile bietet ac? Gegenüber dem aktuellen Standard n bietet 11ac fünf wesentliche Technologievorteile: Höhere Datenraten, breitere Kanäle, zusätzliche Spatial Streams, Multi-User MIMO und höhere Modulationsverfahren. Zudem verringert sich durch neue 11ac-Chipsätze in den Clients der Verbrauch um 30 bis 40 Prozent, was deutlich längere Batterielaufzeiten der Endgeräte zur Folge hat. HÖHERE DATENRATEN Mit ac werden auch über Funk Gigabit- und Multi-Gigabit-Geschwindigkeiten möglich. Zum Vergleich: Unter 11n werden maximal 450 Mbps erzielt. BREITERE KANÄLE Mit 11ac wird die Kanalbandbreite erhöht, wodurch sich die Anzahl der überlappungsfreien Kanäle selbst im 5 GHz-Band erheblich reduziert. Im 2,4 Ghz-Band wird 11ac überhaupt nicht unterstützt werden. Wurden bei n nur bis zu 40 MHz genutzt, stehen nun auch Kanalbandbreiten im Bereich 80 MHz und 160 MHz (ab wave-2 ) zur Verfügung, wobei dies im Unternehmensnetz mit vielen Access Points und Kanälen nicht praktikabel ist. Viele Installationen in Unternehmensnetzwerken werden im ersten Step die 40 MHz-Kanäle beibehalten, um Interferenzen zu vermeiden sowie den Einfluss von DFS (Dynamic Frequency Selection, die einen automatischen Kanalwechsel durchführt, falls auf dem verwendeten Kanal ein anderes Gerät erkannt wurde) zu minimieren. KANALBREITE ANZAHL DER KANÄLE (USA) ANZAHL DER KANÄLE (EU) 20 MHz nur 4 non-dfs Kanäle 40 MHz 11 9 nur 2 non-dfs Kanäle 80 MHz 5 4 nur 1 non-dfs Kanäle 160 MHz 2 2 kein non-dfs Kanal ZUSÄTZLICHE SPATIAL STREAMS Konnten bislang nur vier räumliche Datenströme (Spatial Streams) gleichzeitig übertragen werden (tatsächlich hat kein Hersteller mehr als 3 Streams bei 11n in Produkte umgesetzt), sind nun (theoretisch) bis zu acht möglich ac White Paper 3

4 ANZAHL SPATIAL STREAMS N (5 GHZ, 40 MHZ) AC (5 GHZ, 80 MHZ) Mbps 433 Mbps Mbps 866 Mbps Mbps Gigabit Mbps Multi-Gigabit MULTI-USER MIMO Als möglicherweise interessanteste Neuerung können 11ac-APs simultan Daten auf mehrere Clients übertragen. Diese Möglichkeit, mehrere Stationen (Sender/ Empfänger) auf dem gleichen Kanal zur gleichen Zeit zu unterstützen, ist gerade im Hinblick auf Video-Streaming ein erheblicher Vorteil. Bislang wurden die Daten zu jedem Gerät separat und seriell (also hintereinander) gesendet, wodurch der effektive Durchsatz für jedes Gerät reduziert wurde. Mit 11ac werden nun mehrere User zur gleichen Zeit auf einem Kanal ermöglicht. Dieser vielversprechende Technologiesprung ist extrem komplex in der Umsetzung und steht erst in einer der nächsten wave-2 -Chipsatzgenerationen zur Verfügung. HÖHERE MODULATIONSVERFAHREN Durch eine im Vergleich zum Vorgängerstandard viermal dichtere Modulation mit 256 QAM wird ein deutlich höherer Durchsatz ermöglicht. Voraussetzung hierfür ist jedoch, dass das Gerät eine Sichtverbindung zum AP hat und auch in ac White Paper 4

5 dessen Nähe ist. Sollte dies nicht der Fall sein, wird auf eine 64 QAM Modulation wie bei 11n zurückgegriffen. Darüber hinaus benötigt das neue Modulationsverfahren eine relativ saubere Funk-Umgebung und ein größeres Signal-Rausch-Verhältnis (SNR). Dies hat einen direkten Einfluss auf das Design der Infrastruktur mit dem Resultat, dass die APs enger beieinander platziert werden müssen und man somit auch mehr APs benötigt. VERGLEICH N UND AC KEY FEATURES N AC AC Frequenz 2,4 und 5 GHz-Band Nur 5 GHz- Band Im 5 GHz-Band treten weniger Störsignale auf. Zudem verfügt es über eine größere Anzahl nichtüberlappender Kanäle. Je höher die Frequenz ist, desto geringer sind die Wellenlängen. Dies bedeutet eine geringere Reichweite, wodurch mehr APs benötigt werden. Kanal-Bandbreite 20 und 40 MHz 20, 40 und 80 MHz sowie 160 MHz Durch ein größeres Frequenzspektrum erhöht sich die Performance. Gleichzeitig reduzieren breitere Spektren die Anzahl der nicht-überlappenden Kanälen, was insbesondere für Unternehmensnetzwerke von Bedeutung ist. Anmerkung: 160 MHz wird nicht in wave-1 unterstützt. Spatial Streams 1 bis 4 Spatial Streams 1 bis 8 Spatial Streams Verbesserte Performance durch mehrspurigen Datenpfad zwischen AP und jedem Endgerät. Anmerkung: In wave-1 werden nur 3 Spatial Streams unterstützt. Bandbreite pro Spatial Stream 150 Mbps 433 Mbps Momentan empfangen alle 11ac-Clients nur einen Stream, was in etwa den tatsächlichen 3 Streams-Datenraten bei n von 450 Mbps entspricht. Theoretische Höchstgeschwindigkeit 600Mbps 6.93 Gbps Die Übertragungsgeschwindigkeit bei 11ac sinkt exponentiell mit der Entfernung. Insofern ist die Höchstgeschwindigkeit eine theoretische Größe, die in der Realität nicht erreicht wird. Aktuelle realistische netto Bandbreite (maximal) 290 Mbps Drei Streams (3 3) ~ 300 Mbps (in der Nähe des APs und 11ac Endgerät mit einen Stream) Dies ist die wahrscheinliche maximale Bandbreite, die in Unternehmensnetzwerken erreicht werden kann. Multi-User MIMO Nicht möglich In der nächsten Erlaubt einem ac-Gerät unabhängige Datenströme an verschiedene Stationen zur selben Zeit zu übertragen. Beamforming Proprietär Standard Bestimmt die Position von Geräten und verstärkt das Signal in diese Richtung(en). Modulation BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM und 256QAM Dies erlaubt einen höheren Durchsatz in der Nähe des APs (ca. 3 Meter) ac White Paper 5

6 Wann sollte man auf ac umsteigen? Lohnt es sich im Hinblick auf den anfangs geringen Vorteil, schon früh auf ac zu setzen? Oder sollte man besser auf die 2. Generation warten, in der nicht nur die Anzahl der unterstützten Geräte sondern auch der Funktionsumfang deutlich größer sein wird? Brauche ich überhaupt ac? All diese Fragen lassen sich nicht pauschal beantworten, da hier verschiedene Faktoren eine wesentliche Rolle spielen, wie der Technologiestand des aktuellen Netzwerkes (wurde gerade erst eine neue Wireless LAN-Infrastruktur implementiert?) oder auch die Anforderungen an die Infrastruktur (greifen nur wenige Nutzer zu bzw. werden nur geringe Datenmengen gesendet?). Auf jeden Fall sollte man bereits heute, also etwa drei bis vier Jahre bevor mit vollem Support zu rechnen ist, ac in seinen Planungen berücksichtigen unabhängig von der gegenwärtigen Situation des Unternehmensnetzwerkes. Und sorgfältige Planung ist hier nötiger denn je. Insbesondere vier Punkte gilt es dabei zu beachten: die Leistungsfähigkeit der Clients, die Möglichkeit, breitere Kanäle tatsächlich zu nutzen, die neuen Anforderungen an die vorhandene Netzwerkinfrastruktur sowie die Planungen im 5 Ghz-Band mit erhöhten Modulationsverfahren aber auch schlechteren Ausbreitungsbedingungen und damit eher reduzierter Zellgröße. Der wahrscheinlich vernachlässigste Aspekt sind die Clients: Der schnellste AP nutzt letztlich nichts, wenn das Endgerät nicht darauf ausgelegt ist. Man sollte deshalb die eingesetzten Clients betrachten, um sicherzustellen, dass die gewünschten Effekte (vor allem die Geschwindigkeit) auch erreicht werden. Die Verfügbarkeit von 80 MHz-Kanalbandbreite alleine sagt nichts darüber aus, ob dies auch (sinnvoll) im Unternehmensnetzwerk eingesetzt werden kann. Hierbei sollten vor allem die Themen Kanalüberlappung und DFS/non- DFS-Kanäle beachtet werden. Insofern ist eine sorgfältige Kanal-Planung Voraussetzung für einen erfolgreichen und stabilen Betrieb. Auch sollte die vorhandene Netzwerkinfrastruktur kritisch betrachtet werden, da es mit 11ac möglich ist, einen Gigabit-Link zu überlasten. Durch die Einführung von Porttrunking kann dieses Problem jedoch gelöst werden. Weiterhin werden auch die Performanceanforderungen auf den Uplinks steigen: Hier werden zukünftig 10GE/40GE Uplinks nötig. Ebenso muss man den erhöhten Stromverbrauch der neuen 11ac APs bei der PoE Budget- sowie USV-Planung berücksichtigen. Ein letzter Punkt ist noch die geringere Ausbreitung der Funkzelle im 5 Ghz-Band sowie das verbesserte 256 QAM-Modulationsverfahren. Beide Funktionen führen dazu, dass die AP-Anzahl steigen wird. Wenn man jedoch diese Schlüsselfaktoren beachtet, steht einer erfolgreichen Implementierung nichts mehr im Wege. Phone Extreme Networks, Inc. All rights reserved. Extreme Networks and the Extreme Networks logo are trademarks or registered trademarks of Extreme Networks, Inc. in the United States and/or other countries. All other names are the property of their respective owners. For additional information on Extreme Networks Trademarks please see Specifications and product availability are subject to change without notice ac White Paper 6