Wi-Fi rychlejší než kabel

Ještě nikdy dříve nebyla rychlost Wi-Fi důležitější. Dnes ale chceme vzduchem přenášet video ve 4K rozlišení a obrovská kvanta dat z domácích úložišť a samozřejmě také ze stále rychlejších internetových přípojek. Navíc používáme stále více smartphonů, tabletů a notebooků s rychlými, ale relativně malými úložišti a disky. Požadavek na stále nezbytnější streamování dat v reálném čase přesahuje možnosti současných Wi-Fi standardů 802.11n a 802.11ac, které maximálně využívají potenciál datových přenosů v pásmech 2,4 a 5 GHz.

Svých teoretických maximálních hodnot datové propustnosti mohou Wi-Fi routery, s aktuálně nejvyšší specifikací 5 300 Mb/s, dosáhnout pouze za laboratorních podmínek a jen v případě, že můžete současně využívat více samostatných Wi-Fi sítí, které router vytvoří. Jedinou možností, jak posílat do jednoho klientského zařízení data rychlostí několika Gb/s je využití pásma 60 GHz, jak to předpokládá nový standard 802.11ad. Tento standard sice slibuje mnohem vyšší přenosové rychlosti, ale pouze na krátkou vzdálenost. Vyzkoušeli jsme první AD router a zažili nejen vysoké tempo bezdrátových přenosů, ale také několik nepříjemných odchylek.

Proč je AD Wi-Fi tak rychlé?

Stručně řečeno, za vysokou rychlostí AD Wi-Fi stojí značná šířka dostupného pásma na frekvenci 60 GHz. Kanál pro přenosy dat v AC Wi-Fi na frekvenci 5 GHz je široký pouze 80 až 160 MHz, zatímco u AD Wi-Fi je to 2 160 MHz. Díky tomu je pro přenos dat k dispozici značné množství subkanálů. Na vysoké frekvenci je také možné přenášet vysoký počet datových paketů za sekundu. Teoreticky je možná rychlost až 7 Gb/s a současně i extrémně nízká prodleva v přenosu dat (tzv. latence). To vše předurčuje AD Wi-Fi k přenosu interaktivních obrazových dat ve vysokém rozlišení. Může jít například o bezdrátové streamování her a filmů na různé displeje a třeba i do brýlí pro virtuální realitu.

Zatím ještě žádná bezdrátová technologie datových přenosů nevyužívala pásmo 60 GHz, protože signál na této vlnové délce značně utlumují už jen samotné molekuly kyslíku ve vzduchu. To omezuje dosah AD Wi-Fi na pouhých 10 metrů při přímé viditelnosti. Nicméně, krátký dosah zároveň eliminuje vzájemné rušení sítí v sousedních bytech či domech. Nový standard 802.11ad je proto navržen jako doplněk předchozích Wi-Fi standardů. Když se připojení přes AD Wi-Fi přeruší, datový přenos se plynule přepne do pásma 5 nebo 2,4 GHz. Takže místo aby se datové připojení přerušilo, jakmile překročíme kritickou vzdálenost, prostě se jen sníží jeho rychlost. Velmi krátká vlnová délka navíc umožňuje používat velmi malé antény, které se snadno vejdou i do kompaktních přenosných zařízení.

Větší počet antén pak umožní lepší směrování signálu (tzv. Beamforming). Přímé nasměrování Wi-Fi signálu ke koncovému zařízení zlepšuje kvalitu signálu a efektivitu datového přenosu. Předchůdce standardu 802.11ad se nazývá WiGig a byl specifikován v roce 2009. Nicméně, kromě několika modelů notebooků s bezdrátovou dokovací stanicí se tato technologie příliš nerozšířila. První AD Wi-Fi router, model TP-Link Talon AD7200, je na trhu dostupný zatím jen krátkou dobu, ale ještě pro něj neexistují koncová zařízení s podporou stejného standardu.

Talon slibuje přenosovou rychlost v AD Wi-Fi na úrovni 4 600 Mb/s a současně má teoretickou propustnost v 5GHz AC Wi-Fi ve výši 1 733 Mb/s a k tomu 800 Mb/s přes N Wi-Fi v pásmu 2,4 GHz. V součtu to znamená celkovou teoretickou propustnost bezdrátové sítě ohromujících 7 200 Mb/s. TP-Link Talon má hned osm externích antén, takže je jeho design celkem extravagantní. Uvnitř se navíc skrývá celkem 32 antén pro pásmo 60 GHz. Díky technologii MU-MIMO je možné zajistit optimální distribuci dat k mnoha současně připojeným klientským zařízením. Tento super-výkonný router je poháněn dvoujádrovým procesorem s taktem 1,4 GHz, jehož úkolem jsou nejen svižné datové přenosy, ale také rychlý pohyb ve webovém administračním rozhraní. Abychom mohli změřit, jakou rychlost AD Wi-Fi skutečně dosahuje, museli jsme zapojit dva routery AD7200 do režimu bridge.

Příprava na testování

Testování AD Wi-Fi na vysoké frekvenci 60 GHz bylo i pro nás úplnou novinkou. Projevilo se to například i tím, že nebylo úplně snadné navzájem propojit dva routery TP-Link Talon. Ze dvou testovaných kusů byl totiž jen router se starším firmwarem (ve verzi 1.0.0) schopen připojení v režimu klienta k 60GHz síti druhého routeru. Zařízení s novějším firmwarem ve verzi 1.0.10 (mimochodem, ani jeden z routerů nenabízel aktualizaci firmwaru) použití v režimu klienta neumožňoval. U tohoto routeru musela být aktivována 60GHz Wi-Fi a museli jsme znát SSID této sítě a rovněž i MAC adresu routeru (tyto informace lze v administračním rozhraní routeru najít pod nabídkou »Advanced / Status / Wireless / 60 GHz«).

Na routeru s firmwarem 1.0.0, který sloužil jako klient, jsme v možnostech připojení v úvodním průvodci nastavením zvolili jako předvolbu pro přístup k internetu »Dynamic IP«. Dále jsme pro tento test nastavili routeru odlišnou IP adresu (192.168.0.2) v rámci stejné podsítě, ve které byl router s novějším firmwarem a IP adresou 192.168.0.1. Příslušné předvolby se upravují v nabídce »Advanced / Network / LAN«.

Potřebné nastavení 60GHz Wi-Fi bridge pro a802.11adess point je dobře ukryto v nabídce »Advanced / System Tools / System Parameters / 60 GHz WDS / Enable WDS Bridging«. Museli jsme ručně zadat SSID, MAC adresu a WPA klíč, protože funkce »Survey« pro skenování bezdrátových sítí v pásmu 60 GHz nefungovala. Nakonec jsme ještě v nabídce »Advanced / Network / DHCP Server« deaktivovali DHCP server.

Náš Wi-Fi bridge pak vypadal tako: počítače připojené ke klientskému routeru získávaly IP adresu přímo z vysílajícího routeru a mezi oběma routery putovala data přes Wi-Fi na frekvenci 60 GHz. Měření jsme prováděli s pomocí počítače připojeného k vysílajícímu routeru a notebooku připojeného ke klientskému routeru.

AD Wi-Fi brzdí kabely

Výše uvedená konfigurace testu se ale ukázala jako nedostatečná, protože připojení mezi routery a počítači brzdila maximální propustnosti gigabitového Ethernetu. Router Talon, stejně jako testovací počítače, má totiž „jen“ gigabitová síťová rozhraní. Gigabitový Ethernet nám sice zatím vždy pro testování stačil ale v případě AD Wi-Fi routeru je maximální přenosová rychlost 1 Gb/s pro bezdrátové datové přenosy brzdou.

Naše měření setrvale ukazovala, že AD Wi-Fi je rychlejší než gigabitový Ethernet - a to jak při umístění obou routerů blízko u sebe, tak i na vzdálenost několika metrů. Rychlost bezdrátového přenosu poklesla až ve chvíli, kdy jsme ještě prodloužili vzdálenost mezi routery nebo umístili signálu do cesty nějakou překážku. Naše zkušenost tedy ukazuje, že při použití AD routeru a příslušného klienta nebude problém dosahovat přenosových rychlostí přes 1 Gb/s. Nyní jsou ale domácí počítače nebo NAS servery vybaveny maximálně gigabitovým LAN rozhraním.

Infrastruktura pro AD Wi-Fi

Pokud byste již dnes chtěli využít potenciál rychlosti AD Wi-Fi, museli byste kompletně vyměnit váš domácí hardware. Super-rychlý bezdrátový přenos totiž dává smysl jen v případě, že jej nedegradujete pomalým LAN rozhraním routeru a klientů. Takže byste si měli pořídit AD router Netgear Nighthawk X10 R9000 (stojí kolem 13 000 Kč), který je kromě podpory nového Wi-Fi standardu vybaven i portem typu SFP+m, prostřednictvím lze do jiného zařízení s SFP+ portem přenášet data rychlostí až 10 Gb/s.

Takovým zařízením může být třeba profesionální NAS QNAP TS531X-2G za nějakých 14 000 Kč (samozřejmě bez disků) nebo počítač s SFP+ síťovou kartou, jako je například Synology E10G15-F1 za necelé 4 000 Kč. Druhou, přeci jen levnější možností, je využití funkce routeru Netgear R9000 na agregaci síťových rozhraní, která zajistí propustnost až 2 Gb/s. Duální síťové rozhraní s možností agregace se pak pomalu stává standardní výbavou NAS serverů střední třídy a stejně tak lze použít počítač se dvěma LAN porty. Agregace LAN rozhraní musí být aktivována jak v routeru, tak i v klientském zařízení. Skok v přenosové rychlosti sice není tak razantní jako u SFP+ (maximum je 2 Gb/s oproti 10 Gb/s u SFP+), ale kompatibilní hardware je určitě dostupnější. Navíc můžete použít běžné LAN kabely namísto dražších SFP+ kabelů.

Překvapivé výsledky testu

Abychom získali teoretické i prakticky dosažitelné přenosové rychlosti AD Wi-Fi, zvolili jsme tři různé metody měření. Nejprve jsme použili syntetický iPerf benchmark, který měří čistou šířku pásma v Mb/s. Dále jsme měřili rychlost přenosu šesti souborů s celkovou velikostí 7,7 GB na FTP server se třemi současně probíhajícími přenosy. Pro jednodušší srovnání uvádíme přenosovou rychlost na FTP server v MB/s. Nakonec jsme zvolili ještě test připojení k internetu, abychom změřili dobu odezvy (ping) internetového serveru v milisekundách. To je důležité například při hraní on-line her nebo při (video)telefonii. Všechny testy jsme provedli při třech různých vzdálenostech mezi routery.

Naše měření rychlosti přenosu dat na FTP server byly nejprve o něco pomalejší, než kolik ukazoval test iPerf: dostali jsme se na 60 MB/s. Současné přenosy totiž brzdila pomalá rychlost zapisování dat na SSD v jednom z testovacích počítačů. Při použití rychlejšího SSD jsme se dostali až na limit gigabitového LAN připojení. Ponaučení tedy zní, že pro využití bleskurychlé sítě pro přenos dat je třeba použít také velmi rychlé pevné disky.

Dlouhodobě vysoký výkon

Během prvního testu byly oba routery TP-Link od sebe vzdáleny jen několik centimetrů. To sice vedlo k výsledkům na hranici možností gigabitového Ethernetu, ale také ke znatelným výkyvům přenosové rychlosti směrem dolů. Přenos dat na vzdálenost 2 metrů znamenal pokles výkonu průměrně o 5 procent. Nicméně, trochu větší vzdálenost znamenala i stabilnější připojení.

Méně překvapivé pro nás bylo, že i na vzdálenost 2 metrů s přímou viditelností si datový přenos držel tempo na hranici 1 Gb/s (připomínáme, že jsme byli limitování gigabitovým LAN rozhraním). Už jsme ale nečekali, že prakticky stejnou rychlost i dobu odezvy si AD Wi-Fi udrží i při vzdálenosti 8 metrů. To nás jen podpořilo v tom, abychom zkusili i připojení na vzdálenost 12 metrů bez přímé viditelnosti. Zde ale nový standard narazil na své omezení a 60GHz signál nebyl v tomto scénáři vůbec dostupný.

Použitelné připojení fungovalo ještě na vzdálenost 10 metrů, ale přenosová rychlost již značně kolísala. Problémy způsobuje i běžný provoz v místnosti, typicky když někdo vejde do cesty signálu mezi routerem a koncovým zařízením. Bez přímé viditelnosti klesne přenosová rychlost okamžitě na nulu. Na druhou stranu, kartonové nebo papírové překážky signálu nikterak nevadí. Všechna naše měření jsme ale prováděli bez jakýchkoli překážek v cestě Wi-Fi signálu.
Měření s nástrojem iPerf byla při 10metrové vzdálenosti zhruba na polovičních hodnotách oproti výsledkům při vzdálenosti 8 metrů. Ještě mnohem více utrpěl přenos dat na FTP server, který trval celkem 23 minut. Při nestabilním spojení na 10 metrů dosahovala přenosová rychlost jen asi 5 procent hodnoty naměřené při vzdálenosti 8 metrů.

Rychlost přenosu na FTP server poklesla především z důvodu značného nárůstu chybovosti při prodloužení vzdálenosti o 2 metry. Mnoho datových paketů proto muselo být přenášeno několikrát, dokud nebyl celý přenos zdárně dokončen. Netušili jsme, že dosah signálu AD Wi-Fi bude mít, kvůli útlumu signálu vzdušným kyslíkem, takto ostrou hranci.
Naměřené doby odezvy při vzdálenosti až 8 metrů nebyly o nic horší než při přímém připojení do internetu po ethernetovém kabelu. To tedy znamená, že je Wi-Fi na frekvenci 60 GHz skutečně velmi vhodná pro on-line hry a interaktivní síťové aplikace.

Stejná měření jsme provedli s routery TP-Link, nastavenými na připojení přes AC Wi-Fi na frekvenci 5 GHz. Měření šířky pásma pomocí nástroje iPerf nepředstavovala žádné překvapení. Síť na frekvenci 5 GHz vykazovala jen o něco nižší výsledky v porovnání s AD Wi-Fi, a to i při vzdálenosti 12 metrů. Signál AC Wi-Fi má samozřejmě celkově větší dosah.
Když ale přišlo na měření datových přenosů na FTP server, dočkali jsme se překvapení.

I při použití stejného postupu měření (se třemi souběžnými přenosy) klesla přenosová rychlost na slabých 32,2 MB/s. Když jsme zkusili přenášet data jen v jednom streamu, zjistili jsme, že zatímco prvních několik stovek MB bylo přenášeno rychlostí kolem 30 MB/s, ovšem následně rychlost poskočila až na 90 MB/s. I tak jsme ale přes 5GHz Wi-Fi dosáhli průměrné rychlosti jen 34,1 MB/s. Jak se zdá, vysokofrekvenční AD Wi-Fi si s paralelními datovými přenosy poradí mnohem lépe než AC Wi-Fi. Při dobrém spojení také dochází k razantnějšímu zrychlení přenosu přes AD Wi-Fi

AD Wi-Fi hudbou budoucnosti

Gigabitové LAN rozhraní nám bohužel neumožnilo vyzkoušet plný potenciál routeru AD Wi-Fi routeru TP-Link Talon AD7200. I tak ale existuje mnoho scénářů, ve kterých může být tento router užitečný. Pokud například chcete pracovat se svým notebookem, či tabletem se souboru v NAS serveru, poskytne vám AD Wi-Fi na krátkou vzdálenost jednoznačně nejlepší výkon. Potenciál AD Wi-Fi pak odbrzdí router Netgear R9000 se svým 10Gb rozhraním. Aktuálně to bude nejlepší základ vysokorychlostní bezdrátové infrastruktury. Ještě letos by měl Acer uvést na trh nové notebooky TravelMate s podporou AD Wi-Fi.

Na obzoru je také další způsob využití extrémně rychlých bezdrátových přenosů. Krátké antény totiž umožní využívat značnou šířku pásma a krátkou dobu odezvy v brýlích pro virtuální realitu. V blízké budoucnosti pak může AD Wi-Fi nahradit i HDMI kabely, například při připojení notebooku k projektoru. Než se stane naprosto běžnou, bude technologie standardu 802.11ad fascinující ukázkou pokroku, díky kterému se bezdrátovému přenosu dat podařilo předstihnout letitou technologii gigabitového Ethernetu.

Foto popis| Co v budoucnu zvládne AD Wi-Fi Z širokého přenosového pásma, nízké latence a krátkých antén mohou těžit především brýle pro virtuální realitu 1. Bezdrátové ale mohou být i dokovací stanice 2 (zde model od Dellu) s možností připojení ke 4K monitorům a rychlým diskům.
Foto popis| Rychlost Wi-Fi: Rozhoduje šířka pásma AD Wi-Fi využívá pásmo 60 GHz, které sahá od 57,2 do 65,9 GHz. K dispozici jsou čtyři kanály o šířce 2,16 GHz, což je několikanásobně víc, než u kanálů v pásmech 2,4 GHz (šířka pásma 20-40 MHz) a 5 GHz (80-160 MHz). Pro přenos dat může být díky tomu využito několik subkanálů a vysoká frekvence navíc snižuje latenci.
Foto popis| Jak v domácí síti překonat limit 1 Gb/s Abyste využili rychlost AD Wi-Fi, musí všechny součásti vaší infrastruktury nabídnout rychlejší než gigabitové LAN rozhraní. Můžete toho dosáhnut s pomocí SFP+ rozhraní nebo agregací dvou gigabitových linek.
Foto popis| NAS servery a routery s SFP+ Přes rozhraní SFP+ lze k routeru připojit NAS rychlostí 10 Gb/s.
Foto popis| AD Wi-Fi Přes bezdrátovou síť lze mezi dvěma AD routery přenášet data rychleji než po gigabitovém Ethernetu.
Foto popis| Router a PC s agregací linek Pokud jsou k dispozici 2 LAN rozhraní a lze je propojit, dosáhnete rychlosti 2 Gb/s.
Foto popis| Sestavení AD bridge A Na routeru, který slouží jako klient je třeba vypnout Nsj DHCP server 1 D a naopak aktivovat mód WDS 2 .
Foto popis| Rychle až na 8 metrů Výkon AD Wi-Fi bridge jsme měřili s použitím dvou routerů TP-Link AD7200, mimo jiné i s pomocí softwaru iPerf (s grafickým rozhraním jPerf).
Foto autor| Foto.: Qnap; Netgear; Asus; CHIP.

Foto popis| Výsledky měření: AD proti AC Na krátkou vzdálenost je AD Wi-Fi velmi rychlá a předčí AC Wi-Fi, zejména pokud jde o rychlost přenosu dat.

O autorovi| CHRISTOPH SCHMIDT, RADEK KUBEŠ, autor@chip.cz