WLAN取代以太网线

2017-03-31

CHIP新电脑 2017年3期

梦想成真：IEEE 802.11ad无线标准使得WLAN比千兆以太网电缆和光纤更快，我们试用了这种高速的WLAN，下面CHIP将与大家分享测试发现的问题。

人们越来越迫切地需要一个快速的无线网络：4K视频逐渐普及，光纤也已经成为了绝大部分互联网接入服务提供商标准的接入方式。与此同时，越来越多的平板电脑、智能手机和紧凑型的笔记本电脑开始配备快速的SSD，当前的“n”和“ac”WLAN标准难以满足这些设备所需的实时流量，而且当前各种WLAN已经占用了所有可用的2.4GHz和5GHz频段的资源，绝大部分路由器实际上只有在理论上能够达到厂商标称的最高速度。

要实现超过Gb/s级的无线传输速度，我们只能寄希望于工作在60GHz频段的IEEE 802.11ad WLAN标准。该标准可以实现极高的速度，但是只能工作在有限范围。我们对第一个IEEE 802.11ad路由器进行了测试，发现其速度非常有潜力，但是也发现了一些问题。

为什么ad WLAN这么快？

简单来说，是60GHz频段大量可用的带宽为ad WLAN的高速传输提供了条件。ac WLAN（5GHz）的信道寬度为80MHz～160MHz，而ad WLAN的信道宽度高达2 160MHz，而且该频道可以使用的子信道更多，理论上，其最高速度可以达到7Gb/s。除此之外，由于工作频率高，ad WLAN每秒可以传输更多的数据包，因而，ad WLAN的数据传输延迟（等待时间）也更低。这意味着该技术非常适合用于传输高分辨率的交互式屏幕数据，例如它可以用于将游戏和电影以无线方式传输到监视器或虚拟现实头戴装置上。

此前的无线电技术从未使用过60GHz频段，因为空气中的氧气严重地抑制了该波长的信号，这也导致了ad WLAN的使用范围限制仅有10m，不过，这样也避免了与其他家庭的ad WLAN路由器信号相互干扰。目前，IEEE 802.11ad通常只是用作当前WLAN标准的补充，当ad连接中断时，连接将可以无缝切换到5GHz或2.4GHz频段。因此，当距离增加时，连接并不会中断，只是变得较慢。最后，IEEE 802.11ad极短的信号波长只需要细小的天线，可以轻松地安装在各种紧凑的装置中。而数量较多的天线则可以更好地形成波束，并可以更好地定位远程接收站，可以有效地提高信号质量和效率。

WiGig是IEEE 80 2.11ad标准的前身，在2009年年底制定。然而，除了被用于同时配备无线接收站的笔记本电脑外，这种技术并没有大规模使用。第一个ad WLAN路由器（TP-Link Talon AD7200）最近才推到市场，但是目前还没有终端设备。

据称，Talon的速度是4 600Mb/s，同时在5GHz ac WLAN中也能够达到1 733Mb/s的速度以及在2.4GHz nWLAN中达到800Mb/s

的速度，所有这些加起来总共将近7 200Mb/s。Talon有8个外部天线棒，总共包含32个用于60GHz频段的天线，这样的设计相当奢侈，但是在多用户MIMO模式下可以确保以最佳的信号为多个WLAN客户端发送信号。TP-Link为这款高端路由器配备了1.4GHz的双核CPU，这可以有效加快Web接口和数据传输的速度。为了了解该技术到底有多快，在缺乏终端设备的情况下，我们在两个AD7200设备之间架设了WLAN网桥进行测试。

搭建ad路由器测试环境

将两个TP-Link Talon AD7200架设成WLAN网桥进行测试并不是一件容易的事情，事实上，我们很难建立两个路由器之间的连接。在我们的两个测试设备中，只有一个固件版本比较老的1.0.0的路由器可以作为客户端连接到另一个60GHz WLAN路由器（主机）。而另一个固件版本较新的1.0.10设备（两个路由器都没有可用更新）则不能工作于这种模式，所以它只能够用作主机。作为主机的路由器60GHz的WLAN必须处于激活状态，并且客户端必须知道它的SSID（WLAN名称）和MAC地址，这些信息显示在“Advanced|Status|Wireless|60GHz”。

在作为客户端的路由器（固件版本1.0.0）上，我们在初始安装向导中选择了“Dynamic IP”作为互联网访问选项。在测试中，我们可以通过“Advanced|Network|LAN”看到设备的IP地址（192.168.0.2）与主机IP地址（192.168.0.1）在相同的子网中。

现在60GHz WLAN网桥已经完成，连接到客户端路由器的电脑直接从主机路由器上接收分配的IP地址，数据将通过两个60GHz WLAN路由器进行传输，我们将通过连接到主机路由器的台式电脑和连接到客户端路由器的笔记本电脑检测数据传输速度。

以太网线降低WLAN速度

TP-Link路由器LAN端口只支持千兆以太网连接，这在以往是足够快的，但是在我们搭建的ad WLAN测试环境中却成了制约ad WLAN速度的瓶颈，因为测试电脑只能以千兆以太网线连接到路由器，这导致两个路由器可以实现的最大速度不可能超过1Gb/s，这个限制基本上影响所有WLAN数据的测量。所有的测量值都表明ad WLAN比LAN电缆更快：当路由器彼此相邻时，测量到的数值达到阈值（1Gb/s），并且在几米的距离内这种情况基本不变。只有在距离更远或者出现障碍物时，速度才会受到影响。不过，LAN速度的影响对于家庭用户来说应该不是什么问题，因为当ad WLAN终端设备可以使用时，即可解决需要短距离超高速度的连接需求，而家庭中台式电脑与网络存储器仍然可以使用千兆以太网连接，毕竟即使是速度最快的光纤接入的互联网线路，速度也不可能达到1Gb/s。

ad WLAN的基础设施

如果想充分利用ad WLAN的速度，那么我们必须替换一些网络硬件。如果每一个设备连接速度都能够超过千兆，那么ad WLAN的速度才不会受到制约。目前，这有两种方案能够实现，这两种技术方法首要的条件是使用Netgear Nighthawk X10 R9000路由器。该路由器具备SFP+端口，可以与其他具备SFP+端口的设备连接，实现高达10Gb/s的传输速率。支持SFP+的设备大部分是专业的NAS设备（例如Qnap Turbo Station TS-531X-2G），另外，也有专门供台式电脑使用的SFP+适配卡（例如Synology E10G15-F1）。另外，R9000还支持“链路聚合”功能，能够通过两个普通的千兆以太网端口聚合形成2Gb/s的线路，这可以用于连接其他支持“链路聚合”功能的NAS和台式电脑，并且必须同时在路由器和终端设备上设置链接。虽然“链路聚合”的速度远不如SFP+那么快，但是能够兼容的硬件设备更多，而且只需要使用普通的以太网線即可，不需要购买昂贵的SFP+电缆。

令人惊讶的测试结果

我们选择了3种测量方法，以测试IEEE 802.11ad的理论和实际使用的效果。第一种采用iPerf综合基准测试方式，它仅以Mb/s为单位来测量网络的带宽。此外，我们使用FTP传输6个文件，总大小为7.7GB，其中有3个文件同时传输。最后，我们使用互联网速度测试来确定互联网服务器的ping时间（单位：ms），这对于在线游戏、视频聊天和语音通话来说很重要。而所有的测试，我们都通过3个不同的距离来测量数据。

我们的FTP测得的数值最初比iPerf值慢得多：速度只能达到60MB/s，这是因为我们的一个测试电脑的驱动器写入性能缓慢所导致的，当我们开始使用更快的SSD时，我们能够达到千兆以太网连接的最高速度。这揭示了一个真相：除了一个快速的网络，快速的数据传输还需高性能的驱动器。

性能长期保持在较高水平

在刚开始测试的时候，两个TP-Link路由器之间距离只有几厘米。在这一位置路由器可以轻松达到Gb/s的阈值，但它也频繁出现速度下降的异常值。而相对来说距离2m的检测结果连接更稳定，性能的平均值提高了5个百分点。

ad路由器轻松达到通过千兆以太网连接可以实现的最快速度和距离2m速度更稳定的情况并不令人惊讶，然而我们没有想到的是，在距离8m的位置，ad WLAN 的速度和ping时间仍然保持在相同的水平。受到这一结果的鼓励，我们将两个路由器的距离拉开到12m，两者彼此仍然保持在视线范围之内，但是60GHz频段在这个位置完全沉默。

在10m的距离可以建立连接，但是传输速率有严重的波动。特别是在房间中有物体移动的情况下，例如当同事经过路由器之间时，速度将下降，甚至下降到零的水平。另一方面，纸板和纸张类型的障碍对该系统没有影响，仍然保持着没有干扰的情况下测量到的平均值。

在超过10m的距离范围内iPerf测量的结果仅仅是8m时结果的50%，另一方面，由于10m的距离下连接不稳定，所以FTP传输文件受到严重的影响：传输的速度只有8m距离时的5%，导致文件的传输花费了将近23min的时间。我们认为，这是由于从8m过渡到10m的期间，FTP连接崩溃，错误率急剧上升。因此，在文件的传输过程中，许多数据包可能需要传输多次。事实上，我们并没有预期IEEE 802.11ad的范围限制（因为空气中的氧气阻碍了信号）如此明显。

互联网ping测试在两个路由器距离8m的情况下，并不比使用电缆直接连接主路由器差，这加强了将ad WLAN应用于在线游戏和交互式网络应用的希望。

接下来，我们在使用5GHz连接（ac-WLAN）的TP-Link路由器之间进行了相同的测试。在进行iPerf带宽测试时，并没有发现惊喜：5GHz网络达到的速度略低于ad达到的值，甚至可以在12m的距离时也没有任何损失（它可能可以在更远的距离工作，但是在我们的房间无法进行更远距离的测试）。

在进行基于ac WLAN的FTP传输测试时发生了一些奇怪的事情：虽然测试过程与ad WLAN的测试完全相同，但是在3个文件同时传输的测试中，速度非常缓慢，只有32.2MB/s。当我们使用单个文件进行传输测试时，我们意识到每个文件的前几百兆数据都是以约30MB/s的速度传输，之后速度才逐渐攀升到90MB/s，而5GHz网桥的平均速率大约只能达到34.1MB/s。相比之下，ad WLAN明显能够更好地管理好并行的文件传输。此外，在连接状况良好的情况下，新标准能够更快地上调传输速度。

ad WLAN的未来

非常不幸，由于缺乏终端设备，所以TP-Link Talon AD7200无法充分发挥IEEE 802.11ad的速度。然而，很多情况下，路由器还是有用的，除了上面所提到的并行传输的性能之外，在我们使用笔记本电脑或者平板电脑等移动设备存储网络存储器（千兆以太网连接）的文件时，速度仍然比当前的WLAN要快很多。更令人兴奋的是Netgear R9000，通过新的连接技术完全可以摆脱千兆以太网电缆的阻碍。可以预期，ad WLAN将能够有效地促进高速WLAN设施的发展。目前，宏碁已经宣布，将于2017年发布第一个ad WLAN笔记本电脑。

除此之外，新的WLAN标准的杀手级应用已经出现：由于ad WLAN的天线非常微小，所以它将可以用于人体工程学设备和无线的虚拟现实装置。除此之外，ad WLAN连接极高的速度可以用于替代HDMI等需要高带宽的电缆。而在这一切发生之前，IEEE 802.11ad仍将是一项极具吸引力的技术，是第一个速度能够超越千兆以太网电缆的无线标准。