Wireless uitleg forum 2009-11-16

Het lijkt erop dat er nogal wat verwarring bestaat omtrent de werking van de wireless verbindingen
die verzorgd worden door de combinatie wireless router/ wireless usb.
De verwarring zal er uit bestaan dat men de verbindingssnelheid verwacht te halen qua performance
die ook zichtbaar als je op de taakbalk icoon klikt van de interface terwijl dat nooit het geval is.
Hieronder zoals het eruit ziet;
Je ziet dus daadwerkelijk staan wat de verbindingssnelheid is die men zou verwachten: 270Mbps.
Nu is het zo dat deze weergave puur een schatting is die gemaakt wordt op basis van de
signaalsterkte in het RF-domein. Deze signaal sterkte –je ziet voor deze verbinding alle vijf de balkjes
groen staan- is puur gemeten door de USB stick of de interne wireless interface op basis van het
ontvangen vermogen in het wireless signaal. We praten dan over “Wattjes” dus.
Signaalstrekte zegt helaas niets over de kwaliteit ervan.
Dit feit geeft aan dat het gemeten vermogen van het wireless signaal vanaf de router (Downstream
dus) helemaal niets zegt over de daadwerkelijke kwaliteit van het ontvangen signaal. Mocht dat wel
zo zijn dan zal dat worden uitgedrukt in MER/BER en dat kan de USB stick fysiek simpelweg niet aan.
Bovendien zal dat best wat processor capaciteit vergen van de PC dus dat wordt niet gedaan.
Daarom kijkt men alleen naar het ontvangen vermogen van de DS wireless signaal (carrier dus) en
dat drukt men dan uit in de groene balkjes.
Zie het als een verkooptruc, maar de vermelding over de verbindingssnelheid is puur een afgeleide
van het ontvangen vermogen van de carrier(s). (nu snap je ook waarom de meeste vendors de USwireless standaard per default aanzetten want daarmee maak je iets meer vermogen, buiten het feit
dat dát niet mag in NL)
Vendors hebben simpelweg tabellen geïmplementeerd: bij 5 balkjes laat je zien dat de
verbindingssnelheid tussen de 240 en 300mbps is, en bij 4 balkjes tussen de 190 en de 240 Mbps en
ga zo maar door.
Dan even verder:
Stel je hebt vijf groene balkjes staan. Daar staat dan ook 300Mbps bij als verbindingssnelheid.
300Mbps is de theoretische snelheid voor raw data. Raw data betekend nu dat daar alles, maar dan
ook alles inzit: controle data voor de wireless verbinding, je WEP/WPA versleuteling, je extra
informatie die de router nodig heeft om extra functies uit te voeren voor logging/filtering/policies
enz enz enz. Hier hebben we dus al 2 degeneratie-parameters voor de verbindingssnelheid te pakken
die in alle gevallen invloed hebben op je performance: rauwe data kan je niet meten maar zit wel
binnen die 300Mbps en de data voor je opties kan je ook niet meten maar zitten ook in die 300Mbps.
De grootste parameters is –en dat staat nergens- de kwaliteit van het signaal.
Een derde degeneratie-parameter is de vraag of -tijdens gebruik- beide van de bonded-channels wel
bruikbaar zijn. De IEEE802.11n spec laat zien dat men gebruik maakt van 2 RF channels die logisch
gekoppeld zijn. De theoretische 300Mbps raw data is puur gebaseerd op maximaal gebruik van beide
kanalen. Is een van de twee kanalen minder bruikbaar door RF-interferentie dan is maximaal netto
nog maar 150Mbps bruikbaar voor raw data. Zijn er in een RF omgeving al meerdere wireless routers
werkzaam, dan loopt men met 90% kans tegen het feit aan dat er wel 2 kanalen in de lucht zijn, maar
dat er maar netto 1 kanaal bruikbaar is. Daarbij geeft de GUI (User Interface op de PC) nooit aan of er
gebruik wordt gemaakt van 2 kanalen en wat de kwaliteit per kanaal is.
Nogmaals; de signaal sterkte zegt niets over de kwaliteit. Vijf groene balkjes zeggen niets over de
mogelijke overdrachtssnelheid en dat geeft dus een vertekend beeld die overigens wél de
verwachtingen van de gebruiker sterk beïnvloed.
Om nu deze verwachtingen wat bij te stellen laat ik hieronder wat metingen zien uit ons eigen lab.
300Mbps wordt nóóit gemeten, haalt men iets wat in de buurt komt dan is dat al onder extreem
gecontroleerde RF-omgevingen (dat noemt men dan een non-echoic room waar geen andere RF
signalen aanwezig zijn buiten de signalen van de router/stick).
In ons lab hebben we een gecontroleerde omgeving voor wat betreft de opstelling en het fysieke pad
tussen router en stick. Deze is altijd hetzelfde qua afstand, obstakels en omgevingsruis en externe RF
signalen. Ga je uit van zo’n omgeving –die de thuis-situatie zoveel mogelijk benaderd binnen de
grenzen van reproduceerbaar en generiek testen- dan mag je verwachten dat je onder uitstekende
omstandigheden 120Mbps op wireless en in downstream kunt halen.
Daar is dan wel een veel groter aantal afhankelijkheden in het spel die voor tegenvallers kunnen
zorgen:
•
Status en gezondheid van de hardware van de klant
•
Windows-versie
•
Performance op de CPE processor vwb residente applicatie’s
•
Hoe wordt gemeten
•
Router instellingen
•
USB stick instellingen
•
Bij wireless interne interface van de PC de drivers van die interface
•
Fysieke pad tussen stick en router
Tot slot:
De wireless verbinding is een half-duplex verbinding. Dit houdt in dat de router en de stick niet
tegelijk kunnen praten naar elkaar. De een zal moeten zwijgen en luisteren als de ander praat. Met
TCP verkeer waarin elk datapakket bevestigd (ack) wordt is het dus een over en weer van data en
“acks”. Zowel router en stick moeten dus razendsnel schakelen tussen “luisteren” en “praten”. De
300Mbps behelst dit niet, zij gaat uit van één lange praatsessie van router naar stick.
Bovenstaande verwarring bestaat al jaren binnen de IEEE 802.11-n spec.
Ik laat hieronder even zien wat we in het lab (gecontroleerde omgeving maar met omgevingsomstandigheden die de werkelijkheid benaderen) op dit moment meten op een Netgear WNR3500v2
router en een WN111v2 USB stick. Ik maak hier gebruik van FileZilla een FTP client/server applicatie,
gebruik meetdata-files van 1Gb en gebruik NetMeter om te monitoren. Verificatie van FileZilla in
combinatie met NetMeter is gepleegd door een validatie-meting te doen met ByteBlower (hardware
traffic generator). De PC waarmee deze test is gedaan is een IBM Thinkcenter, WXPsp2 zonder
residente applicaties, CPU load free running: 24%:
Throughput Wireless in Downstream, 5 balkjes groen, 243Mbps verbindingssnelheid volgens de GUI.
Je ziet dat er maximaal 131Mbps in DS getransporteerd kan worden. Dus ondanks de 243Mbps
verslepen we maar maximaal (peak dus voor deze sessie) 131 Mbps. Je ziet aan de grafiek onderaan
(de RODE grafiek) dat het verloop van het transport erg grillig is en dat het merendeel van de tijd
zelfs de 100Mbps niet wordt gehaald. Dit heeft alles te maken met het spectraal gedrag van de
USBstick. Immers de router zend een constant RF signaal uit en weet niets van de omgeving. De
omgeving zorgt ervoor dat de USB stick zijn “RF-modus”constant bijstelt op basis van de
signaalsterkte. De eigenlijke throughput zoals we onderaan zien is een direct gevolg van de
beweeglijkheid van de RF omgeving waarin het wireless netwerk zich bevindt.
Throughput Wireless in Upstream, 5 balkjes groen, 300Mbps verbindingssnelheid volgens de GUI.
Je ziet dat er maximaal 65Mbps in US getransporteerd kan worden. Dus ondanks de 300Mbps
verslepen we maar maximaal (peak dus voor deze sessie) 65Mbps. Je ziet aan de grafiek onderaan
(de Groene grafiek) dat het verloop van het transport erg grillig is en dat het merendeel van de tijd
zelfs de 60Mbps niet wordt gehaald. Dit heeft alles te maken met het spectraal gedrag van de router.
Immers de stick zend een constant RF signaal uit en weet niets van de omgeving. De omgeving zorgt
ervoor dat de router zijn “RF-modus”constant bijstelt op basis van de signaalsterkte. De eigenlijke
throughput zoals we onderaan zien is een direct gevolg van de beweeglijkheid van de RF omgeving
waarin het wireless netwerk zich bevindt.
US transport van data is overigens per definitie lager binnen de N standaard. Dit ligt in het feit dat
voor de N standaard de Router gebruik maakt van meerdere tuners/antennes terwijl de USB stick
deze mogelijkheid vaak niet heeft.
Throughput Wireless in Upstream en Downstream simultaan, 5 balkjes groen, 300Mbps
verbindingssnelheid volgens de GUI.
Je ziet dat er maximaal 65Mbps in US getransporteerd kan worden en in DS 87Mbps. Dus ondanks de
300Mbps verslepen we maar maximaal (peak dus voor deze sessie) 65Mbps/87Mbps. Je ziet aan de
grafiek onderaan (de Groene/rood/geel grafiek) dat het verloop van het transport erg grillig is en dat
het merendeel van de tijd zelfs de peak waarden niet wordt gehaald. Dit heeft alles te maken met
het spectraal gedrag van de combinatie router/usb stick.
Eigenlijk geeft deze meting aan wat de maximale performance van het wireless platform is daar er
gebruik wordt gemaakt van een simultane meting in upstream en downstream. Deze meting zegt
overigens ook iets over de maximale throughput (CPU core performance) van de router.
Tot slot nog even een plaatje die het RF-gedrag van de combinatie router/USB onderbouwen.
Je ziet hierboven een weergave van het RF netwerk dat zich in het lab in de ether bevindt.
De eerste twee blokken links in de middelste grafiek zijn de RF signalen tussen router en USBstick. De
rode lijn is het eigenlijke signaal van router/USB en alle punten onder de rode “lijn”kunnen
stoorsignalen zijn van andere bronnen. Thuis gemeten zal dit plaatje er niet zo gunstig uitzien, terwijl
je rechts naast het rechterkanaal al een hele “bult” van RF-ingress ziet staan veroorzaakt door de
router zelf en andere andere RF bronnen werkzaam in dat stuk spectrum.
Leuk: rechts in het plaatje zie een stukje van de library die bekend is met daarin signaturen van
andere apparaten die in hetzelfde spectrum bezig zijn. Dat gaat van draadloze telefoons tot
magnetrons tot baby-foons tot Xbox360 signalen. Er zit nogal wat in de lucht dus.
Dus concluderend:
•
Nooit kijken naar de verbindingssnelheid van de netwerkadapter
•
Mensen goed informeren over de standaard en het verschil tussen theoretische throughput
en fysiek maximale haalbare throughput en wat daar de afhankelijkheden bij zijn
(controleerbaar en niet-controleerbaar)
•
Op dit moment
Router
Netgear
WNR3500v2
Theoretisch
downstream
Theoretisch
upstream
Lab
downstream
Lab
upstream
Klant
downstream
Klant
upstream
LAN->WLAN
WLAN->LAN
LAN->WLAN
WLAN->LAN
LAN->WLAN
WLAN->LAN
Raw data
(Mbps)
Raw data
(Mbps)
FTP (Mbps)
FTP (Mbps)
FTP (Mbps)
FTP (Mbps)
300
300
130
65
unpredictable
unpreditable
Sitecom
WL-351 x2
300
300
90
90
unpredictable
unpredictable