11ac 最新情報 - マクニカネットワークスマルチユーザmimo 留意事項 •...
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11ac 最新情報 2013/10/17
アルバネットワークス 佐々木克博
Aruba Macnica Day
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802.11ac のテクノロジー
• PHY レイヤーの拡張 – 256QAM 変調方式
– 80MHz/160MHz のチャネル幅
– 8ストリーム
– Multi User MIMO
– ビームフォーミング
• MAC レイヤーの拡張 – フレーム Aggregation の最大サイズの拡張
– dynamic bandwidth operation
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802.11ac のテクノロジー (つづき)
• 11n に比べて仕様がシンプルになった部分もある – すべてのフレームは A-MPDU 形式
– MCS set 0-76(11n) 0-9(11ac)
– ビームフォーミング方式の簡素化 (11nとの互換性なし)
– Greenfield 形式フレームなし
– MCS 低レート削除不可
• 5GHz only – 2.4GHz は干渉の多さ、帯域の少なさからこれ以上性能を上げる
のは難しいと判断された
– 2.4GHz はおそらく 11n が最後の規格、今後これ以上高速化はされないと思われる
• 必須仕様と最大仕様の差が大きい – スケーラブル
– 小さなデバイスにも導入可能
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802.11ac PHYレイヤー
コンステレーションの数は 4 倍だが、情報量は 1.3 倍 (6 bit→8 bit)
• 256QAM – 受信には 33~35dB の SNR が必要
• 80MHz/160MHz channel – OFDM サブキャリア数 52(20MHz)→ 234(x4.5), 468(x9)
• ビームフォーミング – 11n でも規定されていたがオプショナル項目が多数あり、実際には
ベンダ間の相互接続が難しく、使用されていなかった
• 8 ストリーム
• マルチユーザーMIMO
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日本で使用可能なチャネル
36 40 44 48 52 56 60 64 100 104 108 112 116 120 124 128
36-40 44-48 52-56 60-64 100-104 124-128 108-112 116-120
36-48 52-64 100-112 116-128
36-64 100-128
132 136 140
132-136
20MHz
40MHz
80MHz
160MHz
屋外使用可能
DFS
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MAC レイヤの変更点
• Aggregation サイズ拡張
• dynamic bandwidth operation – 同じ端末が、パケットごとにチャネル幅を変えて送信できる
• MCS index 数の削減 (77→10) – 11n では MCS にストリーム数の情報も含ませていた
• 0~7:1ss, 8~15:2ss, 16~23:3ss – 11n ではストリームごとに変調方式が異なる MCS が定義されていた
• MCS35: 64QAM + 16QAM – 11ac では・・・
• ストリーム数の情報を MCS から分離 • 変調方式の混在を廃止
• MCS 指定方法の簡素化 – 低MCSを削除できない – 0-7は必須 – MCS8,9 を使用するかどうかを指定するのみ
11n 11ac
A-MSDU 7,935 バイト 11,426 バイト
A-MPDU 65,535 バイト 1,048,575 バイト
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VHT-MCS Map
• Association Req/Rsp 内で交換する情報
• 各ストリーム数について、2ビットで以下の MCS set を指定 – 0-7
– 0-8
– 0-9
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ArubaOS での MCS Map コンフィグ
(config) #wlan ht-ssid-profile default (High-throughput SSID profile "default") #vht-supported-mcs-map ? <vht-supported-mcs-ma.. Comma separated list of max supported MCS for spatial streams 1 through 3. Valid values for max mcs are 7, 8, 9 and '-' (if spatial stream is not supported). Max mcs of a spatial stream cannot be higher than the previous stream's. If a MCS is not valid for a particular combination of bandwidth and number of spatial streams, it will not be used for Tx and Rx. Default: 9,9,9 (High-throughput SSID profile "default") #vht-supported-mcs-map 9,9,9 (High-throughput SSID profile "default") #vht-supported-mcs-map 9,9,7 (High-throughput SSID profile "default") #vht-supported-mcs-map 7,-,-
1-3ss, 256QAM まで (デフォルト)
1-2ss は 256QAM まで 3ss は 64QAM まで
1ss のみサポートかつ 64QAM まで (11ac の最小設定)
1ss 2ss 3ss
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VHT capability info (参考)
• Association Req/Rsp 内で交換する情報
• 32ビット長
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802.11ac 必須仕様と最大仕様
11n 最大 11ac 必須 11ac 最大
ストリーム数 4 1 8
チャネル幅 40MHz 80MHz 160MHz
変調方式 64QAM 64QAM 256QAM
A-MPDU 65,535bytes 8,191bytes 1,048,575bytes
PHYレート 600Mbps 292.5Mbps 6.9Gbps
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802.11ac 標準化動向
• IEEE – 現在 Draft 6.0 が承認され、Draft 7.0 を作成中 – 2014年2月に正式版発行予定
• Wi-Fi Alliance – 以下の 11ac 認証フェーズを定義
• 業界動向 – 実際の Wave2 製品出荷は2015年ごろ?
Wave 1 Wave 2
PHY レート 1.3Gbps 3.5Gbps
ストリーム数 3 4
チャネル幅 80MHz 160MHz
MIMO Single user Multi user
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8 ストリーム?? 160MHz channel??
• 8 ストリームの実現可能性 – ストリーム数を増やすと演算処理が急激に増加 • スマホ・タブレットは 11ac でも 1ss のまま
– 多数のアンテナを配置するスペースも必要
– 11n でもまだ 4 ストリーム製品はない
• 160MHz channel は 2 つだけ – しかも DFS channel でレーダーの影響を受ける
消費電力
ストリーム数
wave 2 の本命機能は マルチユーザ
MIMO!!
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マルチユーザMIMO 留意事項
• AP→端末方向のみ同時送信可能
• 事前にAP-端末間でネゴシエーションが必要 – 端末に Group ID を割り当てる
– Group ID Management アクションフレームを使用
– AP はグループを指定してマルチユーザパケットを送信
– Group ID は 1~62 まで
– 1 Group に端末 4 台まで登録できる
• 同時送信端末数4台まで
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マルチユーザパケットの送信
• グループの設定を行ってから送信 – 一度グループIDを通知すれば、変更がない限り毎回行う必要はな
い
GID Mgmt
GID Mgmt
GID Mgmt
Data to C
Data tp B
Data to A
A
B
C Data to C
Data tp B
Data to A
ACK
ACK
ACK
ACK
ACK
ACK
GID Mgmt
GID Mgmt
GID Mgmt
AP
GroupID=12
GroupID=12
GroupID=12
To: GroupID 12
MU
PP
DU
To: A To: B To: C
マルチユーザパケット(MU PPDU)送信前に、アクションフレームでグループIDを通知
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MU-MIMO ができないこと
上り方向送信不可
5端末以上同時送信不可
1端末あたり4ssまで
X X X
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256QAM : MCS8-9
• MCS8-9 を受信するには高いSNR(33-35dBm)が必要 – 受信強度ではなくSNR を確保することが必要
– ノイズが多い環境では、より強い受信強度が必要
• ノイズフロアが -95dBm とすると、-62dBm 以上の信号強度
信号強度
ノイズフロア
dBm
SNR
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高いMCS導入のメリット
• 高MCSの追加によって、セルの大きさは変わらない
• 受信状態の良いエリアで、さらなる高速化
300Mbps
180Mbps
90Mbps
300Mbps
180Mbps
90Mbps
400Mbps
11n, 40MHz 11ac, 40MHz
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ビームフォーミング
• 用語 – Beamformer = ビームフォームされたパケットの送信側
– Beamformee = ビームフォームされたパケットの受信側
– AP が常に Beamformer とは限らない
– 端末も Beamformer になれる (対応していれば)
• Explicit Beamforming – Beamformer からシーケンスを開始する
Beamformer NDP
announcement NDP
Feedback
Matrix Beamformee
Data
NDP をどのような状態で受信したかを報告
フィードバックをもとにSteering Matrix を計算し、フォーミングされた
パケットを送信
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ArubaOS でのビームフォーミング端末確認
#show ap debug client-table ap-name ap225-1 Client Table ------------ MAC ESSID BSSID Assoc_State HT_State AID PS_State UAPSD Tx_Pkts Rx_Pkts PS_Qlen Tx_Retries Tx_Rate Rx_Rate Last_ACK_SNR Last_Rx_SNR TX_Chains Tx_Timestamp Rx_Timestamp MFP Status (C,R) Idle time Client health (C/R) --- ----- ----- ----------- -------- --- -------- ----- ------- ------- ------- ---------- ------- ------- ------------ ----------- --------- ------------ ------------ ---------------- --------- ------------------- cc:3a:61:ae:c2:b8 ssk-psk2 6c:f3:7f:e7:ea:70 Associated cAWvSsEe 0x1 Power-save (0,0,0,0,N/A,0) 138 441 0 11 433 433 32 73 3[0x7] Tue Oct 15 22:04:00 2013 Tue Oct 15 22:05:47 2013 (0,0) 113 100/100 UAPSD:(VO,VI,BK,BE,Max SP,Q Len) HT Flags: A - LDPC Coding; W - 40MHz; S - Short GI 40; s - Short GI 20 D - Delayed BA; G - Greenfield; R - Dynamic SM PS Q - Static SM PS; N - A-MPDU disabled; B - TX STBC b - RX STBC; M - Max A-MSDU; I - HT40 Intolerant VHT Flags: C - 160MHz; c - 80MHz; V - Short GI 160; v - Short GI 80 E - Beamformee; e - Beamformer HT_State shows client's original capabilities (not operational capabilities)
この端末は、beamformee でもあり、beamformer でもある。つまり送受信両方向のビームフォーミングに対応している。
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Sounding インターバル設定
• ArubaOS CLI
– ArubaOS では各端末に25秒ごとに sounding frame を送信して
ビームフォーミングのパラメータを再計算
(config) #wlan ht-ssid-profile default (High-throughput SSID profile "default") #vht-txbf-sounding-interval ? <vht-txbf-sounding-in.. Time interval in seconds between updates of VHT Transmit Beamforming channel estimation. (AP-22x only) Default: 25
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プライマリチャネル
• 同じ周波数帯を使用する 80MHz channel には、プライマリチャネルの選び方によって 36E, 40E, 44E, 48E の 4 種類ある – 20MHz/40MHz の端末は、プライマリチャネルのみを使用
– セカンダリには接続できない
20MHz端末はこのチャネル(40)のみ使用
40MHz端末はこのチャネル(36+40)を使用
80MHz端末が使用する帯域
36 40 44 48
Primary 40MHz channel 40E Secondary 40MHz
Primary 20MHz Secondary
20MHz
80MHz ※ArubaOS では 80MHz チャネルを表す場合、プライマリチャネル番号にEをつけます。(E=Eighty)
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同じ80MHz channel を使用する AP 配下での干渉
36 40 44 48
Primary 40MHz channel 44E Secondary 40MHz
Primary 20MHz Secondary
20MHz
36 40 44 48
Primary 40MHz channel 36E Secondary 40MHz
Primary 20MHz Secondary
20MHz
Primary 40MHz channel 40E Secondary 40MHz
Primary 20MHz Secondary
20MHz
36 40 44 48
20MHz端末 40
40MHz端末
36+40
40MHz端末 44+48
36~48
36~48
80MHz端末
80MHz端末
干渉
干渉しない
80MHz
80MHz
80MHz
20MHz/40MHz のプライマリチャネルがうまくばらけるようにチャネルを配置すると干渉を減らせる
40MHz端末 36+40
干渉しない
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(おさらい)隣接チャネルからの干渉
• チャネルが重複していなくても、AP間距離・チャネルが近い場合、サイドローブのパワーを検出して(Energy Detection)スループットが落ちるので注意
• チャネルが隣接するAPは最低20mほど離して設置することを推奨
36ch 40ch 44ch
近くの 36ch AP
遠くの 44ch AP
閾値より高い
キャリアセンス閾値
近くに設置された36ch AP が送信中は、40ch AP は CSMA/CA によ
り送信を行えない
周波数
電波強度
干渉しない
干渉
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80MHz での ARM チャネル割り当て
• valid 80MHz channel を 36-48 一つだけに設定し、AP-225 を追加していったときの、自動チャネル割り当ての様子
• プライマリチャネルを意識したチャネル選択
Aruba AP BSS Table ------------------ bss ess port ip phy type ch/EIRP/max-EIRP cur-cl ap name in-t(s) tot-t mtu acl-state acl fm --- --- ---- -- --- ---- ---------------- ------ ------- ------- ----- --- --------- --- -- 6c:f3:7f:e7:ea:70 ssk-psk2 N/A 10.215.1.66 a-VHT ap 44E/15/15.5 0 AP225-1 0 1m:10s 1578 - 49 T
Aruba AP BSS Table ------------------ bss ess port ip phy type ch/EIRP/max-EIRP cur-cl ap name in-t(s) tot-t mtu acl-state acl fm --- --- ---- -- --- ---- ---------------- ------ ------- ------- ----- --- --------- --- -- 6c:f3:7f:e8:e7:70 ssk-psk2 N/A 10.215.103.252 a-VHT ap 36E/15/15.5 0 AP225-2 0 42s 1500 - 49 T 6c:f3:7f:e7:ea:70 ssk-psk2 N/A 10.215.1.66 a-VHT ap 44E/15/15.5 0 AP225-1 0 3m:46s 1578 - 49 T
Aruba AP BSS Table ------------------ bss ess port ip phy type ch/EIRP/max-EIRP cur-cl ap name in-t(s) tot-t mtu acl-state acl fm --- --- ---- -- --- ---- ---------------- ------ ------- ------- ----- --- --------- --- -- 6c:f3:7f:e7:6b:10 ssk-psk2 N/A 10.215.103.250 a-VHT ap 48E/15/15.5 0 AP225-3 0 2m:10s 1578 - 49 T 6c:f3:7f:e8:e7:70 ssk-psk2 N/A 10.215.103.252 a-VHT ap 36E/15/15.5 1 AP225-2 0 5m:0s 1578 - 49 T 6c:f3:7f:e7:ea:70 ssk-psk2 N/A 10.215.1.66 a-VHT ap 44E/15/15.5 0 AP225-1 0 8m:4s 1578 - 49 T
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dynamic bandwidth operation
• 802.11n では、40MHz で Association した端末とは 40MHz 幅でのみ通信 – 40MHz のチャネル幅がすべてクリーンでない限り電波を出さない
• 802.11ac では無線状況に応じて、同一端末との通信においても、パケットごとに使用チャネル幅を変更可能
36ch
40
20
40 40ch
44ch
48ch 48E
36E
80
20
80 干渉
Secondary 40MHz channel が使用中であれば、Primary 40MHz
にフォールバック
Secondary 40MHz/20MHz いずれも使用中であれば、Primary 20MHz にフォールバック
80MHz端末
80MHz端末
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802.11ac 導入 Q&A 1
• 11n AP と同時設置はOK? – 11n と後方互換性があり、混在可能
– Aruba は、キャンパス内に 11n と 11ac を混在させる場合、40MHzチャネルを使用するか、ビル・フロア単位での 11ac 導入を推奨
• 設置密度は? – 5GHz 利用を中心にしたセル設計
– 11n からのリプレースの場合、特に11acのためのサイトサーベイは不要で、そのまま交換しても問題なし
– 256QAM のレートを確保したい場合、-62dBm 程度の受信強度が得られるように設置
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802.11ac 導入 Q&A 2
• 送信出力は? – ARM による自動調整を推奨
– Beamforming 対応端末が多い場合、11n よりも少し(2-3dB)弱めるとよいかも
• 80MHz channel は使うべき? – Dynamic bandwidth operation により、20M/40M/80M混在時
のインパクトを最小化している
– ARM はプライマリチャネルを意識して動作
– 新規導入ならば使うべき
• Link Aggregation のためのケーブリングは必要? – 2.4GHz の混雑状況を考えると、現状 wave1 AP の実効スルー
プットが1Gbpsを超える可能性は低い
– wave2 AP に備えておきたい場合・冗長化したい場合などに導入
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AP-220 シリーズのご紹介
3x3 MIMO, 1.3Gbps の PHY レート
ClientMatch テクノロジー
802.3af (PoE) で 11ac フル機能動作
2 x GbE ポートによるリンクアグリゲーション
Jumbo Frame 対応
天井マウントに最適なダウンチルト型内蔵アンテナ
Advanced Cellular Coexistence (ACC) によりセルラーネットワークからの干渉を回避
11ac WiFi認証取得
コントローラレス型あり (2013年末リリース)
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VeriWave での UDP スループット測定結果
1 10 25 50 75 100 150 200 255
Aruba AP225 960 960 960 960 959 873 691 635 616
Cisco 11ac Module 700 668 662 626 205 150 140 0 0
0
200
400
600
800
1000
1200
Th
rou
gh
pu
t (M
bp
s)
# of Clients
3x3 11ac Downstream UDP Performance
Aruba AP225
Cisco 11ac Module
Client: Veriwave Conducted, 3x3 11ac, Downstream, UDP 1500 Byte, WPA2-PSK, Tunnel Mode (AP225)
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ラップトップを使用した TCP スループット測定結果
• http://www.arubanetworks.com/blogs/802-11ac-face-off/
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Aruba Japan 社内測定結果
• 測定条件 – ArubaOS 6.3.0.1
– 80MHz channel
– 4 TCP downstream
MacBookAir (2ss) Galaxy S4 (1ss)
460Mbps 230Mbps
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ビームフォーミング効果測定
• ArubaOS 6.3.1.0
• AP-225, 80MHz channel
• 端末 – Samsung Galaxy S4 (BCM4335, 11ac, 1ss)
– MacBookAir (BCM4360, 11ac, 2ss)
• 測定方法 – 下り1Mbps程度の UDP トラフィックを流しつつ、端末を各測定
ポイントに移動して AP の送信 PHY レートを show コマンドで確認 • show ap debug client-table の「Tx_Rate」の値
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Galaxy S4 結果
AP-225
433M
433M
325M
195M
433M
260M
65M
30M
約30m
※433M・・・1ss, 80MHz channel での最大 PHY レート
• 上の値=Beamforming 有効時の PHY レート
• 下の値=Beamforming 無効時の PHY レート
• 中~長距離で1.5~2倍のPHYレートを実現!
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MacBookAir 結果
AP-225
325M
260M
325M
260M
45M
65M
約30m
• Galaxy よりは効果が落ちた – レートが逆転するポイントも
• 1.2~1.3倍のPHYレート
780M
650M
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参考文献
• 802.11ac White Paper by Aruba • http://www.arubanetworks.com/wp-
content/uploads/WP_80211acTechnologyCh13.pdf
• 総務省懇話会資料 – 第90回電波利用懇話会「無線LANをめぐる最近の標準化動向につ
いて」 • http://www.arib.or.jp/osirase/seminar/no90konwakai.pdf
– 第108回電波利用懇話会「無線LANシステムの最新動向と今後の展望について」 • http://www.arib.or.jp/osirase/seminar/no108konwakai.pdf
• Revolution Wi-Fi • http://www.revolutionwifi.net/
• 802.11: A Survival Guide, Mattew Gast, O’Reilly • http://chimera.labs.oreilly.com/books/1234000001739/