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


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


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


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


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


802.11ac PHYレート (Short GI)

11n と同じ


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


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


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


VHT capability info (参考)

• Association Req/Rsp 内で交換する情報

• 32ビット長


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


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


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!!


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


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


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


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


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


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


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。


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


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)


同じ80MHz channel を使用する AP 配下での干渉

36 40 44 48



20MHz

36 40 44 48



20MHz



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


（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


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


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


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


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


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)


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)


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/

http://www.arubanetworks.com/blogs/802-11ac-face-off/








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


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


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!


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


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/

http://www.arubanetworks.com/wp-content/uploads/WP_80211acTechnologyCh13.pdf




http://www.arib.or.jp/osirase/seminar/no90konwakai.pdf




http://www.revolutionwifi.net/

http://www.revolutionwifi.net/

http://chimera.labs.oreilly.com/books/1234000001739/

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