Использование беспроводной сети 802.11g
для задач «Цифрового Дома»

Беспроводные сети все чаще используются пользователями. Они предлагают две уникальные возможности, которые интересны широкому кругу пользователей – мобильное подключение к сети и отсутствие необходимости прокладывания кабелей для сетевого оборудования.

Если Wi-Fi используется совместно с низкоскоростным выделенным каналом (скажем, до 2 Мбит/с) для доступа в Интернет с ноутбука, то вопроса о производительности можно просто не ставить, поскольку любое оборудование «тянет» эту скорость без проблем. Другое дело, если Интернет у вас подключен через локальную сеть или в сети есть более одного компьютера и есть интенсивный обмен информацией между ними (например, одна из систем используется для хранения медиабиблиотеки). Попробуем оценить, какие же «домашние» задачи требовательны к пропускной способности сети, и какие конкретно требования здесь могут быть.

Одна из наиболее массовых задач – доступ к сети Интернет. Допустим, что сам канал не представляет собой ограничения. Просмотр страничек и работа в системах обмена мгновенными сообщениям вполне работоспособны на любом канале. Если объем вашей почты невелик или вы используете Web-почту, то и эта задача не требовательна к скорости. Время скачивания (обычно значительно больших, чем просто html-странички) файлов через HTTP/FTP уже существенно зависит от скорости. Однако если у Вас есть время и хороший менеджер закачек, то и эта задача, в принципе, не критична к скорости. Еще одним применением Интернета являются файлообменные сети. С одной стороны, они аналогичны предыдущему случаю, однако есть и определенная особенность – для хорошей скорости скачивания нужно и быстро отдавать. Так что можно считать, что они немного более требовательны к скорости, чем стандартные протоколы для передачи файлов. Еще одно интересное занятие в Интернете – это, конечно, игры. Если говорить о динамичных шутерах или автогонках, то они более критичны не к скорости, а к задержкам. Но поскольку эти параметры связаны, то можно считать, что мы нашли первого кандидата на реальные требования. К сожалению, протестировать именно этот сценарий сложно. Так что попробуем найти еще что-то. Например, Интернет-телефонию и просмотр/прослушивание онлайн аудио и видеотрансляций. Здесь мы также встречаемся с необходимостью обеспечения определенной полосы для корректной работы приложений. К счастью, собственно требования здесь не очень большие – 128 кбит/с для аудио/радио или 1000 кбит/с для видео. Резюмируем – большинство домашних применений сети Интернет не критично к скорости передачи данных (речь идет о том, что приложения полностью работоспособны). И требования существующих сегодня задач легко закрываются любым оборудованием. Что же касается пожеланий «скачивать гигабайты со скоростью света» – все в ваших руках, и при наличии достаточных финансов в наш рыночный век все может быть решено. Но это уже скорее работа, а не развлечения, и данные проблемы не относятся к теме этой статьи.

Второе применение сети дома – объединение нескольких компьютеров и других устройств (например, КПК, смартфонов, медиаплееров и т. п.). Здесь, конечно, «пожирателей» скорости существенно больше – благо трафик бесплатный. Но, как и в предыдущем случае, реальных задач, которые хотят именно определенной скорости, а иначе просто не работают, не так уж и много. И основной кандидат здесь – передача мультимедийного контента. Конечно, можно вспомнить и просто копирование файлов, и резервное копировании и другие задачи, однако, как и скачивание файлов из Интернета, – они в принципе могут и подождать. А вот аудио-видеоконтент, который передается по сети с одного компьютера на другой (или, например, на медиаплеер), уже не может ждать – или вы видите нормальный фильм, или слайд-шоу. Так что эта задача, пожалуй, наиболее существенна для оценки производительности сети. Попробуем определить ее требования. Для передачи звука нужно до 1,5 мбит/с для непакованного CD-DA, у стандартных MP3 требования гораздо меньше – собственно битрейт файла об этом и говорит. Передача «обычного» MPEG4/DivX видео хочет полосы 1000-2000 кбит/с и выше. Оригинальные записи DVD-Video требуют 6000-10000 кбит/с. Самые большие пожелания – у видеофайлов высокого разрешения. Здесь мы можем встретить варианты и на 25000-30000 кбит/с. Несколько в стороне стоит просмотр фотографий, но, скажем, для слайд-шоу из 5-мегапиксельных фотографий с задержкой в пять секунд требуется около 4 мбит/с, что для нас вполне существенно.

Стоит отметить, что все указанные цифры относятся к случаю, когда по сети передается один файл. Если же их несколько, то пропускная способность должна быть соответственно выше. Здесь есть еще один тонкий момент – если для стандартной проводной сети Fast Ethernet одновременная передача небольшого количества потоков практически не добавляет накладных расходов, то для беспроводной сети может наблюдаться значительно снижение общей пропускной способности. Так что и эту особенность мы попробуем изучить.

Сегодняшнее исследование мы будем проводить с использованием беспроводного оборудования компании ZyXEL, которое уже встречалось в наших статьях: интернет-центра P-660HTW, PCI-адаптера G-320H, USB-адаптера G-202 и интернет-центра P-330W, выступающего в роли Wi-Fi-клиента. Все устройства располагались в идеальных условиях прямой видимости на расстоянии не более 10 метров. Опыт показал, что только в этом случае мы можем получить стабильные результаты в случае одновременной работы нескольких Wi-Fi-устройств.

Настройка включала в себя создание защищенной WEP128 сети IEEE 802.11g на интернет-центре P-660HTW и подключение к ней клиентских ПК. Для тестов использовалась программа NetIQ Chariot.

Первая группа тестов использовала стандартный скрипт для определения максимальной производительности. Мы подключали к точке доступа от одного до трех клиентов и проводили серии тестов их различных комбинаций (некоторые, правда, несколько искусственны, однако помогают выявить общую картину).

Как видно по результатам тестов, в случае единственного линка мы можем рассчитывать на скорость порядка 20 Мбит/с, что, согласно нашим требования, подходит для любых задач, кроме передачи видео высокого разрешения. С трансляцией из LAN-сегмента одновременно на двух Wi-Fi-клиентов оборудование также легко справляется в случае стандартных видеофайлов. Впрочем, и все остальные комбинации тоже вполне работоспособны в этом случае. Так что единственной задачей, которая оказалась не по зубам беспроводной сети, является передача видео высокого разрешения, и при построении сети в «Цифровом Доме» стоит это учесть. Для сравнения укажем, что проводной сегмент внутренней сети у P-660HTW показывает производительность на уровне 70-75 Мбит/с, что означает выполнение всех наших требований без исключений.

Из других особенностей, которые мы увидели в этом тесте, отметим двукратное снижение скорости в случае общения двух беспроводных клиентов через точку доступа, что вполне объяснимо самой технологией Wi-Fi. Кроме того, в совершенно искусственном варианте «все-со-всеми» для двух клиентов общая пропускная способность сети снижается до 15 Мбит/с.

Подключение третьего клиента практически не меняет картину – общая скорость остается на уровне 20 Мбит/с. Что касается распределения скоростей отдельных клиентов, то практика показала, что в данных (напомним – идеальных) условиях они практически равны. Отметим только то, что PCI-адаптер и интернет-центр P-330W в случае удаленности USB-адаптера от точки доступа «забивают» его, поскольку имеют более мощные антенны. В этом случае разница скоростей может составлять полтора-два раза. С другой стороны, USB-адаптер несколько отыгрывается в сценариях, где он работает на прием.

Резюмируя первую группу тестов, можно сказать, что использование беспроводной сети для трансляции стандартных видеопотоков вполне допустимо. Показателями в данном случае служат – общая пропускная способность на уровне 20 Мбит/с в случае использования от одного до трех клиентов, принимающих данные с компьютера в LAN-сегменте точки доступа. Если беспроводные клиенты общаются между собой, то скорость ниже примерно в два раза и составляет около 10 Мбит/с.

Данные показатели могут снижаться в случае неоптимального расположения антенн клиентов или наличия в эфире других беспроводных сетей. Для улучшения качества связи рекомендуется использовать адаптеры и точки доступа с антеннами повышенной мощности и обеспечить их правильную ориентацию.

Тестирование максимальной производительности дало достаточно полезные результаты. Однако для задачи трансляции медиапотоков более существенным является стабильность получения клиентом информации. Поэтому мы сделали еще несколько скриптов, которые более точно эмулируют данную задачу – в них используется ограничение на скорость передачи информации от одной точки к другой. Исходя их полученных выше результатов, мы выбрали несколько скоростей и использовали сценарий трансляции этих потоков с компьютера, находящегося в LAN-сегменте, на Wi-Fi-клиентов. Безусловно, это не идеально отражает ситуацию, поскольку в игре обычно участвуют еще и другие факторы. Например, если файл просматривается с сетевого диска, то участвует кеш операционной системы, если же речь идет о специализированном медиасервере, то и его настройки могут вносить коррективы. Кроме того, для трансляции медиаданных может использоваться и UDP вместо TCP. Этот режим предусмотрен в тестовом пакете, однако, на наш взгляд, сегодня файлы «смотрятся» чаще именно по обычной сети, чем с использованием специального ПО.

Как видно по результатам тестов, если требуемая скорость доступна (то есть меньше максимальной, полученной ранее), то каждый клиент получает желаемое. Конечно, при приближении к порогу становятся все более существенны мгновенные отклонения. Подробности видны на иллюстрациях.

Исследования, описанные в данном материале, позволяют говорить о том, что использование классического Wi-Fi 802.11g вполне допустимо для соединения двух-трех компьютеров или других устройств в составе «Цифрового Дома». В этом случае будет возможна трансляция аудио- и видеофайлов с общим битрейтом до 20 Мбит/с (один поток из LAN-сегмента) или до 10 Мбит/с (два потока из LAN-сегмента или один поток между двумя беспроводными клиентами). Аналогичные условия применимы и к записи видео, например, встроенным ТВ-тюнером медиацентра в удаленную сетевую папку. Собственно компьютер или сетевой накопитель, на котором будет храниться библиотека, в любом случае желательно подключить кабелем. К сожалению, просмотр настоящего видео высокого разрешения через Wi-Fi практически невозможен (в принципе, существуют файлы с битрейтом около 20 Мбит/с, но это уже очень близко к границе). Здесь лучше использовать точки доступа и адаптеры, поддерживающие различные режимы повышения производительности. К сожалению, в этом случае скорее всего будут проблемы с совместимостью различных устройств и наиболее надежные результаты достигаются при совместной работе оборудования одного производителя. В наших тестах были отмечены экземпляры, которые позволяли получить практически 80 Мбит/с для одного беспроводного линка.

Впрочем, будем надеяться, что находящийся уже достаточно долго в состоянии «draft» стандарт 802.11n вскоре позволит нам более уверенно говорить об исключительно беспроводной связи в «Цифровом Доме» без каких либо компромиссов. Но это уже совсем другая история.

Кирилл Кочетков (kochet@ixbt.com)

Опубликовано - 1 июля 2007 г.