Qué es 802.11ax

El conjunto de normas IEEE 802.11 es bien conocido desde hace un par de décadas como las encargadas de decir cómo se tienen que comunicar los dispositivos a través de lo que comercialmente se ha denominado Wireless Fidelity, también conocido popularmente por sus siglas WiFi.

El WiFi no es algo nuevo ni mucho menos. Se extendió a principios de la década pasada con la normal 802.11b, la segunda revisión después de la 802.11 original que iba a 2Mbps y lanzada en 1999 a la par con la 802.11a que usaba bandas en el espectro de los 5GHz. Las diferencias entre la 11a y b (5GHz y 2.4Ghz respectivamente) estaba en el coste del equipamiento, la velocidad máxima del enlace (54 y 11Mbps respectivamente) y en menor medida, en el rango de la señal.

En 2003 apareció la revisión 11g que aumentaba la velocidad a 54Mbps en la banda de los 2.4Ghz. Seis años después, en 2009 se anunció 11n que permitía enlaces de hasta 600Mbps y en 2013 apareció la última revisión, la 11ac que bajo condiciones muy especiales puede alcanzar los 3.4 Gbps.

Todos estos son datos sin demasiada relevancia que cualquiera puede consultar en Wikipedia. La realidad es bien distinta debido a que las velocidades prometidas están muy por encima (incluso en condiciones favorables) a las tasas que conseguimos en la vida real. Pero hay un tendencia clara y lógica revisión tras revisión: el aumento de las velocidades han dado saltos gigantescos con cada nueva generación.

Con la 802.11ax el objetivo se ha enfocado en algo distinto puesto que con el paso de los años y la extensión del uso de los teléfonos inteligentes, las exigencias también han cambiado. A esta norma también se la está llamando HEW (High-Efficiency Wireless) y su principal objetivo es mejorar el servicio a clientes conectados en entornos muy densamente poblados. Esto es aeropuertos, estadios, estaciones de tren, universidades y en general, todos esos lugares en los que hay cientos o miles de dispositivos conectados a un enlace público.

Así pues, lo que se ha querido conseguir con esta nueva versión de la norma de la IE³ no es aumentar la tasa de transferencia global (que también se ha hecho aunque en menor medida que en saltos anteriores), sino mejorar la tasa de cada dispositivo individual en entornos congestionados. Según comentan, el aumento de la velocidad en estas condiciones es del 400% de media.

Pero ¿por qué resulta complicado dividir el ancho de banda entre muchos usuarios? Todo comienza con la forma en la que los distintos dispositivos se ponen de acuerdo para comunicarse entre sí. La norma 802.11 establece que los puntos de acceso WiFi usan lo que se denomina CSMA (Carrier Sense Multiple Access). Este mecanismo es muy simple y básicamente consiste en que cuando el punto de acceso quiere transmitir un paquete, “escucha” lo que tiene en el mismo canal. Si hay otro dispositivo usando la banda, se mantiene en espera un tiempo aleatorio y luego vuelve a intentarlo. El proceso se repite hasta que el canal queda libre y puede transmitir. Cuando el paquete se recibe correctamente por el dispositivo, este envía una señal de confirmación.

CSMA resulta ser un buen método para repartir equitativamente el espectro entre los distintos dispositivos de red que pueda haber en las proximidades. Pero hay ciertos casos en los que la tasa de fallos puede ser lo suficientemente alta como para que la eficiencia de transmisión baje notablemente. Como se ha dicho antes, antes de enviar un paquete, el punto de acceso escucha lo que tiene alrededor. Pero ¿qué ocurre si el punto de acceso se encuentra fuera del alcance de todos los demás puntos de acceso, pero el dispositivo conectado a él está en el rango de otro PA? El punto de acceso en cuestión no escuchará nada y transmitirá pero el dispositivo conectado él podría estar recibiendo paquetes de varios emisores, por lo que la información se perderá y tendrá que volver a ser enviada.

Caso especialmente desfavorable para CSMA. Fuente: National Instruments

Algún lector avispado podría pensar que la solución más inmediata a este problema es usar canales diferentes y, de hecho, esa es una solución. El problema es que en muchas zonas la congestión es tal, que es inevitable tener que compartir canales. Y con la 802.11ac donde los canales pueden tener un ancho de banda de hasta ¡160MHz! (los 3.4Gbps no son gratis) frente a los habituales 20-40MHz, el número de canales disponibles se reduce a sólo 2 en el caso de Europa.

Canales Wifi de 20MHz. Fuente: Wikemedia

Teniendo en cuenta estas consideraciones, cabría pensar que no hay demasiadas soluciones al problema si no se produce un cambio físico en la señal. Y efectivamente, eso es lo que se ha hecho en la 802.11ax. Es importante decir que a pesar de este cambio, se respeta la retrocompatibilidad con las anteriores revisiones.

Para ayudar a paliar estas interferencias,  se ha incorporado lo que se llama el “color BBS” que básicamente consiste en identificar los paquetes de datos y asociarlos a dispositivos que están conectados entre sí (por ejemplo, un portátil a un punto de acceso a través de sus MACs). Esto ayuda a no descartar paquetes cuando se están transmitiendo datos de forma simultanea entre varios dispositivos por el mismo canal. Cuando se verifica que el paquete corresponde con un dispositivo asociado, el paquete se toma como bueno aunque haya superpuesto otro paquete. Si no lo es, el dispositivo de red espera el tiempo necesario para que se transmita el paquete correspondiente a otra comunicación (en vez de esperar una cantidad de tiempo aleatorio como hasta ahora) con el consiguiente ahorro de tiempo. Evidentemente para que esto sea posible, son necesarias ciertas condiciones físicas como que la potencia de la señal del paquete bueno sea lo suficientemente alta. Para ayudar a que este tipo de transmisiones se produzcan con éxito, 802.11ax permite modificar la potencia de la señal de los dispositivos de la red. En este aspecto todavía quedan algunas cosas que definir en la norma.

Además, aara ayudar a multiplicar por 4 el caudal en entornos muy congestionados, se ha multiplicado por 4 el tamaño de las muestras FFT. Con esto se consigue dividir entre cuatro el espaciado entre subportadoras usando lo que en la jerga de las comunicaciones se llama Multiplexación por División de Frecuencias Ortogonales (también conocido por sus siglas en inglés como OFDM), que es algo que se lleva usando desde el 802.11a (aunque a la banda de los 2.4GHz no llego hasta la revisión 11g).

802.11ax
Subportadoras en la 802.11ax. Fuente: National Instruments

Pero los cambios no terminan aquí. También se han añadido nuevos modos de operación, lo que permitirá dividir el ancho de banda disponible entre distintos dispositivos con necesidades muy diferentes (como puede ser un teléfono vs. un receptor de video HD). Estos modos son “monousuario” y “multiusuario”. El primero funciona de una forma similar a como lo hacen las anteriores normas, lo que es enviando y recibiendo paquetes de forma secuencial.

El modo “multiusuario” permite enviar paquetes a distintos dispositivos de forma simultanea. En la norma 11ac esto estaba ya contemplado pero sólo en sentido PA-dispositivos. En la 802.11ax se extiende a las transmisiones dispositivos-PA. En realidad es una técnica muy similar a la empleada en enlaces LTE.

Por otra parte, se usan tanto las bandas de 2.4 como la de 5GHz. Siguiendo con la miscelanea, se añaden mecanismos para el ahorro de energía que serán útiles en dispositivos móviles. Y sobre la velocidad del enlace, sí, se aumenta la velocidad una vez más de los anteriores 3.4Gbps a cerca de 10Gbps. Pero como suele pasar, la velocidad en condiciones reales estará muy por debajo de esa cifra y más teniendo en cuenta que para alcanzar dicha velocidad, hace falta un ancho de banda de 160MHz y modulación 1024-QAM, o lo que es lo mismo, un espectro completamente libre y una potencia de recepción considerable.

Si no te has enterado de nada, puede ver este breve video de Tech Quickie (son 5 minutos):

Si te has quedado con más ganas, puede revisar este completo documento de National Instruments. Si te quedas con la sensación de que en esta entrada sólo se ha rascado la superficie, no dejes de ver este video (1 hora). Y si quieres conocer todos los entresijos, aquí tienes una lista de documentos con detalles técnicos de la norma.

La versión final de la IEEE 802.11ax no aparecerá hasta finales de este año y los primeros dispositivos no se verán hasta 2019.

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