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Smart Wi-Fi: Rendimiento de Wi-Fi

Publicado el 8 Octubre, 2019
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SMART WI-Fi: WI-FI PERFORMANCE I

Este post pertenece a una serie monográfica de artículos sobre la importancia del buen rendimiento de la tecnología inalámbrica Wi-Fi, que constituye un avance fundamental en conectividad y una infraestructura clave para la transformación digital. No hay duda de que la tecnología Wi-Fi se ha convertido en el medio más utilizado de acceso global a Internet. La rápida propagación del Wi-Fi —en detrimento de las conexiones vía cable (son pocos los que hoy en día se preocupan de conectar un cable para asegurar su conexión a Internet), sobre todo en el ámbito del hogar y de la empresa— ha provocado una serie de cambios importantes en cómo, dónde y cuándo accedemos a Internet. En los últimos años, la difusión del uso del Wi-Fi ha supuesto una revolución en el sector de las comunicaciones inalámbricas, convirtiéndose en un elemento estratégico para los operadores y proveedores de acceso. Si atendemos a uno de los últimos informes de la Wi-Fi Alliance, el valor de este mercado incrementará de 1,96 billones a 3,47 billones de dólares en 5 años, de 2018 a 2023. Y es que la creciente demanda de redes inalámbricas para una mejor conectividad, productividad y operaciones críticas, hacen que el Wi-Fi sea una tecnología fundamental en la escena tecnológica, económica y social. Entre los factores clave que dirigen este crecimiento podemos destacar:

  • la digitalización masiva de todo tipo de servicios actuales donde los operadores tienen un importante foco de negocio;
  • la proliferación de los dispositivos móviles personales y la adopción de la política empresarial BYOD (Bring Your Own Device en inglés);
  • el crecimiento del número de dispositivos conectados en el hogar o Smart Home devices (Internet of Things o IoT), llegando a tener unos 50 dispositivos por casa en 2022;
  • nuevos servicios con una mayor demanda de capacidad, como el 4K/8K, la realidad virtual y aumentada o la videoconferencia;
  • y los proyectos a gran escala como el Wi-Fi gratuito Europeo, el cual supondrá un incremento del 16% de la tasa de crecimiento anual de los hotspots Wi-Fi para 2020.
Figura 1. Hitos del Wi-Fi en los últimos 20 años.

 Por tanto, no estamos hablando solo de que la mayoría de las personas usan el Wi-Fi como tecnología de acceso a Internet, sino que la forma de usarlo también ha cambiado. Ya no solo nos conectamos a Internet a través de un ordenador para consultar las noticias en nuestro periódico de referencia, sino que controlamos la temperatura de nuestra casa con nuestra voz, hablamos por teléfono a través de nuestro Smart Watch o vemos películas en 4K bajo demanda desde nuestra Smart TV.

Tecnología Wi-Fi

Desde la primera aparición del Wi-Fi, en el año 1999, esta tecnología ha experimentado varios cambios importantes con el fin de satisfacer las necesidades que han ido surgiendo a lo largo de los últimos 20 años. Sin embargo, la evolución del Wi-Fi y la de los nuevos servicios asociados que han aparecido gracias a esta tecnología no siempre ha tenido un desarrollo paralelo. Es cierto que se han ido adaptando los equipos y dispositivos para poder hacer uso al máximo del estándar actual (incluyendo la tecnología de transmisión y recepción con múltiples antenas para varios usuarios simultáneos, conocida como MU-MIMO por sus siglas en inglés), pero los nuevos servicios y dispositivos sobre todo los que forman parte del IoT, requieren de nuevas fórmulas y mecanismos de funcionamiento para llegar a la convergencia necesaria y controlada del “todo conectado”. A este respecto, en este año 2019 ha salido a la luz la última actualización de Wi-Fi, conocida como versión 6 o 802.11ax. Desde 2013, año en el que apareció el Wi-Fi 5 (802.11ac), no se definía una release capaz de adaptarse a la nueva evolución de la conectividad inalámbrica. 

Figura 2. Evolución de la tecnología Wi-Fi. | Fuente: Intel

 Como podemos ver en la Figura 2 la tecnología ha ido evolucionando hasta ir consiguiendo mayores velocidades para un mayor número de usuarios y dispositivos. Esto ha sido posible gracias, principalmente, a cambios en la banda de frecuencia (2.4 GHz vs 5 GHz), al incremento del ancho de banda (llegando hasta los 160 MHz), a la creación de nuevos esquemas de modulación de alto orden, que cuentan con unas restricciones más estrictas, y al aumento del número de streams de datos en la transmisión. Se trata, básicamente, de una evolución similar a la de la red de acceso radio de telefonía móvil, pero en un período de tiempo más dilatado: mejores bandas de frecuencia (LTE 800), agregación de diferentes bandas (Carrier Aggregation), varios streams de transmisión para cada usuario (MU-MIMO + beamforming), etc. 

Figura 3. MU-MIMO en routers de nueva generación. | Fuente: Xakata

 En este punto, es importante entender el concepto de velocidad de una conexión Wi-Fi para saber realmente cual va a ser la experiencia de usuario cuando estamos conectados a Internet. Las velocidades que vemos en la definición de cada estándar hacen referencia a la velocidad máxima a nivel físico, esto es, la velocidad máxima a la que se podrán comunicar nuestros dispositivos con el router, en una situación óptima. Para ello, es necesario conocer las especificaciones de ambos extremos de la comunicación, las del router y las del dispositivo. Normalmente los routers incluyen en su definición el número de bandas en las que pueden operar (2 o 3) y la máxima velocidad que alcanzan en función de la capacidad espacial de transmisión (MIMO) y el ancho de banda. A modo de ilustración, utilizaremos un mismo ejemplo, que iremos desarrollando durante todo el artículo: Ejemplo: Un router compatible con Wi-Fi 5 (ac), tribanda, MIMO 3x3, 80 MHz y especificación AC3200, significa que opera en 2.4 GHz y en las dos bandas de 5 GHz existentes con sus respectivas máximas velocidades para MIMO 3x3 en 80 MHZ. Lo que sería: 600 Mbps (2.4) + 1300 Mbps (5G) x 2 = 3200 Mbps. 

Figura 4. Tabla de velocidades de enlace posibles para los estándares “N” y “AC”. | Fuente: WirelessLAN Professionals

 Por otro lado, los dispositivos tienen una definición similar, ya que cada una de sus bandas cuenta con una capacidad máxima, como indica la misma tabla de velocidades físicas que podemos ver en la Figura 4. Sin embargo, hoy en día el elemento diferenciador está en la capacidad espacial de transmisión (MIMO) de los dispositivos. Mientras que ya hay routers con MIMO 4x4 (por ejemplo, AC5300 – 1000 Mbps [2.4G] + 2 x 2166 Mbps [5G]) la mayoría de los smartphones actuales solo poseen MIMO 2x2, con lo cual limitan la capacidad de transmisión máxima a la mitad. Por otra parte, de momento, los routers no pueden operar en todas las bandas a la vez , por lo que resulta imposible llegar a esa velocidad máxima. Ejemplo: Tomando el caso del ejemplo, si nos conectamos a una de las bandas de 5GHz solo tendremos 1300 Mbps de velocidad física máxima. Si nos conectamos a través de un Smartphone con MIMO 2x2, la capacidad se verá reducida hasta 867 Mbps (ver Figura 4) en una situación óptima. Además, si nos encontramos a una distancia moderada del router, lo más normal es que no podamos usar la mejor modulación posible ya que esta solo se ofrece estando extremadamente cerca del punto de acceso. Lo más realista es pensar que estaremos usando una modulación 64-QAM a unos pocos metros del router, por lo tanto, la velocidad máxima esperada en este caso será de 650 Mbps (ver Figura 4). Por otro lado, dado que el aire es un medio compartido, la tecnología inalámbrica también proporciona una serie de mecanismos para gestionar el control de errores, las retransmisiones, las colisiones de acceso y la gestión de dispositivos legacy, entre otros. Todos estos datos de control suponen un overhead o sobrecarga (en la red de alrededor del 45%, por lo que solo el 55% de los datos enviados o recibidos es información de datos efectiva. Ejemplo: Con esto, y siguiendo el ejemplo, la velocidad real de la conexión de datos es de 357 Mbps. Si a esto además le sumamos otro factor importante como la interferencia, producida por otros usuarios u otras estaciones, la velocidad será aún menor. Así que 357 Mbps es la velocidad máxima que podría obtener el usuario en el mejor de los casos, de los 1300 Mbps teóricos que vimos al principio. En el caso de un dispositivo MIMO 3x3 y siguiendo las mismas premisas, la velocidad máxima real que se podría obtener en este caso es de 536 Mbps. Con la llegada del Wi-Fi 6, estas y otras limitaciones se intentan mejorar para conseguir mayores tasas de transmisión y, por tanto, mayores velocidades. Pero no solo se consigue una mejora en velocidad si no que este nuevo estándar está también orientado a satisfacer los requisitos de transmisión y consumo de los dispositivos IoT, cada vez más presentes en nuestra vida cotidiana. Si quieres saber más sobre Wi-Fi y su aplicación en el entorno del hogar, suscríbete a la newsletter del blog y no te pierdas nuestros próximos artículos de Wi-Fi Performance.

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