802.11ac無線AP效能大評比

近年來,由於無線網路的普及發展,越來越多電子裝置如手機、平板電腦、數位相機以至於智慧家庭中的多媒體影音播放系統等,皆陸續透過Wi-Fi傳輸技術來創建溝通網絡。Wi-Fi也從早期的802.11標準開始,陸續經歷802.11a、802.11b、802.11g、802.11n至目前的802.11ac,不但大幅度地提升傳輸速率與效能外,也帶動週邊應用如無線AP的白熱化競爭市場。尤其在所有電子裝置都需要無線網路支援的同時,無線AP已然成為家庭、辦公以及小範圍公共空間中不可或缺的網路設備。

然而,無線AP雖然方便易用,但面對市場上林林總總的無線AP產品,普遍存在品質參差不齊且時常發生訊號覆蓋率與穩定性不佳的情形。有鑑於此,百佳泰特別設計一系列「無線AP尖端驗證計畫」,從市面上採購三台無線AP裝置之實測結果來分享各種關鍵議題,讓大家能迅速瞭解問題癥結與解決方案。

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依據百佳泰豐富的無線效能測試經驗,我們針對無線AP的使用情境與關鍵議題設計出七種驗證範圍,巨細靡遺地評估受測裝置的品質與效能,透過不同品牌裝置間的競爭分析瞭解其優劣程度。詳細的驗證計畫如表二所示:

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I. 傳輸速率測試(Conductive Throughput Test

無線AP傳輸速率的效能表現與穩定性絕對是使用者最重視的因素之一,因此我們模擬不同頻寬通道來測量無線AP在一定時間內的傳輸速率表現,觀察其傳輸速率的變化曲線、平均值與極端值即能瞭解其效能與穩定程度。其次,訊號衰減會間接影響無線AP的傳輸速率,因此藉由兩者間(傳輸速率和路徑損耗)的測試結果分析即能驗證哪一台無線AP在任何頻寬通道下都能兼具一定水準的傳輸速率與穩定性。

圖一測試結果顯示,AP 3在20MHz/Ch 36與20MHz/Ch 64皆擁有最佳的效能表現,不過到了20MHz/Ch 128時,AP 3的表現突然驟降許多。AP1與AP 2的傳輸速率在20MHz/Ch 64時基本上沒有顯著的差異,不過整體來看AP 1的表現較差。

當我們將數據傳輸頻寬調整至「auto自動模式」下,無線AP即會自行尋找最適合的頻寬進行訊號傳輸。圖二的測試結果顯示AP 1在Auto/Ch 36與Auto/Ch 64的效能最差;值得注意的是,我們發現AP 1數據傳輸頻寬的預設模式竟然是「auto自動模式」,也就是說使用者通常會較信任並倚賴預設模式的效能表現,結果AP 1的自動模式反而擁有較差的效能表現。

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由於AP 1的特殊效能表現,我們特別聚焦並放大其測試結果發現;在Ch 128時,AP 1的傳輸速率最好,優於其在Ch 36與Ch 64的表現。換言之,使用者必須自行將頻寬調整至Ch 128,才能享受到最佳的傳輸效能。然而,如果使用者單憑預設的自動模式來使用AP 1就會發現其效能非常不穩定。對於此關鍵議題,我們建議AP 1必須針對自動頻寬轉換模式作更精準的韌體、驅動程式校準與修訂,才能讓使用者避免這類的頻寬誤用情形。

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II. OTA傳輸速率測試(OTA Throughput Test

OTA傳輸速率測試可以精確測量無線AP在不受其他訊號干擾的環境中,是否擁有穩定的無線傳輸速率;因此,為了讓測試環境更純淨,我們必須建構一個無聲無雜訊干擾的測試環境。由於三台無線AP的天線皆屬於隱藏式設計,因此我們必須模擬多方位、多角度的直視訊號輸出(LOS,Light of Sight)來觀察不同角度方向包括0°、45°、 90°、135°、180°、225°、270°以及315°對其OTA傳輸速率的影響。

圖四測試結果顯示,AP 1在Ch 36與Ch64的頻寬時,整體表現不如AP 2與AP 3。如果將傳輸頻寬調整至「auto自動模式」下,我們依舊發現AP 1的整體訊號傳輸表現最差;尤其在90°、180°以及225°時,其傳輸速率最不穩定(圖五)。我們建議AP 1在天線設計與配置的議題上,必須再多進一步的驗證來確保各種方位、角度的傳輸速率表現能更穩定。

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III. 聯合負載測試(Association Capacity Test

聯合負載測試目的是為了驗證當有多方使用者同時連接無線AP時,無線AP是否可以承受大量的連線負載並維持一定的傳輸效能。為了更符真實世界的使用情境,我們以小型辦公室為背景,藉由Azimuth儀器來模擬聯合負載的極端值(一般辦公室應用大致上為百位使用者同時使用的情況,因此我們不刻意將負載上限提高),並測量無線AP是否能成功通過標準。

圖六測試結果顯示,AP 1與AP 2皆可成功通過聯合負載測試,但是AP 3在5G的無線傳輸模式下,僅同時能讓36位使用者成功連線。換言之,相較於AP1與AP2可以負荷高達127位使用者同時連線來說,AP3在這個測試項目的表現最差。

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IV. 超時壓力測試(Overtime Stress Test

透過高流量與多工負載的超時壓力測試可以觀察無線AP的傳輸速率是否會隨著過長的時間與過量的負載產生變化,藉以評估無線AP的軟、硬體設計與品質。

圖七測試結果顯示,三台無線AP的超時壓力測試表現並無顯著差異。值得注意的是,AP 1在傳輸速率測試與OTA傳輸速率測試皆不如AP 2和AP 3,卻在此測試達到一定水準。因此我們推測原因之一可能為AP 1的天線存在基本的設計與配置問題,不適當的AP天線設計與位置都會直接影響傳輸速率的表現;另一原因為AP 1的基板設計與相關零組件配置造成過度的雜訊干擾,減少整體傳輸效率。

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V. 極端氣溫變化測試(Extreme Temperature Test

為了模擬各式各樣的環境、溫度變化來測試無線AP的適應性,我們必須模擬一段極端的溫度範圍,從負50゚C至正150゚C,連續12小時測試無線AP的零組件與設計架構能否負荷這樣極端的氣溫變化並依舊保持穩定的傳輸速率,也藉以瞭解其安全性與耐久性。

圖八測試結果顯示,三台無線AP皆能通過極端的氣溫變化測試,不過就整體傳輸速率來看,AP 1(45.177 Mbps)的表現仍不如AP 2(86.034 Mbps)與AP 3(72.29 Mbps)。

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VI. 熱點圖測試(Heat Map Test

熱點圖測試旨為測量無線AP的設定與擺放位置對其傳輸速率、訊號強度與覆蓋範圍的影響。透過圖像式的數據與顏色呈現方式,我們可以瞭解各無線AP的傳輸速率變化情形,其中紅色代表訊號最低;藍色代表訊號最高。

圖九測試結果顯示,AP1不論是在訊號品質與覆蓋範圍都大大不如AP2與AP3,幾乎只達到他們的25%效能表現。有鑑於此,我們特別根據過往的測試經驗提出兩種解決方案並成功解決AP1的熱點圖測試失敗問題。一方面,我們在AP1上加裝訊號吸收器(Absorber)以預防其雜訊干擾,另一方面將AP1顛倒擺放以改變其天線設計位置,兩個方法皆提升AP1的無線傳輸覆蓋範圍。換言之,我們建議AP1必須加裝護罩擋版(Shielding)或吸收器來杜絕雜訊干擾,或者將天線位置重新設計與校準,才能改善其傳輸效能與覆蓋範圍(圖十)。

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VII. 串流媒體效能測試(Streaming Media Performance Test

串流媒體效能測試是與一般使用者最息息相關的使用情境模擬,因此我們透過多媒體視訊、音訊與圖像等的播放來測試其品質是否達到標準;在播放多媒體檔案的同時,無線AP是否會受到傳輸速率與其他雜訊的干擾造成播放延遲或中斷等問題。

圖十一測試結果顯示,三台無線AP皆能通過串流媒體效能測試,滿足一般使用者的需求。特別的是,我們發現AP1的過熱情形(17.4度)優於AP2(19.9度)與AP3(20.5度);換言之,AP1過熱保護處理機制反而是三者之中最佳(圖十二)。然而對照前幾項測試結果顯示AP1的問題較多,我們可以大膽推測AP1的晶片組其實沒有太大問題,反倒是其零組件和天線的架構、配置需要執行更多的RF訊號干擾與訊號整合驗證測試,以發掘更多更深層的傳輸與雜訊干擾問題。

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百佳泰作為領航全球的專業驗證機構,在無線傳輸測試領域早已累積雄厚實力與經驗;隨著Wi-Fi 802.11ac逐漸滲透各電子裝置的同時,週邊應用如無線AP的發展與品質絕對會成為市場上關注的焦點之一。不論是作為訊號發射站或中繼站,無線AP在整個無線網絡情境如智慧家庭、辦公應用、車用娛樂以及公共場域等皆扮演關鍵性的角色,隨之而來的傳輸速率與覆蓋範圍等效能品質更需要嚴格與高標的把關。此份評比報告僅針對三台市售無線AP進行初步的競爭分析,未來我們更將擴大我們的服務範圍,讓整體無線傳輸技術產業與裝置都能獲的最精準與深度的驗證測試。(備註:本文所呈現之部分測試數據因涉及百佳泰所開發之評斷指標,因此不予以詳細公開,如欲瞭解更進一步的測試計劃或報告內容,請逕洽百佳泰