High-Density WiFi. Частина 1 — пропуск в прем'єр-лігу. Частина 2 — про підходах

«По справах їх пізнаєте їх»
Матвія 7:20




Сьогодні на ринку бездротових технологій склалася ситуація, коли WiFi рішення не робить тільки ледачий. Китайські вендори, американські вендори, європейські вендори, ізраїльські вендори, російські вендори… всі випускають «бездротові рішення для корпоративних мереж». Але, як у футболі, є Реал Мадрид, Челсі і Баварія, а є Пахтакор і Діжон, при всій повазі. І ті й інші бігають по полю 68 на 105 метрів і б'ють ногами по м'ячу, намагаючись потрапити в рамку 7 на 2,5. Але тут питання не в тому, ЩО ВОНИ РОБЛЯТЬ», а в тому, ЯК ВОНИ ЦЕ РОБЛЯТЬ».

Якщо вам, як корпоративному замовнику потрібно, щоб при вході в офіс у вас з'являлося «п'ять палиць» WiFi, то таку задачу вам швидко вирішать багато маленьких і не дуже виробників. Кожен буде запевняти, що відповідає всім стандартам і відповідає всім вашим вимогам і зробить все «швидко, добре і недорого», всупереч відомим принципом. АЛЕ. Якщо ваша задача в тому, щоб

  • User Experience Index не падав на підлогу,
  • щоб всі, хто підключився до мережі отримував реальний сервіс, а не крутяться годинник,
  • щоб вас раз в тиждень не зламували малолітки за допомогою hacker kit-ів з Інтернету і
  • щоб ви не бродили болісно зі сканером, вишукуючи де яка включає… мікрохвильовки, які «кладуть» вашу мережу,
то вам однозначно доведеться вибирати когось з прем'єр-ліги. У цьому місці виникає законне і найважливіше питання для людей, не глибоко в темі – а як же з усього цього інформаційного шуму ВИБРАТИ? Всі тычат у вас тестами, проектами, замовниками і говорять про величезний досвід і кращі в світі рішення… Моя порада вам, як написано в правильних книгах — «По справах їх пізнаєте їх».

Є кілька відмінних особливостей виробника, наявність яких зараховує компанію до прем'єр-лізі WiFi, поза всякі сумніви і всупереч підступам конкурентів. І одна з них – це здатність до успішної реалізації так званих High Density (HD) проектів. High Density — це коли на обмеженому просторі збирається дуже велика кількість людей і майже кожному з них потрібен якісний доступ в Інтернет (наприклад, WiFi на стадіоні тисяч на 80 чоловік). Щоб зрозуміти всю складність цієї задачі, потрібно згадати шкільну фізику і таке її поняття, як Інтерференція. Ще треба згадати, що радіо-ресурс – це річ кінцева і обмежена. Мало того, в WiFi ця річ ще й колективна. Тобто, буквально, у вас є два діапазони (2.4 і 5ГГц) і в кожному діапазоні прописаний чіткий набір радіоканалів (1, 6, 11 та ін) певної ширини (20, 40, 80 і 160 Mhz) (для тих, кому цікаво глибше в теорію — сюди), кожен з яких, в залежності від типу модуляції, дає вам певну смугу пропускання в Мбіт/с і яка не може бути більше by design. Це означає, що вся WiFi інфраструктура розділяє між собою цей кінцевий набір радіоканалів і виступає арбітром доступу користувачів до цієї загальної середовищі. Тут не можна підвести кожному користувачеві одну і ту ж несучу за екранованої мідній парі, як в Ethernet. І тут величезну роль грає та сама інтерференція, у всіх видах. Користувачі починають «глушити» один одного за рахунок інтерференції на межах діапазонів, за рахунок розміщення на одному каналі на сусідніх точках, дані починають накопичуватися в буферах… в кінцевому результаті, мережа не працює.


Малюнок 1. Конкурентний доступ до радиосреде

І, замість поліпшення якості зв'язку зі збільшенням кількості точок, настає зворотний ефект – її погіршення. Додайте до цього:

  • неконтрольований мікс користувацьких пристроїв з різними можливостями, різними ОС, рівнями патчів, драйверів і типами радіо
  • високу ймовірність наявності у кожного користувача декількох пристроїв
  • обмеженість більшості сучасних пристроїв на роботу в режимі 1х1:1 HT20
  • інтерференцію з мобільними мережами LTE-A
  • підвищене навантаження на control plane в результаті масового включення power saving на кінцевих пристроях
  • плаваюча навантаження на мережу, з перепадом в сотні разів
і ви зрозумієте, наскільки складною і багатогранною є задача побудови ПРАЦЮЮЧОГО HD WiFi. Цю задачу ні в якому разі не можна вирішити простим збільшенням кількості точок, як це іноді роблять — написано в datasheet, умовно, 50 активних користувачів на точку, ділимо 80 000/50 і отримуємо 1600 точок на стадіон. Розставляємо під лампами і кріслами точки, запускаємо мережа, переконуємося на першому матчі, що WiFi не працює і далі можливі варіанти:

  • інтегратора/вендора «викликають на килим», відбувається бурхливе пояснення, інтегратор/вендор йде вчити мат. частина і спробувати виправити ситуацію по-живому (виходить, як правило, погано),
  • інтегратора/вендора «викликають на килим», відбувається бурхливе пояснення і swap всього проекту на когось із прем'єр-ліги, хто вміє це робити,
  • ...
Висновок простий – успішно зробити HD WiFi може лише компанія, яка дійсно розуміє, як працюють сучасні WiFi мережі, у якої є люди, здатні спроектувати, впровадити і підтримувати таку інфраструктуру і, найголовніше, у якої є інструменти, з яких можна побудувати таку інфраструктуру. Тому, беруся стверджувати, що наявність у портфелі компанії такі успішно реалізованих проектів (а значить, таких ресурсів та експертизи) однозначно зараховує її до прем'єр-лізі WiFi.

Частина 2. Про підходах
«- These entities are more advanced than us. Why don't they just come right out and tell us what's on their minds?
-You're more advanced than a cockroach, have you ever tried explaining yourself to one of them?»

The Mothman Prophecies

Давайте тепер поговоримо, яким чином і за допомогою яких технологій можна і потрібно реальзовать HD WiFi. Як вже сказано вище, головний «батіг» HD WiFi – це інтерференція і загальну ємність мережі визначає кількість радіоканалів, а не кількість точок доступу. Інтерференцію можна умовно розділити на два типи — Adjacent Channel Interference (ACI) та Co-Channel Interference (CCI). ACI — це коли два канали перетинаються на кордоні спектрів і випромінювана поза межами діапазону енергія збільшує рівень радиошума у сусідніх каналах і, як наслідок, кількість помилок, що особливо актуально в діапазоні 2.4 Ггц, де перетинаються каналів всього 3. Цей тип інтерференції, як правило, не має значного впливу в звичайних корпоративних WiFi мережах, оскільки середня відстань між точками в таких мережах близько 20 метрів, що, при стандартних втрати 80dB для 5Ггц забезпечується достатню ізоляція і Clear Channel Assessment (CCA) механизам не бачить 802.11 кадр, не визначає колізію і не маркує вільний канал, як зайнятий. Зовсім інша історія виходить при побудові HD WiFi. Тут точки розташовані настільки близько один до одного, що ACI визначається механізмами CCA як колізія і сусідні канали перетворюються, фактично, один домен колізій з усіма витікаючими. Щоб було наочніше, давайте розглянемо на простому прикладі, що відбувається в подібному випадку.




Малюнок 2. ACI

Припустимо, точки стоять один від одного так, як показано на Малюнку 2 і станція 2/точка 2 хоче передати дані. Вони запускають ССА і, т. к. відстань між ними і сусідніми станціями/точками менше метра, то сигнали на сусідніх каналах (36-му і 44-м) за рахунок ACI перевищують поріг CCA і розглядаються як колізія. Станція 2/точка 2 в внаслідок мовчить, законно вважаючи, що канал зайнятий.

Інтерференція типу CCI (коли різні точки/станції знаходяться на одному каналі і чують один одного з-за близького розташування джерел) має навіть більший негативний ефект на HD WiFi мережу, ніж ACI. Навіть у випадку, якщо канали не перевикористовуються усередині приміщення, сучасні NIC-і в пристроях настільки чутливі, що можуть вловлювати зовнішні джерела на тих же каналах і визначати це як колізію.




Малюнок 3. CCI

Якщо пристрій уловлює 802.11 кадр на своєму радіоканалі – воно не може передавати дані і чекає, поки закінчиться переданий кадр.

Що ж такого вміють робити вендори з прем'єр–ліги, щоб перемогти фізику і згладити негативні ефекти від щільного використання радиосреды? Щоб зробити розмову предметним, давайте визначимо, а чого ж, як правило, хочуть від HD WiFi, якщо розшифрувати поширене «щоб працювало». Хочуть, як правило, щоб рішення:

  • добре масштабировалось (мова про сотнях і тисячах точок доступу на інфраструктуру),
  • стабільно видавало закладену на продуктивність змішаних шаблонах трафіку при максимальних навантаженнях (10000+ користувачів),
  • потенційно інтегрувалося з ядром мобільних операторів для забезпечення 3G/4G mobile offload-а,
  • дозволяло гнучко диференціювати політики доступу для різних груп користувачів, підтримувало різні типи аутентифікації/авторизації,
  • було безпечним, тобто закривало весь комплекс заходів щодо забезпечення інформаційної безпеки як у провідної мережі, так і в радіо середовищі,
  • легко регулювали і мало центральну консоль, з якої можна було б управляти всією мережею з однієї точки
Одне з безумовно кращих рішень на ринку, що відповідає перерахованим вище вимогам і здатна вирішити завдання побудови HD WiFi — рішення від Аруба, високорівнева архітектура якого виглядає наступним чином:


Малюнок 4. Архітектура HD WiFi

Умовно, для простоти опису, його можна розділити на такі великі блоки:

  • Оптимізація радіо
  • Комплексне забезпечення безпеки
  • Оптимізація медіа-трафіку
  • Централізоване управління
Трохи нижче розповім про кожному блоці докладніше, але спочатку потрібно сказати кілька слів про принципи фізичного дизайну HD мереж і розрахунку покриття. Існує кілька очевидних варинатов розміщення точок, точніше три основних – на стелі, на стінах і на підлозі – плюс різні їх комбінації.






Малюнок 5. Розміщення обладнання

Кожен варіант має свої переваги і недоліки. Варіант з розміщенням точок на стелі найбільш поширений в корпоративних мережах і має наступні переваги:

  • Точки можна сховати під стелею і винести назовні тільки антени
  • Рівномірний розподіл сигналу і точок
  • Точки завжди в прямій видимості клієнтських пристроїв
  • Мінімальна аттенюация сигналу людьми
  • Хороший контроль інтерференції обох типів (CCI/ACI)
Найважливіший мінус цього варіанта – великі складнощі з переиспользованием каналів, т. к. з великою ймовірністю, при такому розміщенні кожну крапку буде чутно по всій площі HD покриття.

Варіант з розміщенням точок на стінах не такий поширений через низку складнощів та незручностей, що він з собою несе. По-перше, такий варіант також, як і приклад з розміщенням на/під стелею, не дозволяє переиспользовать належним чином канали. По-друге, рівень аттенюаціі в даному варіанті істотно вище і рівень сигналу, як правило, серйозно плаває. Крім того, при такому розміщенні складно контродировать ACI/CCI і сигнал часто виходить за передбачувану область покриття. Тому такий варіант розміщення вимагає серйозного обґрунтування і використовується не часто.

Варіант з розміщенням точок на/під підлогою з точки зору досягнення максимальної якості покриття має наступні переваги:

  • Він дозволяє переиспользовать канали
  • Точки також, як і з розміщенням під стелею, можна заховати
  • Сигнал покриває площу рівномірно
  • Точки завжди в прямій видимості клієнтських пристроїв
  • Мінімальна аттенюация сигналу людьми
  • Хороший контроль интреференции (CCI/ACI)
Крім правильної фізичної розстановки точок, в кожному конкретному випадку потрібно виконати ще ряд заходів, спрямованих на оцінку покриття і вибір відповідних рішень, як то – вибір, правильне розміщення і правильна орієнтація антен, ретельна оцінка бюджетів радиолинков (враховує потужності випромінювань, посилення антен, поглинання радіовипромінювання навколишнім середовищем). Це дуже важливо, тому що якщо спочатку неправильно розрахувати покриття або не вважати його зовсім і/або неправильно розставити обладнання, то ніякими маніпуляціями потім ситуацію не виправиш і мережа буде працювати погано.

У результаті повинна вийти приблизно ось така карта покриття:


Малюнок 6. Радіопокриття стадіону

Після того, як всі розрахунки зроблені і перевірені, можна приступати до розстановці обладнання та побудови мережі.

Продовження слід.
Джерело: Хабрахабр

0 коментарів

Тільки зареєстровані та авторизовані користувачі можуть залишати коментарі.