WiFi высокой плотности

WiFi на таких объектах, как концертная площадка или зал является одним из самых сложных для развертывания беспроводной сети. В чем заключается особенность подобных проектов, и почему именно они вызывают самое большое количество трудностей у вендоров беспроводного оборудования? Давайте попробуем немного разобраться в сути проблем.

Дело в том, что подобные проекты относятся к так называемым WiFi сетям высокой плотности. Отличие от WiFi в офисе здесь, прямо скажем кардинальное. Если для того чтобы развернуть беспроводную сеть в офисе достаточно, зачастую, даже беспроводных точек доступа начального уровня, и иногда даже обычных качественных роутеров SOHO класса, то в случае WiFi высокой плотности необходимы сверхпроизводительные устройства, способные работать в условиях, когда десятки абонентов расположены вплотную друг к другу. Притом общее их число исчисляется сотнями, а иногда даже тысячами на одну WiFi точку доступа.

Для того, чтобы обеспечить достаточную пропускную способность каждому из абонентов, в подобных условиях необходимо использование всех самых современных технологий. Без этого ни о каком уверенном соединении с сетью абонентов говорить даже не приходится.

При организации WiFi высокой плотности можно выделить следующие ключевые технологии, которые совершенно необходимы к использованию. А именно:

• Поддержка Beamforming
• Поддержка MU-MIMO
• Возможность работы в 2.4\5 ггц
• Наличие секторных антенн (опционально)
• Поддержка Централизованной балансировки нагрузки
• Достаточная производительность процессора

Итак, разберемся в каждой из перечисленных технологий чуть подробнее.

Beamforming. Военные технологии в деле

Начнем с Beamforming. Эффект заключается в управлении эффектом волновой интерференции с целью создания в зонах нахождения абонентов «всплесков» радиосигнала, когда за счет совпадения пиков радиоволн, излучаемых несколькими антеннами усиливается интенсивность радиосигнала. Данная технология пришла в беспроводную связь из оборонной промышленности, и ранее использовалась в радарах, с так называемой «фазированной антенной решеткой».

Только если в WiFi с технологией Beamforming и антенн несколько, в радарных версиях излучающих элементов были сотни. Пользу технологии в условиях WiFi высокой плотности понять несложно, достаточно представить какой хаос из переотражений сигнала будет, в случае когда вы работаете (особенно в закрытом помещении) сразу с сотней абонентов, передающих базовой станции свои данные. Beamforming хотя бы в небольшой степени позволяет это явление нивелировать.

Кстати, в интернете часто называют Beamforming «формированием луча» - это в данном случае неверное сравнение, которое, к сожалению достаточно плотно укоренилось в жаргонной лексике. Радиолуч может формироваться только физически, и делается это с помощью направленных антенн с параболическими отражателями (в подавляющем большинстве случаев). А в случае Beamforming имеет место именно управление фазой радиосигнала, с целью получения «конструктивной интерференции в местах нахождения абонентов.

MU-MIMO – Боремся с «медленным клиентом»

MU-MIMO – технология, позволяющая вести трансляцию данных сразу нескольким абонентам. Дело в том, что ранее, в ревизиях стандарта WiFi нередко возникала так называемая проблема «медленного клиента» Ее причины заключались в том, что в схеме SU-MIMO обмен данными ведется только с одним устройством. И скорость здесь зависит напрямую от возможностей абонентского гаджета.

Пусть наша точка доступа способна передавать данные со скорость 500 мбит/Сек + или более, но если к ней подключился абонент с поддержкой исключительно 802.11 n и режима SISO, в диапазоне 5 ггц, точка доступа будет работать с реальной скоростью менее 150 мбит.\сек. И это еще теоретический максимум – а у нас ведь WiFi высокой плотности, с огромным количеством помех, и абонент – маломощный карманный гаджет со слабым радиомодулем. Тут все становится вообще печально – дай бог реальные показатели в 50 мбит/Сек.

И в итоге беспроводная точка доступа работает на скорости… 30-50 мбит/Сек!

Данная проблема начала частично решатся в ревизии стандарта WiF 802.11 AC Wave 2 с поддержкой Поддержка MU-MIMO. В рамках данной технологии возможна нисходящая передача данных до 4 независимых потоков в сторону абонентов. Те одновременно передаются данные по запросам 4 абонентов.

Кардинальным решением проблемы является схема OFDMA - множественного доступа с ортогональным частотным разделением каналов, который применен в новом стандарте WiFi 6 (802.11 ax), и позволяет организовывать уже полноценную мультипликацию каналов, как в нисходящем, так и восходящем направлении. Один канал здесь разделяется на подканалы, число которых кратно 26. Однако, провайдерского оборудования, работающего с WiFi 6 пока что почти нет, да и абоненты нескоро перейдут на поголовное использование данной технологии.

Однако – минимум, необходимый для создания WiFi высокой плотности – это двухдиапазоные точки доступа с поддержкой WiF 802.11 AC Wave 2.

Балансируем нагрузку

К сожалению, как такового роуминга с принудительным управлением со стороны базовой станции в WiFi нет и по сей день. И это большая проблема для WiFi высокой плотности. То есть, решает к какой базовой станции подключаться исключительно абонент. Есть протоколы так называемой «быстрой авторизации» , реализованные в стандартах 802.11k-r. Данный стандарт позволяет обеспечить незаметное и быстрое переключение абонентов между базовыми станциями давая клиенту «список» из ближайших точек доступа в специальном пакете\флаге, который добавляется к основным авторизационным данным.

Но балансировать нагрузку это не помогает. В централизованных контроллерах типо UniFi, есть возможность управлять мощностью точки доступа, а так же каналами, на которых она работает. Так же, возможно принудительное отключение абонентов. По сути, это набор костылей, который в полной мере не заменит роуминг, НО – в сумме с другими технологиями это помогает улучшить общую картину при работе в WiFi высокой плотности.

Антенны. Бьем зону действия на сектора физически.

Здесь все достаточно просто. Особенно эффективно использование секторных антенн, когда концертная площадка открытая и не имеет стен, от которых радиосигнал будет отражаться. Секторные антенны позволяют делить обслуживаемые участки площади между беспроводными точками доступа на сектора, что является одним из самых простых и действенных способов балансировки нагрузки. Здесь все происходит на физическом уровне.

Радиосигнал имеет форму широкого луча, который захватывает определенное пространство. Притом, деление достаточно точное (при использовании хороших антенн), в двух метрах сигнал от одной точки доступа слабеет в разы, а другой, напротив, в аналогичных значениях увеличивается, заставляя абонента выбирать именно ту точку доступа, которая предусмотрена по проекту.

Производительность «железа»

Здесь все достаточно просто и сложно одновременно. Для обеспечения обмена трафиком с сотнями абонентов необходим достаточно мощный процессор, и качественный WiFi чип. У крупных производителей, подобным Ubiquiti проблем с качеством пайки и изготовления печатных плат обычно не возникает, как это бывает у китайского «No Name» Единственное что встречается – перегрев оборудования, так как обеспечить достаточную компактность и одновременно хорошую вентиляцию выходит не всегда. Впрочем, данная проблема также не носит массового характера, по крайне мере у Ubiquiti.

В завершение - Количество и качество.

Что мы имеем в итоге? Каждая из перечисленных выше технологи, сама по себе не способна внести решающий вклад в качество WiFi высокой плотности. Однако, их применение в сумме оказывает аккумулирующий эффект, который кардинально улучшает пропускную способность WiFi сети.

Здесь мы имеем дело с классическим переходом количества в качество, когда множество процессов, совпадая по своим векторам воздействия в итоге приводят к принципиальным изменениям, благодаря взаимному усиливающему эффекту.

Таким образом, можно констатировать, что применение указанных технологий совершенно необходимо для организации современных WiFi сетей высокой плотности, и самое главное, их применение должно быть совместным и системным. Притом, нужные модели оборудования это лишь половина дела, не менее важная его часть – правильное составление проекта WiFi сети высокой плотности, и конфигурирование зон охвата, на что следует обратить особо пристальное внимание.

Источник: https://ubnt.su