Внедрение БЛВС в

проектах с высокой

плотностью

расположения клиентов.

Харитонов Андрей

Бизнес-консультант по беспроводным технологиям

• Введение – формулировка проблемы

• Основные критерии и концепции проекта

Основы радиосвязи в средах с плотным расположением

оборудования

• Доступные элементы проекта

Протоколы и возможности беспроводной связи

Функции - RRM, ClientLink, BandSelect. Подбор антенн,

точки доступа

• Практическое применение

Рассматриваемые вопросы

• О планировании радисети с микросотовой и и

пикосотовой архитектурой

• О практических рекомендациях по расчету емкости

сети и рекомендациях по выбору оборудования

• О функционале беспроводного оборудования,

который может пригодится при разворачивании

высокопроизводительной беспроводной сети

О чем эта презентация?

- Не знаешь, как закончился вчера

футбольный матч?

- А разве ты не был на футболе?

- Я был. Но первый тайм простоял

в очереди за пивом, а второй - за

сосисками.

Так в чем же проблема?

Wi-Fi Rocks at Super Bowl XLVСтадион Cowboys (Dallas)

• Св. 100 000 футбольных болельшиков,

размер св. 300 000 m2

• Внедрение точек доступа внутри и вне помещений

• Св. 50 000 мобильных клиентов с автоматической аутентификацией

присутствовало на стадионе

• Св. 6 200 / 15 000 уникальных клиентов одновременно подключалось в ЧНН

CUWNCisco

Unified

Wireless

Network

Услуги для Болельщиков

Услуги для Стадиона Услуги для Журналистов

Информация о стадионе.

Результаты сыграных матчей на стадионе (история).

Видео-трансляция матча или повтор интересных моментов

с разных камер на смартфоны болельщиков во время Действия.

Определение местоположения на стадионе и направление.

Еда на стадионе.

Туалеты на стадионе.

Входы-Выходы. Парковка.

Доступ в Интернет.

- Тикетинг

(поддержка продажи и контроля билетов):

кассовые терминалы, POS-терминалы и т.п.

- Wi-Fi доступ к внутренним службам

для персонала

- Голосовая связь поверх Wi-Fi

- Видеосвязь поверх Wi-Fi

- Доступ в Интернет

с различных устройств

(обычно это лаптопы и iPad-ы)

- Услуги из списка для Болельщиков

В чем преимущество Wi-Fi

ZLR

GGPP

доп

прмпрдпрд

прм)4( 2

2

- первый закон радиосвязи

)1(log2N

SFС - теорема Шеннона

В чем преимущество Wi-Fi

• 802.11, как и Ethernet 802.3, использует общую среду – ЭФИР не

коммутируется!

• Совокупная пропускная способность – это общая пропускная

способность, совместно используемая всеми пользователями в соте

• Чем больше сота, тем больше в ней пользователей

Для повышения пропускной способности на одного пользователя необходимо

уменьшать размер сот и устанавливать на данной площади больше точек

доступа.

• Сколько пользователей должно приходиться на одну точку доступа?

Какова совокупная пропускная способность точки доступа?

Какую среднюю пропускную способность на одного пользователя требуется

обеспечить?

Пропускная способность: совокупная и

на одного пользователя

Технология Скорость передачи данных (Мбит/с)

Совокупная

пропускная

способность

(Мбит/с)

Количество

пользователей

(пример)

Средняя

пропускная

способность на

одного

пользователя

802.11b 11 7.2 10 720 кбит/с

802.11b 11 7.2 20 360 кбит/с

802.11b 11 7.2 30 240 кбит/с

802.11b/g 54 13 10 1,3 Мбит/с

802.11b/g 54 13 20 650 кбит/с

802.11b/g 54 13 30 430 кбит/с

802.11a 54 25 10 2,5 Мбит/с

802.11a 54 25 20 1,25 Мбит/с

802.11a 54 25 30 833 кбит/с

802.11n MCS7 72 (GI 400 нс) 35 10 3,5 Мбит/с

802.11n MCS7 72 (GI 400 нс) 35 20 1,75 Мбит/с

802.11n MCS7 72 (GI 400 нс) 35 30 1,16 Мбит/с

Примеры пропускной способности на

одного пользователя

Каково соотношение числа клиентов с поддержкой HT20 и с устаревшим оборудованием?

Лишь в немногих случаях можно задать и поддерживать фиксированное соотношение

Использование 30 клиентов в ячейке

Различие пропускной способности в случаях, когда все клиенты поддерживают MCS15, и когда все клиенты типа 802.11a/g, составляет

480%

При соотношении 50/50 прирост пропускной

способности составляет 400%по отношению к показателю для устаревшего оборудования

При снижении соотношения до 25% клиентов MCS15 прирост составляет 300%

10 20 30 40 50 60 700

2

4

6

8

10

12

14

Количество клиентов

Пропус

кная с

пособ

ность

на к

лиент,

Мб

ит/

с

Пропускная способность для комбинации клиентов 11a и 11n, с RTS-CTS

100% 11n

75% 11n

50% 11n

25% 11n

100% 11a

Что дают скорости передачи HT20?

Вероятно, вы не будете поддерживать только одно приложение

Определите наивысшую требуемую пропускную способность, которую вы намерены поддерживать

В действительности здесь нужно знать минимальную приемлемую пропускную способность, которую требует приложение

Рекомендуется измерить ее самостоятельно на нескольких платформах. Даже если цифры производителя/поставщика хороши, лучший принцип – "доверяй, но проверяй".

Умножьте это число на количество соединений/мест, которые необходимо поддерживать

Это – совокупная пропускная способность, которая потребуется в вашем пространстве

Какова необходимая пропускная способность?Часто меньше, чем вы думаете

Приложение и сценарий

использования

Интернет - эпизодически 500 кбит/с

Интернет - систематически 1 Мбит/с

Аудио - эпизодически 100 кбит/с

Аудио - систематически 1 Мбит/с

Видео - эпизодически 1 Мбит/с

Видео - систематически 2-4 Мбит/с

Печать 1 Мбит/с

Онлайн-тестирование 2-4 Мбит/с

Резервное копирование 10-50 Мбит/с

Совместный доступ к файлам -

эпизодически1 Мбит/с

2-8 Мбит/сСовместный доступ к файлам -

систематически

Номинальная

пропускная

способность

• Если приложение требует 3 Мбит/с, то можно получить 2 места с

оборудованием 802.11b или 4 рабочих места с комбинацией b/g

• 6 - 7 мест только на канале 802.11g – или 802.11a

• Предполагается, что канал работает с пиковой эффективностью

* Два пространственных потока. Следует иметь в виду, что большинство PDA

– устройства SISO (MCS 7), макс. 35 Мбит/с

Протокол Пропускная способность (Мбит/с)

802.11b 7.2

802.11b/g (смеш.) 13

802.11g 25

802.11a 25

802.11n (HT20 1ss MCS7) 35

802.11n (HT20 2ss MCS15) 70*

Пропускная способность канала в

зависимости от протокола

• 3 неперекрывающихся канала на частоте 2,4 ГГц

Это 1 (один) интерфейс Fast Ethernet 100 Мбит/с!

• 4 неперекрывающихся канала на частоте 5 ГГц

• Точки доступа 802.11n дают массу преимуществ

для устаревших клиентов a/g

• В целом – клиенты 802.11n следует рассматривать

как "бонус" и НЕ ПОЛОГАТЬСЯ на них, если нет

уверенности в их наличии или если внедрение для

смешанного типа клиентов

• Диапазон 5 ГГц будет критически важен для

поддержки высокой плотности

Необходимо иметь в виду

Протокол

Тип аутентификации

Предполагаемая доля

ошибочных пакетов 10%

СкоростьТреб. соотн.

сигнал/шум

Чувствит. точки

доступа

1 0 -91

2 3 -91

5.5 6 -91

6 2 -87

11 9 -88

12 6 -86

24 11 -85

36 13 -85

48 17 -78

54 19 -77

Степень загрузки канала – общее количество всех радиоустройств в канале,

которые слышны на уровне выше -85 дБм. Это относится и к клиентам.

Размер соты в зависимости от

протокола/скорости

• Вопрос: сколько каналов можно организовать в помещении?

• Внутриканальные и межканальные помехи от радиомодулей

клиентов будут единственным большим препятствием.

ПОЧЕМУ?

Индекс MCS 1/2/3

пространственных потока

Модуляция Минимальная

чувствительность 20 МГц

Треб. соотн.

сигнал/шум (дБ)

0/8/16 BPSK 1/2 -82 1/4/7

1/9/17 QPSK 1/2 -79 4/7/10

2/10/18 QPSK 3/4 -77 6.5/9.5/12.5

3/11/19 16 QAM 1/2 -74 9.75/12.75/15

4/12/20 16 QAM 3/4 -70 13/16/19

5/13/21 64 QAM 2/3 -66 17.25/20.75/23.75

6/14/22 (802.11a/g) 64 QAM 3/4 -65 18.75/21.75/24.75

7/15/23 64 QAM 5/6 -64 19.75/22.75/25.75

*Предполагаемая доля ошибочных пакетов 10%

Многократное использование канала

9 м

9 м81 м2

• Общая загруженность – 32 пользователя

• 81 м2 /32 (польз.) = 1 пользователь на каждые 2,5 м2

«Типовой» план зоны на предприятии

• Следует отличать "нормальные" условия от этих допущений

• Сидя в кресле в театре, положите руку на спинку стоящего впереди кресла. Это около 91,5 см

• Средняя ширина места – 61 см

• Допустим, 1 x 1 м, или 1 м2

• На месте пользователя - это 1

устройство на 1 м2

"Современная норма" – это более 1 устройства/Mac на

пользователя

Высокая плотность клиентов

• В основе 802.11 – CSMA/CA, механизм предотвращения коллизий

• CCA (оценка состояния канала) – компонент механизма

предотвращения коллизий, прослушивающий канал перед

передачей

• В радиомодулях 802.11n функция CCA обычно привязана к полям

Preamble/Start пакета

• Радиомодули стали лучше (в основном)

• Для 802.11b/g/a CCA = -65 дБм и SOP = -85 дБм

• Если слышимость выше этих уровней – полоса частот

используется совместно

Что такое CCA и SOP?

• Виртуальный контроль несущей (NAV) – также влияет на

пропускную способность

• Уровни обнаружения для 802.11b, 802.11g/802.11a различны

• Функции CCA, CW и NAV используются совместно для

предотвращения коллизий пакетов в эфире на беспроводном

интерфейсе и определяют степень загрузки канала

Конфликты 802.11

• Дальность, в противоположность скорости передачи, – это тот

показатель, который мы стремимся увеличить до максимума при

определении покрытия

• В проектах с высокой плотностью устройств фактически стоит

обратная задача: свести к минимуму распространение сигнала вне

ячейки

• Уменьшение размеров ячейки до минимума определяется

возможностью ограничить распространение. Существуют 3

способа достичь этого:

1. Ограничение поддерживаемых скоростей передачи

2. Управление мощностью радиомодулей (точки доступа и клиента)

3. Использование антенн подходящего типа для формирования

размеров ячейки как для передачи, так и для приема, и локализации

ячейки

• В случае правильного применения это приведет к максимальному

увеличению многократного использования канала в малом

пространстве

Эффективность канала

Насколько важен выбор протокола 802.11 b/g/a/n и рабочего цикла? Почему?

Эфир – это конечный ресурс общего пользования

CCK DSSS OFDM

Время

(мкс)

Мбит/с

Размер кадра (байт)

64 байта

128 байтов

256 байтов

512 байтов

1024 байта

2048 байтов

Для каждого SSID нужен отдельный Beacon-кадр

Каждый SSID будет передаваться на минимальной обязательной скорости передачи

Отключено - недоступно клиенту

Поддерживается - доступно ассоциированному клиенту

Обязательно - для ассоциирования клиент должен поддерживать эту скорость

Важен каждый SSID!

Скорости передачи данных**

Что если добавить еще 3 точки доступа в эту зону покрытия?

*11/7 Мбит/с

*11/7 Мбит/с

*11/7 Мбит/с

Общая предлагаемая

пропускная способность =

21 Мбит/с

* Скорость передачи данных/Пропускная способность

Масштабируемость 802.11b

А если 11n? 9 связанных каналов

*54/25 Мбит/с

*54/25 Мбит/с

*54/25 Мбит/с

Общая предлагаемая

емкость =

500 Мбит/с!

*54/25 Мбит/с

*54/25 Мбит/с

*54/25 Мбит/с

*54/25 Мбит/с

*54/25 Мбит/с

*54/25 Мбит/с

* Скорость передачи

данных/Пропускная способность

20 каналов x 25 Мбит/с

Масштабируемость 802.11a - 21 внутренний

канал в диапазоне 5 ГГц (США)

• Совокупная емкость - это пропускная способность, умноженная

на количество доступных неперекрывающихся каналов

802.11b и 802.11g работают в одном и том же диапазоне и

используют три одинаковых канала

Любое увеличение емкости 802.11g достигается только за счет

пропускной способности

• 802.11a в настоящее время предусматривает от 4 до 21 каналов

(в большинстве регионов)

Хотя показатели пропускной способности могут быть аналогичны

802.11g, это не относится ни к числу каналов, ни к емкости

• Теоретически точки доступа с неперекрывающимися каналами

могут быть расположены вместе, чтобы обеспечить всю

доступную емкость в единой зоне покрытия

Иными словами, это определяет суммарную пропускную способность

во всей сети или на всем объекте

Емкость

52.4

Оптимизация использования эфира за счет вывода клиентов с поддержкой 5 ГГц с перегруженных каналов 2,4 ГГц

802.11n

Двухдиапазонный радиомодуль

клиента

2,4/5 ГГц

Пробные сигналы обнаружения

Поиск точек доступа

Обнаружение

ОтветРешение

Функция BandSelect переводит клиенты в режим 5 ГГц

для оптимизации использования эфира

Эффективное использование более высокой емкости

диапазона 5 ГГц

Высвобождение диапазона 2,4 ГГц для

однодиапазонных клиентов

Проблема

Двухдиапазонные клиенты постоянно поддерживают

соединение в диапазоне 2,4 ГГц

В диапазоне 2,4 ГГц могут быть клиенты 802.11b/g,

вызывающие конфликты

Диапазон 2,4 ГГц предрасположен к помехам

BandSelectВыбор диапазона 5 ГГц с поддержкой со стороны точек доступа

BandSelectИндивидуальная настройка для каждого SSID

BandSelectНастраиваемые параметры конфигурации

Повышение производительности для

любого типа клиентов

ClientLink 2.0 поддерживает клиентов 802.11n

Улучшения в части 4 приемопередатчиков

Увеличение уровня сигнала

Вне зависимости от вашего местоположения

802.11a/g/n Clients

1S

S

1S

S

2S

S

3S

S

802.11n

802.11a/g

Legacy

• Настраиваемая пороговая величина для включения функции

распределения нагрузки - количество клиентов

• Кадры отказа ассоциации (код 17) отправляются клиентам,

которые пытаются ассоциироваться с загруженными точками

доступа

• Если клиент не присоединяется к другой точке доступа,

"загруженная" точка доступа позволит клиенту

ассоциироваться после нескольких попыток (по умолчанию 3)

• Настройка осуществляется на глобальном уровне отдельно

для каждого контроллера

Она может быть отменена для конкретных беспроводных

локальных сетей

Распределение нагрузкиРеализация

• Следует исключить самые низкие поддерживаемые скорости

передачи

Согласованность между клиентами в том, когда переходить на

другую скорость передачи и на какой период, отсутствует. Следует

отключить поддержку этой функции на точке доступа.

• При возможности следует исключить сразу все режимы 802.11b

Исключение всех скоростей передачи 802.11b устраняет

необходимость в защитных механизмах 802.11g (CTS-to-self) и

значительно повышает эффективность

• Beacon-кадры передаются на минимальной для точки доступа

"обязательной" скорости

• Beacon-кадры отправляются для каждого поддерживаемого SSID

Эффективность диапазона 2,4 ГГц

• Поведение Apple IOS

4.0 и предыдущие версии:

Произвольные (ad hoc) beacon-кадры отправляются каждые 10 миллисекунд.

Устройство автоматически присоединяется к произвольной (ad hoc) сети, если: 1)

пользователь выбрал произвольную сеть; 2) сигнал мощнее, чем у инфраструктурной

точки доступа.

4.1 (выпущена в сентябре):

Произвольные (ad hoc) beacon-кадры отправляются каждые 100 миллисекунд (некоторое

улучшение).

В произвольных сетях имеется параметр настройки "автоприсоединение", который по

умолчанию предполагается выключенным.

Однако существуют проблемы обновления с 4.0 до 4.1 (автоприсоединение обычно

по умолчанию включено).

Поэтому улучшение практически бесполезно.

4.2 : Для произвольных (ad hoc) сетей автоматическое присоединение всегда запрещено.

Это должно наконец устранить проблему, если исправление будет реализовано на

достаточном количестве устройств.

4.3: WI-FI Direct! Или нет?

34

Проблемы

Антенны Cisco 1040, 1140, 3500i

Диаграмма направленности вазимутальной плоскостиантенны 4 дБи (2,4 ГГц)

Диаграмма направленности вазимутальной плоскостиантенны 3 дБи (5 ГГц)

Диаграмма направленности ввертикальной плоскостиантенны 4 дБи (2.4 ГГц)

Диаграмма направленности ввертикальной плоскостиантенны 3 дБи (5 ГГц)

Диапазон частот

Коэффициент усиления

Поляризация

Ширина ДН в азимутальной плоскости по уровню 3 дБ

Ширина ДН в вертикальной плоскости по уровню 3 дБ

Разъем антенны

Элемент крепления

Тип антенны

• 2,4-2,5 ГГц

• 5,15-5,85 ГГц

• 2,4 ГГц: 4 дБи

• 5 ГГц: 3 дБи

Линейная, вертикальная

Всенаправленная

2,4 ГГц = 120 град., 5 ГГц = 120 град.

Встроенный

Встроенный

Всенаправленная

Код продукта Описание (гориз./верт. плоскость)

Коэффициент усиления

AIR-ANT2460NP-R Направленная патч-антенна MIMO 2,4 ГГц 80°/75° 6 дБи

AIR-ANT5160NP-R Направленная патч-антенна MIMO 5 ГГц 65°/65° 6 дБи

AIR-ANT2410Y-RОдноэлементная антенна Yagi, 2,4 ГГц 55°/47° (1

элемент, требуется 3)10 дБи

AIR-ANT25137NP-R Двухдиапазонная направленная патч-антенна MIMO 2,4

ГГц 36°/36° 5 ГГц 55°/48°13/7 дБи

Дополнительные направленные антенны

12603500e/p1250

Диполь Всенаправленная

Патч-антенна

(микрополосковая)Yagi

• Выбор антенн

критически важен для

достижения

требуемого покрытия

Диаграммы направленности излучения

антенн

Cable A Cable B Cable C

Специализированная антенна для ТД 3500P

2,4 ГГц

Cable A Cable B Cable C

5 ГГц

• Инструменты для обследования и измерений – все равноценны в одном выпуске

• Зачем использовать внешние USB-адаптеры?

Даже если в ноутбуке имеется такой же адаптер, конфигурации антенн будут отличаться в разных моделях, а иногда и в одной модели

Следует использовать одинаковые драйверы

Лицензируйте адаптер, пользуйтесь одним и тем же инструментом и получайте согласующиеся результаты

Проверьте интеграцию AM Surveyor и системы WCS

• Fluke AirCheck – потрясающе

Профили позволяют проводить калибровку для различной чувствительности приемника

Возможность нескольких быстрых проверок

Портативность –

• Spectrum Expert – калибровка – используйте режим измерения RSSI

Также отлично подходит для поиска скрытых мест

Инструменты

Разделите зону покрытия на ячейки для поддержки приложения и предполагаемого числа его пользователей

Используйте точки доступа с направленными антеннами для формирования ячеек сети WLAN в зонах посадочных мест

Используйте крепление с регулируемым наклоном для управления шириной радиолуча в вертикальной плоскости

Предусмотрите поддержку устройств 2,4 ГГц и 5 ГГц

Если используются двухдиапазонные точки доступа, проверьте, требуются ли для их питания коммутаторы с поддержкой PoE+

Примечание. Места физического крепления точек доступа на стадионе также влияют на емкость системы

Большое спортивное сооружение с высокой

плотностью зрителей (20 тыс. мест и более)

• 322 места

(красный)

• 480 мест (синий)

• По одной точке

доступа на

секциюДеление зоны покрытия зависит от возможных мест крепления точек доступа и антенн

Пример: одноуровневая система

• 1020 мест

• 96 в глубину

• 47 в ширину

Секции зрительских мест в нижней части амфитеатра обслуживаются другой точкой доступа

Пример: двухуровневая радиосистема

В перекрывающихся ячейках должны использоваться неперекрывающиеся каналы (показано использование 3 неперекрывающихся каналов в диапазоне 2,4 ГГц)

Для автоматического управления каналами и мощностью точек доступа используйте систему управления радиоресурсами (RRM)

При использовании точек доступа с направленными антеннами деление зоны зрительских мест зависит от того, где точки доступа могут быть установлены и куда могут быть направлены

План соты радиосети на зрительских

местах стадиона

Помни: пользуйся услугами технического консалтинга (AS). Иначе....

Если заказчиком является стадион

... результат будет печален....

• Использовать RRM? ДА!

• DCA будет поддерживать план каналов при изменении уровней

помех – это хорошее решение

• Порог TPC для регулирования уровней мощности и снижения их

до минимума

Для диапазона 5 ГГц устанавливайте более высокий порог

Для 2,4 ГГц - более низкий

• Минимизируйте размеры ячейки путем запрета низких скоростей

передачи

• Поддерживайте 20%-е перекрытие ячеек

Настоятельно рекомендуются версии ПО 6.0 и выше

Управление получившейся радиосетью

Мужчины забывают все, в то же

время женщины ничего не

забывают. Именно поэтому при

трансляции спортивных

состязаний часто показывают

повторы.

Трансляция контента на беспроводное

устройство в РРВ

• Руководство Cisco по проектированию и развертыванию сети

802.11n

http://www.cisco.com/en/US/solutions/collateral/ns340/ns394/ns348/ns767/white_

paper_80211n_design_and_deployment_guidelines.html

• Официальный документ по ClientLink:

http://www.cisco.com/en/US/prod/collateral/wireless/ps5678/ps10092/white_paper

_c11-516389.html

• Отчет Miercom по ClientLink:

http://www.cisco.com/en/US/solutions/collateral/ns340/ns394/ns348/ns767/Mierco

m_Test_Report_Cisco_ClientLink.pdf

Дополнительные сведения

Основные практические выводы из этой

презентации:–Управление размерами ячеек и локализация - ключ к повышению

совокупной пропускной способности

–Многократное использование каналов 2,4 ГГц: при площади менее 10

тыс. кв. футов происходит совместное использование каналов.

Направленные антенны и тщательное проектирование помогут повысить

интенсивность использования каналов. Каждое место обладает своими

особенностями

–Минимальная поддерживаемая скорость – 24 Мбит/с

–Инструменты и умение ими пользоваться

–Если заказчиком является стадион, необходимо привлекать службу

технического консалтинга

Основные практические выводы

Спасибо!Просим Вас заполнить анкеты.Ваше мнение очень важно для нас!