Флавьен Ришар – Technical Solutions Architect Виктор Платов – Технический консультант

Основы радиоподсистемы беспроводных сетей Wi-Fi. Планирование радиопокрытия для скоростей 802.11n/ac

О чем пойдет речь

•  Мы поговорим о незаслуженно забытой части БЛВС – радиоподсистеме. В наше время ей уделяется все меньше и меньше внимания.

•  В рамках данной сессии вы узнаете об основах 802.11, основных типах применяемых антенн и их отличиях, рекомендуемых местах и способах их монтажа.

•  Данные рекомендации применимы практически ко всем типам объектов – офисам, торговым и выставочным центрам, складам, образовательным учреждениям и т.д.

2

Содержание

3

•  Базовые характеристики антенн: однодиапазонные, двухдиапазонные, MIMO антенны

•  Анализ диаграмм направленности антенн •  Описание механизмов динамического управления зоной покрытия

Beamforming и Cisco ClientLink •  Базовое описание стандартов 802.11n и 802.11ac, включая MIMO,

MU-MIMO, объединение каналов, многолучевое распространение, пространственные потоки и т.д.

•  Наиболее часто встречающиеся проблемы и ошибки развертывания БЛВС

Антенны и их характеристики

4

Для надежной радиосвязи требуется подходящая антенна

5

Антенны легко отличить по цвету: Синий значит 5ГГц Черный значит 2.4ГГц Оранжевый значит Оба

С возрастанием частоты излучающий элемент становится меньше

Антенны проектируются под конкретный частотный диапазон, на котором они будут работать. Некоторые антенны содержат два излучающих элемента (2,4 и 5Ггц) в одном корпусе, позволяющие им работать в двух частотных диапазонах одновременно.

Всенаправленная антенна с низким КУ излучает примерно как лампа накаливания – во все стороны одинаково

Направленные антенны типа этой “Patch” (панельной) антенны излучают в одном направлении по аналогии с лучом света от лампы накаливания, если к одной из ее сторон поднести отражающую свет фольгу. Замечание: направленная антенна не усиливает сигнал, она лишь фокусирует всю его энергию в одном направлении, что позволяет реализовывать бОльшие дальности

Базовые характеристики антенн

Антенна – устройство, предназначенное для приема и передачи радиосигналов. Антенны проектируются для работы в конкретном диапазоне частот Некоторые антенны могут содержать несколько излучающих элементов (пример двухдиапазонные антенны) Коэффициент усиления (направленности) антенны измеряется в dBd или dBi

§  КУ может измеряться в децибелах по отношению к идеальной дипольной антенне. В этом случае единица измерения называется dBd («d» от слова dipole)

§  КУ может измеряться в децибелах по отношению к характеристикам идеальной антенны. В этом случае единица измерения называется dBi («i» от isotropic dipole, который является моделью «идеальной» всенаправленной антенны)

Обычно КУ Wi-Fi антенн измеряется в dBi.

§  dBi обычно больше dBd (маркетингу это нравится) §  Традиционные области радиосвязи больше используют dBd. §  Чтобы перевести dBd в dBi нужно просто добавить 2.14. Т.е. 3 dBd = 5.14 dBi

6

Как излучает всенаправленная дипольная антенна?

7

The radio signal leaves the center wire using the ground wire (shield) as a counterpoise to radiate in a 360 degree pattern

Low gain Omni radiates much like a light bulb “360” degrees

Dipole

A dipole does not require a ground plane as the bottom half is the ground

Monopole

A Monopole requires a ground plane – (conductive surface)

808 Ft Broadcast Monopole WSM 650 AM (erected in 1932)

Antenna Theory (Dipole & Monopole)

8

МыпредлагаеммонополиисключительноизэстетическихсоображенийМонополи меньше диполей, но требуют металлической поверхности для нормальной работы

Немного об антеннах (Диполь и Монополь)

9

Как излучает направленная антенна?

10

Хотя направленная антенна не генерирует доп. энергию, она фокусирует излучаемый сигнал в определенном направлении, позволяя добиваться устойчивой работы на больших расстояниях и/или больших скоростях.

Направленная антенна работает одинаково как на передачу, так и на прием, отфильтровывая помехи, пришедшие с других направлений.

Диполь, называемый “активным вибратором” помещается между «рефлектором» и несколькими «директорами». За счет эффекта «бегущей волны» сигнал фокусируется по оси антенны. (вид изнутри Cisco AIR-ANT1949 - 13.5 dBi Yagi)

Панельная антенна: что внутри?

11

9.5 dBi панельная антенна AIR-ANT5195-R

Панельная антенна состоит из нескольких излучателей. Иногда для повышения направленности используется отражающая проводящая пластина.

Панельные и Yagi антенны направляют излучение в определенном направлении (как отражатель фонарика)

Как отличить антенны по цвету

12

Цветовая кодировка Cisco антенн: Черный: 2.4ГГц Синий: 5ГГц Оранжевый: 2.4 и 5ГГц Используются на ТД серий 1600,1700,1800, 2600, 2700, 3600 и 3700

Все антенны и ВЧ кабели Cisco имеют цветовую маркировку – черный цвет или его отсутствие означают 2.4ГГц

Для справки

Принципы наименования антенн

13

Для справки

Для справки

Наиболее используемые 802.11n антенны Используемые с ТД первого поколения (1262e и 3502e)

14

Это – однодиапазонные антенны, предназначенные для использования с ТД, имеющими раздельные разъемы для 2,4 и 5ГГц Замечание: не используйте с этими ТД антенны, помеченные оранжевым цветом

Для справки Самые популярные 802.11n/ас антенны Внутриофисные ТД(1600, 1800, 2600, 2700, 3600 3700 “e”)

15

Двухдиапазонные антенны помечены оранжевой меткой *при использовании ТД 1600 просто не подключайте (4ый разъем)

Эти антенны являются двухдиапазонными

Диаграммы направленности антенн

16

Все наши антенны и ТД разрабатываются в г. Ричфилд (Огайо)

17

Для измерений характеристики антенн используется ПО Satimo вместе с датчиками Stargate-64. Измерительная аппаратура Agilent 8753ES.

В безэховой камере Cisco используются 45 см поглотители (работают в диапазоне 1-6ГГц)

Диполь с низким КУ излучает почти как лампа накаливания

Диаграммы направленности (antenna patterns) Всенаправленная дипольная антенна

18

Панельная антенна с низким КУ

Диаграммы направленности (antenna patterns) Направленная антенна типа Patch (панельная)

19

Четырехэлементная Patch антенна с высоким КУ

Диаграммы направленности (antenna patterns) Направленная антенна типа Patch (панельная) с высоким КУ

20

Узкая ДН в вертикальной плоскости из-за высокого КУ в 14 dBi

AIR-ANT2414S-R 14 dBi Sector 2.4ГГц

Диаграммы направленности (antenna patterns) Секторная антенна (направленная антенна с высоким КУ)

21

Многолучевое распространение и BeamForming

22

Исходный радиосигнал приходит к приемнику в виде нескольких копий, вызванных отражением от проводящих поверхностей (пол, стены, потолок) Это приводит к явлениям , названным “constructive” или “destructive” interference

Замечание: Технологии, использующие «Частотные прыжки» вроде Bluetooth более устойчивы к негативным эффектам многолучевого распространения, т.к. они используют сигналы с постоянно изменяющейся длиной волны. К сожалению, на этом их преимущества заканчиваются, т.к. они не могут обеспечить высокую скорость передачи данных.

Что такое многолучевое распространение? Многолучевость может влиять на принимаемый сигнал

23

Т.к. отраженные копии сигнала проходят до приемника разные расстояния, они вносят искажения в сигнал по фазе и амплитуде. Современные схемы модуляции, использующие символьный принцип передачи (OFDM), более устойчивы к переотражениям сигнала, чем модуляция DSSS, используемая 802.11b клиентами

Устройства 802.11n/ас при помощи нескольких приемников могут не только минимизировать негативные последствия многолучевости, но и извлекать из этого эффекта выгоду.

Многолучевое распространение Множественные переотражения вносят искажения в принимаемый сигнал

24

Antenna Diversity (SISO) Технология, использовавшаяся устаревшими ТД 802.11a/b/g

25

У большинства ТД стандартов 802.11a/b/g было по две антенны в каждом рабочем диапазоне, разнесенных на определенное кол-во длин волн. Идея состоит в том, что

одновременно на обеих антеннах не может быть «замирания» сигнала.

ТД Cisco 802.11a/b/g всегда использовали правую (primary antenna port) антенну. И только если сигнал на ней был хуже определенных значений, ТД «слушала» сигнал на левой антенне и использовала ее, если сигнал на ней был лучше. Замечание: Diversity антенны должны «покрывать» одну и ту же ячейку

Mulitiple input multiple output (MIMO) MRC Maximal Ratio Combining (три приемника)

26

К каждой антенне подключен приемник, принимающий сигнал с этой антенны MRC осуществляется в Baseband с использованием технологий цифровой обработки сигналов DSP Несколько антенн и несколько ВЧ цепочек используются одновременно Несколько копий принятого сигнала обрабатываются и складываются в Baseband для увеличения SNR (соотношение сигнал/шум) Это – значительный шаг вперед по сравнению с системами 802.11a/b/g, использовавшими только один приемопередатчик.

3 копии Rx сигнала с трех антенн

Результирующий сигнал

Влияние MRC на принятый сигнал Maximal Ratio Combining

27

Beam-forming позволяет передать сигнал наилучшим образом для данного клиента. Что дает высокий SNR на клиентской стороне (а, значит, большую скорость и меньше повторных передач) Замечание: на рисунке антенны так повернуты в образовательных целях. Никогда их так не ориентируйте на практикеJ

Что такое Client Link Почему важно формировать сигнал отдельно для каждого клиента?

28

Client Link не только помогает «дальним» клиентам, он позволяет передавать информацию клиенту каждый раз на большей скорости для данного расстояния между ТД и клиентом.

Простой пример Beamforming

29

Beamforming: Впервые ClientLink 1.0 появился на ТД AP-1140 для OFDM клиентов и одного ПП

30

ТД AP-1140/1260/3500 имели два радиоинтерфейса, каждый со своими однодиапазонными антеннами. Каждый диапазон (2.4 & 5ГГц) имел независимые полностью изолированные радиоинтерфейсы. Два трансивера (Tx/Rx) на диапазон и по одному дополнительному приемнику. Эти два трансиверы позволяли направлять сигнал в сторону 802.11a/g клиентов - Client Link.

AP1140, 1260 и 3500 могут формировать «луч» в сторону клиентов 802.11a/g. Эта технология получила название Client Link 1.0 и поддерживает до 15 клиентов на радиоинтерфейс Замечание: Client Link 1 & 2 работают в направлении DOWNLINK (от ТД к клиенту) позволяя клиенту легче декодировать пакеты

Второе поколение ТД и ClientLink 2.0 Client Link 2.0 – это ClientLink с возможностью .11n Beamforming

31

ТД серий 2600 & 3600 имеют по четыре трансивера в каждом диапазоне, и все антенны используются для Client Link 2.0 Больше трансиверов, меньше антенн, все 8 радиоинтерфейсов (4 на диапазон) могут как принимать, так и передавать (Tx/Rx)

ТД Cisco серий 2600 и 3600 полностью поддерживают Cisco Client Link 2.0 (beam-forming) для всех клиентов стандартов 802.11a/g/n, в том числе использующих 1, 2 и 3 пространственных потоков

Вывод – CLIENTLINK 2.0 «направляет» сигнал к любому клиенту (кроме 11b), увеличивая скорость и надежность работы БЛВС

ClientLink 3.0 ClientLink 2.0 + EСBF для 802.11ac клиентов

32

Замечание: только ТД могут «направлять» 3-х поточный сигнал, т.к. это требует наличия 4 трансмиттеров – большинство ТД на рынке имеют только три (кроме 11ac wave2) Дополнительное радио используется как для передачи, так и для приема.

Дополнительный радиоинтерфейс “D” используется для создания избыточности при передаче 3ПП сигнала Замечание: стандарт .11n имеет механизмы beam-forming, но ни один клиент их не реализовал. Т.е. 1n TxBF невозможен без ClientLink Client-Link 3.0 работает для всех типов клиентов: 802.11a/b/g/n/ac, работающих с 1, 2 и 3 потоками.

Видео ClientLink 3.0 на YouTube: §  http://www.youtube.com/watch?v=0q_shbSpOIA

Зона покрытия на скорости 256QAM: Cisco в сравнении с другой .11ac ТД

33

•  ClientLink 3.0 помогает клиенту и ТД использовать большую скорость с меньшим процентом повторных передач

•  ТД 11ac Cisco обладают существенным превосходством при передаче пакетов, используя макс. модуляцию 256 QAM

•  Тест: Замерили скорость (модуляцию) между ТД и клиентом MacBook Pro (3ss) в более чем 40 точках на карте.

Cisco AP Heatmap

Competitor AP Heatmap

Отличительные особенности 802.11n

34

Мир до .11n – обзор 802.11a и 802.11b/g

35

•  Единственный приемник и передатчик на диапазон – до 54Мбит/с •  ТД 802.11 a/b/g могли использовать две антенны, подключенные к единственному трансиверу, динамически выбирая лучшую для уменьшения последствий эффекта «замирания» сигнала

•  Т.к. максимальная скорость была ограничена 54Мбит/с, ТД хватало порта 10/100 FastEthernet

MRC - Maximal Ratio Combining Прием и обработка сигнала со стороны клиента

36

ТД 802.11a/b/g использовали один приемник, выбиравший лучшую антенну при получении сигнала от клиента

ТД с функционалом MRC использует все копии сигнала, принятые несколькими приемниками, для улучшения качества его приема и декодирования

MIMO – Пространственное мультиплексирование (одновременная передача нескольких потоков)

37

Смартфоны и планшеты обычно поддерживают только один-два пространственных потока. Это связано как с геометрическими (негде разместить антенны), так и с энергетическими (время жизни батареи при работе нескольких трансиверов) факторами. Ноутбуки обычно подобных ограничений не имеют и поддерживают до 3-х потоков Больше потоков значит больше информации можно отослать в один и тот же момент времени (большая скорость передачи)

“ABCDEF”

=> DBF <=

=> ACE <= MIMO ТД

Передающая сторона: передает больше символов параллельно, (пространственное мультиплексирование). Каждый независимый набор символов называется потоком

Левый аудиоканал “ABC”

Правый аудиоканал “DEF”

Прямая аналогия с FM радиостанциями, вещающими информацию о двух стереоканалах на одном радиоканале. Только в нашем случае таких каналов может быть больше двух

Другие улучшения 802.11n

38

Channel Bonding – объединение нескольких «узких» радиоканалов в один «широкий». (переход от двухполосного к четырехполосному шоссе)

40МГц = двум каналам по 20МГц + еще немного – (увеличение скорости 2x+)

Агрегация пакетов– увеличение утилизации радиоканала за счет снижения накладных расходов

Channel Bonding – поднесущие

39

При использовании 40МГц канала мы можем использовать поднесущие, расположенные в начале и конце каждого 20МГц канала, которые не были использованы раньше в целях снижения взаимного влияния соседних каналов друг на друга. Это дает небольшое дополнение к двукратному преимуществу, получаемому в результате подобного объединения каналов. Кроме этого, каждый 20МГц канал содержит по четыре пилотных тона, не используемых для передачи информации. При объединении каналов нам достаточно четырех тонов, таким образом, четыре оставшихся могут быть использованы для передачи информации.

802.11n может использовать как 20-, так и 40МГц каналы. 40МГц каналы в 802.11n – это два смежных 20МГц канала.

Объединение каналов в диапазоне 2.4ГГц Cisco не поддерживает 40Мгц каналы в диапазоне 2,4ГГц (нет частот)

40

Защитный интервал– 800 или 400?

41

Guard Interval (GI) – промежуток времени между двумя последовательными OFDM символами, используемый для снижения уровня межсимвольной интерференции. Этот тип интерференции возникает когда на приемник попадает новый символ во время приема предыдущего (за счет переотражений) По умолчанию ТД использует 800нс

Если значение GI=400нс задано вручную, ТД вернется к 800нс в случае превышения порога числа повторных передач

Cisco Public

Таблица скоростей 802.11n Скорость зависит от числа ПП и ширины канала

42

ТД 700,1040,1140, 1250,1260,1600 и 3500 поддерживают до двух потоков, т.е. до 300Мбит/с

ТД 2600,2700, 3600 и 3700 поддерживают до трех потоков, т.е. 450Мбит/с при использовании 802.11n

Повторенье – мать ученья Наивысшие скорости достигаются при использовании всех компонентов 802.11n

43 Cisco Public

Ключевые особенности 802.11ac Отличия от 802.11n

44

Для справки

http://www.wi-fi.org/beacon/wi-fi-alliance/wi-fi-certified-ac-continues-to-innovate

Если нужно больше информации:

Процесс стандартизации 802.11ac

45

Прогресс Wi-Fi в скорости

46

4SS Настольные ПК

3SS Настольные ПК / Ноутбуки

2SS Ноутбуки / Планшеты

1SS Планшеты / Смартфоны

*Для 80МГц каналов

**Для 160МГц каналов 802.11 802.11n 802.11b 802.11a/g 802.11ac

Wave 1 802.11ac Wave 2

2 11

24

54 65

600

450

300

6900** 6900**

3500**

2340**

1730** 1300*

430* 430*

= Скорость подключения(Мбит/с)

= пространственные потоки ПП

1997 1999 2003 2007 2013 2016 G

igab

it

Eth

erne

t Upl

ink

2 G

igab

it

Eth

erne

t Upl

inks

1 ПП

8 ПП

2 ПП

4 ПП

870*

© 2015 Cisco and/or its affiliates. All rights reserved. Cisco Public BRKEWN-2017

Сравнение режимов работы Сходства и различия стандартов

47

802.11n 802.11ac Wave 1 802.11ac Wave 2 Диапазоны 2.4 и 5.0ГГц Только 5.0ГГц Только 5.0ГГц

3X3 or 4X4 MIMO 3X3 or 4X4 MIMO 4X4 MIMO

Single User MIMO Single User MIMO Multi User MIMO

Эквивалент Fast Ethernet Эквивалент Gigabit Ethernet Мультигигабитные скорости

Обычно каналы 20МГц Обычно каналы 20 или 40МГц Обычно каналы 40 или 80МГц (опционально 160МГц)

Один FE или GE аплинк Один GE аплинк Два GE аплинка или один mGig

PoE (802.3af) для полной функциональности

PoE+ (802.3at) для полной функциональности

PoE+ (802.3at) для полной функциональности

Шифрование AES128 Шифрование AES128 Шифрование AES256

Элементы 802.11ac Wave1

48

Чем 802.11ac (Wave-1) лучше 802.11n •  «Быстрая» модуляция 256-QAM

•  Число ПП: 1, 2 или 3

•  Объединение каналов 40 и 80Мгц •  Стандартный механизм beamforming (для .11ac клиентов)

•  Улучшенная защита от взаимной интерференции на объединенных каналах (RTS/CTS)

•  Основан на втором драфте (2.0) стандарта 802.11ac

Элементы 802.11ac – Wave2 отличия 802.11ac Wave-2 от Wave-1

49

•  Возможность использовать 1, 2, 3 (и теперь 4) пространственных потока

дополнительный ПП дает выигрыш в скорости (1733 против 1300Мбит/с •  Агрегирование каналов 20, 40, 80 (и теперь 160МГц) 1-ое поколение Wave-2 ТД Cisco начального уровня поддерживает только 80МГц •  Реальное внедрение 11ac Beamforming (был в Wave-1) Только клиенты 11ac Wave-2 могут участвовать в .11ac beamforming все остальные 11a,g,n,ac клиенты нуждаются в ClientLink •  Поддержка Multi-User MIMO (MU-MIMO) •  В ТД Wave-2 только для 11ac Wave 2 клиентов Никакого преимущества для 11a/b/g/n или Wave 1 клиентов

Wave-2 базируется на финальной версии стандарта, ратифицированного в декабре 2013 года Замечание: в настоящее время отсутствуют 11ac (wave-2) сертифицированные клиенты. Но сертификация началась J подробности здесь:

Зачем же нам нужен .11ac?

50

Радиоэфир – это разделяемая среда передачи. Чтобы повышать скорость, надо ее использовать по максимуму. 802.11ac – это оптимизация предыдущих стандартов… Цель – большая скорость для каждого, а также возможность поддерживать одновременно множество планшетов, смартфонов и ноутбуков- оптимизированная передача данных с помощью: •  Пространственные потоки •  Агрегация каналов •  256 QAM •  Guard interval •  MIMO •  MU-MIMO

Уйдите из эфира! Прекратите передавать!

Почему нам важно иметь агрегирование каналов?

51

Поддержка более одного ПП требует от клиента наличия более одного приемопередатчика, что означает большее энергопотребление. Большинство смартфонов и некоторые планшеты будут поддерживать только один поток Выгода от агрегирования каналов заключается увеличении пропускной способности при сохранении энергопотребления и физических размеров устройств А как еще можно получить 433Мбит/с только с одним трансивером?

Смартфоны вроде Apple IPhone 6, HTC One, Samsung S4 поддерживают 802.11ac

Агрегирование каналов в Wave-1 и Wave-2

52

Для справки

Скорости 802.11ac для 1, 2 и 3 пространственных потоков (Wave1)

53

Макс. скорость 802.11n была 450Мбит/с (40МГц и 3ПП). .11ac может достичь практически тех же результатов, но на 1 ПП

Скорости 802.11ac для одного ПП

Но Wave-2 поддерживает 4 потока!

54

В отличии от 11n, индексы скоростей (MCS) 11ac не учитывают кол-во пространственных потоков, поэтому их всего 10, а не 24 (для 11n) 1 поток (80МГц) дает 433Мбит/с 2 потока (80МГц) дают 866Мбит/с 3 потока (80МГц) дают 1300Мбит/с 4 потока (80 МГц) дают 1733Мбит/с (Wave 2)

Для справки

Замечание: Несмотря на привлекательность, использовать 4ПП скорости в реальной жизни будет затруднительно: т.к. при наличии всего 4-ех приемопередатчиков невозможно делать beamforming Beamforming требует N+1 числа антенн

Что же мы увидим в реальной жизни?

55

Смартфоны 210Мбит/с*

Планшеты 460Мбит/с*

Дорогие ноутбуки +680Мбит/с*

Реальная пропускная способность динамически изменяется в зависимости от числа используемых потоков, агрегирования потоков, номера MCS Полезная пропускная способность всегда ниже той, что указана для данной MCS из-за наличия накладных расходов * Предполагается 70% эффективность МАС подуровня

Замечание: Вот почему для 802.11ac (Wave-1) скоростей хватает GigE порта на ТД

1 поток (80МГц) - 433Мбит/с

Wave-2 с 4 потоками (80МГц) дадут 1733Мбит/с Но на рынке пока нет 4ПП клиентских устройств

2 потока (80МГц) - 866Мбит/с

3 потока (80МГц) - 1300Мбит/с

Multi-User MIMO (MU-MIMO) Как это работает? И почему это – преимущество?

56

Хоть это и не совсем правильно, можно сказать, что MU-MIMO работает как «коммутатор» в направлении от ТД к клиентам, позволяя передавать информацию одновременно нескольким из них.

Максимум 3 потока одновременно

Single-User MIMO Multi-User MIMO

Multi-User MIMO (MU-MIMO) В чем смысл?

57

«Медленные» 1ПП клиенты проводят больше времени в эфире. Следовательно, если мы сможем передавать одновременно более, чем одному клиенту, мы сможем передавать больше данных за один и тот же интервал времени Вывод - Емкость (агрегированная скорость) увеличивается при использовании MU-MIMO для 1 и 2ПП клиентских устройств

На этом грузовике смонтированы две всенаправленные антенны вместо одной. Почему? потому что прицеп изменял характеристики каждой из антенн, «заставляя» их излучать вперед и назад по ходу движения

Multi-User MIMO (MU-MIMO) Beamforming: все новое – хорошо позабытое старое

58

Настоящий TxBF изменяет фазы передаваемых сигналов

ТД может изменять своих характеристики (быть всенаправленной или направлять сигнал конкретному клиенту) для каждого пакета

Multi-User MIMO (MU-MIMO) Возможен в том случае, если TxBF может направлять сигнал к одному клиенту и одновременно «отворачивать» его от других клиентов

59

По аналогии с грузовиком и его двумя антеннами, имея 4 антенны с возможностью менять фазы их сигналов, мы можем направить результирующий сигнал туда, куда нам нужно

Одновременно с TxBF (фокусированием) сигнала, скажем, к User1, мы должны одновременно обеспечить NULL или очень слабый сигнал для User 2, 3 и т.д..

Multi-User MIMO (MU-MIMO) TxBF, nulling и одинаковый размер пакетов

60

Каждый клиент Wave-2 отсылает CSI (Channel State Information): как лучше к нему «направлять» сигнал. Затем ТД решает как она будет beam-form и null каждому из 2-3 клиентов и далее кластеризует этих “идеальных” клиентов в группы. Каждый член группы получает пакеты одинакового размера в один и тот же момент времени (downstream).

ТД использует 4-ую антенну для beam-form и null. В реальности клиентские устройства должны быть расположены вокруг ТД, а не вместе, как на рисунке

Собираем Multi-User MIMO воедино - элементы

61

802.11ac MU-MIMO аналогичен традиционному 802.11n MIMO, с одним исключением: возможностью отсылать различные данные нескольким клиентам одновременно

§  ТД осуществляет pre-coding для всех клиентов – агрегируя MU-MIMO клиентов в группы, участвующие в процессе MU-MIMO.

§  Это – довольно сложный процесс; Когда ТД направляет сигнал, скажем на 1 или 2ПП скорости данному клиенту, эти потоки должны передаваться таким образом, чтобы они не мешали (NULL steers) тем потокам, которые передаются другим клиентам.

§  MPDU, передаваемые MU клиентам, дополняются до одинакового размера OFDM символов - ТД должна стараться отсылать пакеты одинакового размера MU-MIMO клиентам для оптимизации использования эфирного времени.

§  Сертификация Wi-Fi alliance для Wave-2 включает MU-MIMO §  Вывод – MU-MIMO увеличивает емкость downlink и улучшает эффективность передачи

§  Эта технология предназначена для работы с высокой плотностью размещения клиентов и ТД.

Хорошо, что это все не требует вмешательства

пользователя

Почему Multi-User MIMO – не панацея от всех бед

62

MU-MIMO очень сложна в практической реализации: §  Требует точной информации о состоянии канала (CSI) для создания deep nulls, необходимых каждому MU-MIMO клиенту для декодирования своей информации без лишних помех со стороны других клиентов

§  MU-MIMO CSI и pre-coding групп добавляют дополнительные накладные расходы. С возрастанием числа MU-MIMO клиентов на ТД возрастает доля накладных расходов

§  Индустрия на спешит внедрять – Wave-2 радио только предстоит стать частью смартфонов, планшетов и ноутбуков

§  «Плохие» клиенты – могут быть излишне чувствительными к накладным расходам MU grouping, испытывать проблемы с драйверами, отсылать неверные данные о CSI и т.д.

§  Теоретически можно получить выгоду от использования «фирменной» технологии Cisco ClientLink <implicit> beamforming Cisco может использовать оба метода TxBF (explicit и implicit) для более качественного решения задачи «фокусирования» сигнала в одном направлении и намеренного его ослабления (nulling) в других

Замечание: теоретически, разрабатывая чипсет самостоятельно, можно добиться существенно большей оптимизации всех связанных с MU-MIMO процессов по сравнению с общедоступными чипсетами. Посмотрим, на сколько быстрее будут новые wave-2 ТД Cisco серий 2800 и 3800 в сравнении с существующими 1830/1850.

Multi-User MIMO – взгляд со стороны клиента…

63

Что сейчас происходит на рынке новых ТД и клиентов в связи с MU-MIMO? Клиенты Wave-1 не поддерживают MU-MIMO. В настоящий момент сертификата Wave-2 нет ни у одного клиентского устройства – но они, безусловно, появятся

С точки зрения разработчика смартфона/планшета, меньше радио= меньше стоимость, что делает работу на каналах 160МГц соблазнительной

Цели при разработке ТД Первая Wave-2 ТД Cisco разработана для скорейшего выхода на рынок с продуктом начального(серия 1K) уровня (AP-1850), чтобы Wave-2 клиенты имели Wave-2 ТД для отработки механизмов MU-MIMO Весной будущего года мы выпустим на рынок Wave-2 ТД энтерпрайз класса (серии 2800/3800), которые будут обладать наилучшей производительностью за счет использования самых передовых технологий: mGig, ClientLink, HyperLocation и т.д.

Первые Wave-2 устройства, скорее всего, будут смартфонами, но множество телефонов проданы по двухлетним контрактам, поэтому мы не ожидаем «бума» wave2 в ближайший год-два (как в случае с .11a/g/n и .11ac, Wave-1 клиенты будут доминировать следующие несколько лет

§  Несколько устройств уже можно купить §  В основном, производители «второго эшелона»

§  Телефоны §  OnePlus 2 §  Xiaomi Mi4i, Mi Note Pro §  ZTE Axon Pro

§  Ноутбуки §  Несколько различных моделей Acer Aspire E

§  Адаптер Killer 1535

Текущая доступность MU-MIMO клиентов

§  UDP показывает больший выигрыш по сравнению с TCP (меньше uplink трафика)

§  Расположение клиентов важно, но не имеет решающего значения §  Три клиента, расположенных рядом, могут успешно быть объединены в одну MU группу

§  Максимальный выигрыш от использования MU-MIMO примерно 2.5x §  предполагаем 3 MU потока в идеальных условиях

Результаты наших предварительных тестов MU-MIMO

More Ideal Less Ideal

§  SU-MIMO Clients §  10x iPhone 6 (1ss)

§  MU-MIMO §  10x Acer Aspire E15 (1ss)

§  Канал 20 МГц

§  TCP Traffic

§  ТД1850

Влияние Multi-User MIMO на суммарную пропускную способность

Текущее портфолио точек доступа или какую модель выбрать: с внешними или внутренними антеннами?

67

Семейство внутриофисных ТД Cisco Aironet Industry’s Best 802.11ac Series Access Points

Enterprise Best In Class Mission Critical

Best in Class

3700

• 802.11ac W1 • 1.3 Gbps PHY • 4x4:3SS • HDX: High Density Experience

• CleanAir 80 MHz • ClientLink 3.0 • StadiumVision • Modularity: Security, 3G Small Cell or Wave 2 802.11ac

Enterprise Class

1700

• 802.11ac W1 • 870 Mbps PHY • 3x3:2SS • CleanAir Express • Tx Beam Forming • 2 GbE Ports

Mission Critical

2700

• 802.11ac W1 • 1.3 Gbps PHY • 3x4:3SS • HDX: High Density Experience • CleanAir 80 MHz • ClientLink 3.0 • 2 GbE Ports

Enterprise Class

1830

•  802.11ac W2

•  870 Mbps PHY

•  3x3:2SS MU-MIMO

• Spectrum Intelligence*

• Tx Beam Forming

•  1 GbE Port, USB

• Mobility Express

Enterprise Class

1850

•  802.11ac W2

•  1.7 Gbps PHY

• Up to 4x4:4SS

• Spectrum Intelligence*

• Tx Beam Forming

•  2 GbE Ports, LAG

• USB

• Mobility Express

Встроенная антенна? – Внешняя антенна?

69

ТД с встроенными антеннами разработаны для монтажа на потолок в офисных/торговых помещениях. В этом случае эстетика решения часто выходит на первый план.

Используется в индустриальных проектах, когда необходим расширенный температурный диапазон или применение направленных антенн

Офисные, чистые помещения

Грязные, пыльные помещения с большим диапазоном температур

Other options for indoors:

70

Harsh environmental conditions (e.g. refrigerated rooms, condensing humidity…) Low voltage power (battery) or 100-480V AC applications ATEX Class I Division 2 (potentially explosive areas)

IP67

1530 (Integrated Ant) 1552H (ATEX)

Что нужно учитывать при монтаже ТД и разворачивании БЛВС

71

Настенный монтаж ТД с встроенными антеннами

72

Радиопокрытие более равномерно при монтаже ТД на потолок

Замечание: настенный монтаж не рекомендуется даже для небольших сетей, если они используют передачу голоса.

Настенный монтаж допустим для небольших сетей: хотспот, киоск, остановка общественного транспорта и т.д.

Настенный монтаж ТД с дипольными антеннами Ориентация диполей при настенном монтаже

73

При использовании сложных сервисов типа передачи голоса или локации всегда монтируйте ТД на потолок. В других случаях возможен монтаж ТД на стену, при этом рекомендованная ориентация антенн изображена на рисунках. Если смонтировать ТД на стене в пределах досягаемости человека, дипольные антенны всегда будут ориентированы неправильно «любителями прекрасного». Выходом может стать монтаж ТД выше и использовании спец. кронштейна (на правом рисунке).

Замечание: если возможно, всегда располагайте ТД на потолке

Кронштейн для монтажа ТД на стену От стороннего производителя

74

Oberon model 1029-00 работает как с “I”, так и с “e” моделями http://www.oberonwireless.com/WebDocs/Model1029-00_Spec_Sheet.pdf

Рекомендован для голосовых внедрений если вы должны смонтировать ТД на стене. Потолок – наилучшее место для ТД!

Настенный монтаж ТД с дипольными антеннами Ориентация диполей

75

Настенный монтаж ТД с дипольными антеннами Ориентация диполей при настенном монтаже

76

Диполи, направленные вверх и вниз обладают вертикальной поляризацией

Идеально для равномерного покрытия.

Диполи, направленные в сторону, обладают горизонтальной поляризацией Замечание: Cisco рекомендует передавать радиосигнал используя вертикальную поляризацию

Если монтировать ТД правильно? Различные варианты потолочного монтажа

77

Cisco предлагает специальный монтажный комплект для установки ТД в ячейку подвесного потолка

Запирающиеся боксы и цветные пластиковые «шкурки» доступны от сторонних поставщиков: www.oberonwireless.com www.terrawave.com

Монтаж ТД, интегрированной в потолок

78

Артикул монтажного комплекта AIR-AP-BRACKET-3 Производится Cisco и может быть включен в заказ на этапе его формирования ТД «опирается» на два параллельных несущих потолок рельса Идеален для зон сейсмической опасности

Клипсы для подвеса ТД на потолок любого типа

79

Если несущая рельса недостаточно широка или слишком высока, можно использовать специальные клипсы

Артикул клипс AIR-ACC-CLIP-20= Каждая упаковка содержит 20 клипс для 10 точек доступа

Расположение ТД над подвесным потолком

При монтаже ТД за подвесным потолком Cisco рекомендует использовать ТД с внешними антеннами смонтированными под потолком во всех случаях когда это возможно Антенны Cisco оснащены кабелем, рассчитанным на работу за подвесным потолком (пыль, грязь, влага) Если разместить ТД и/или антенну под потолком невозможно, вы можете попробовать смонтировать их за потолком, но в этом случае зона покрытия ТД может существенно измениться, особенно если вокруг много металла

80

Совет: всегда старайтесь размещать антенны под потолком

Установка ТД за потолком Опциональный комплект от стороннего производителя

81

Замечание: ТД/антенна должны быть максимально близко к потолочному покрытию AP bracket-2 может использоваться совместно с T-bar box hanger (item 2) От Erico (Caddy 512) или B-Line (BA12)

Радиопланирование и обследование

82 Более подробно Cisco Access Point Deployment guide http://www.cisco.com/c/en/us/td/docs/wireless/technology/apdeploy/7-6/Cisco_Aironet_3700AP.html

•  Проверка Wi-Fi покрытия – при использовании сложных

модуляций типа 256-QAM, наивысшая скорость достигается когда

клиент расположен близко от ТД, следовательно всегда

пытайтесь расположить ТД максимально близко к ее

беспроводным клиентам

•  Пусть RRM отвечает за каналы и мощности ТД

•  Используйте BandSelect для принудительного подключения

клиентов к 5ГГц

•  Spectrum Intelligence (CleanAir) для обнаружения помех

•  В основном используйте 5ГГц (2.4 перегружен)

•  Не делайте радиопланирование в пустом складе

•  Изучите объект (толщина стен, металлические двери)

Двери, металлические шкафы и сейфы, мебель, стены и другие объекты влияют на радиопокрытие Совет: проверяйте покрытие худшим из клиентов

При обновлении заменять ТД 1:1 или делать еще одно радиообследование?

83

Вопрос: Если я меняю старые 11n ТД на новые 11ас ТД, нужно ли мне делать радиообследование повторно? Одинаково ли расстояние между 11n и 11ac точками доступа? Ответ: 11ac построен на основе 11n, размеры сот одинаковы. Несколько лет назад мы рекомендовали 1ТД на 465кв. м. для передачи данных и 1ТД на 280 кв. м. для сервисов передачи голоса и местоположения. Сейчас мы рекомендуем 1 ТД на 230кв.м. и больше не разделяем их по приложениям.

ТД всегда обладали схожими характеристиками – конечно, могли быть небольшие различия, но целью всегда было равномерное покрытие с мин. кол-вом повторных передач Проверка покрытия никогда не повредит

Что важно учесть при монтаже антенн

84

Никогда не монтируйте антенны рядом с металлическими

объектами

§  Антенны ТД должны быть удалены от отражающих поверхностей

§  Избегайте металлических колонн, светильников и других препятствий

§  По возможности всегда монтируйте ТД (или внешние антенны) максимально близко к пользователям

§  Не поддавайтесь искушению спрятать ТД в публичных зонах, особенно за экранирующими преградами

§  Рассматривайте ТД как светильник или громкоговоритель. Их же не прячут?

Рекомендации по использованию агрегации каналов

85

•  Используйте 20МГц каналы - если передаете только голос– или рядом много РЛС, вынуждающих менять каналы - если у вас много устаревших (не 11n/ac) 5ГГц клиентов (.11a клиенты)

- если вы не передаете много данных

- если у вас развернуто много не 11ас ТД на 20МГц каналах и вы не планируете их обновлять

•  Используйте 40МГц каналы - если используете интерактивное или потоковое видео - если передаете сравнительно большие объемы данных

•  Используйте 80МГц каналы - если у вас значительное число клиентов поддерживают 11ас

- если у вас много.11ac смартфонов(1ПП) нуждающихся в большей скорости

- если вы передаете видео высокой четкости или трафик похожих приложений - если обмениваетесь очень большими объемами данных, например CAD или медицинские снимки

Одними из реальных преимуществ агрегирование каналов являются спектральная эффективность и суммарная производительность системы. Позволяя клиентам передавать и принимать информацию быстрее, мы меньше загружаем эфир. Кроме того, в некоторых случаях это позволяет экономить батарею, т.к. устройство может дольше находится в состоянии сна.

Для справки

Канал 80МГц с точки зрения клиента

86

Пример, при использовании NETGEAR USB 2 потока (80МГц) @ 866Мбит/с

80МГц канал

Как опознать 802.11ac клиентов: https://wikidevi.com/wiki/List_of_802.11ac_Hardware

Радиопланирование… Расстояние и скорость зависят от клиентов

87 * 70% MAC efficiency

Замечание… Чем клиентское устройство ближе к ТД, тем легче обеспечить передачу информации с использованием 2 или 3 потоков и наивысшей модуляции 256 QAM. Client Link 3.0 помогает увеличить расстояние на котором еще доступны высокие скорости. Замечание: проверяйте скорость на тех клиентах, которые вы будете использовать!

Рекомендации по разворачиванию БЛВС на сложных объектах: стадионы, залы и т.д.

88

Новая панельная антенна для залов

AIR-ANT2566P4W-R=

AIR-ANT2566D4M-R=

AIR-ANT2513P4M-N=

30x30 Очень высокие потолки/стадионы (10-20 метров)

65x65 Залы с высокими

потолками (6-10 метров)

110x70 Старая добрая

антенна (4-6 метров)

Использование – решение проблемы больших сот. Предыдущая 6 dBi панельная антенна иногда была слишком «широка» (110 градусов)

90

Что такое Cisco Hyperlocation Локация 802.11 устройств с точностью 1 метр

91

“Hyperlocation” – это технология Включающая модуль Hyperlocation

Включающая Hyperlocation антенны

Включающая решение FastLocate

Включающая Bluetooth Low Energy

Модуль для ТД серий 3600 и 3700 Да, четырехлетняя ТД3600 может получить последние технологии BLE Beacon и Hyperlocation. Вот она – сила модульности J

Почему технология Hyperlocation настолько инновационна?

92

Hyperlocation использует сложную антенную систему для измерения азимута на беспроводного клиента (Angle of Arrival), что позволяет больше не использовать RSSI (Signal Strength) как основную информацию о местоположении клиента. Для локации клиента теперь достаточно всего одной ТД, хотя несколько делают это точнее J

Это позволяет использовать данный сервис в небольших помещениях, в которых размещать три ТД было раньше экономически невыгодно.

Что кроется внутри ТД3700 с установленным модулем Hyperlocation

93

Самая «продвинутая» Wi-Fi система в индустрии – у нее нет равных J 40 разных антенн на ТД!!!

Hyperlocation – Требования к питанию PoE 3600/3700 Новому модулю нужно PoE+ (20Вт)

94

* Это мощность на выходе PSE (коммутатора или инжектора).

Hyperlocation – рекомендации по расстановке ТД

95

Hyperlocation может обойтись без периметральных ТД – но все равно избегайте размещать ТД в одно линию

Основные выводы из предыдущей секции •  Граница соты -65 dBm RSSI для всех типов сервисов

•  От 10 до 20% перекрытие ячеек для роуминга и локейшена

•  Примерно 1 ТД на 232 кв. метра (для наилучшей производительнсти)

(для High-Density добавьте ТД посредине)

© 2015 Cisco and/or its affiliates. All rights reserved. Cisco Public

Важные “советы” для 802.11ac Wave 1 или 2

ü  Используйте 5.0ГГц из-за большего кол-ва каналов и отсутствия помех

ü  От -65 до -67 RSSI всегда

ü  10 - 20% перекрытие соседних сот

ü  Отдельные SSID для корпоративного и гостевого доступа. На гостевом SSID включайте rate limiting

802.11ac Wave 1 •  40 МГц каналы – 1 кабель для GE

802.11ac Wave 2 •  80 МГц каналы – 2 кабеля для GE

•  80 МГц каналы– 1 кабель для mGig

Категория кабеля •  Category 5E или выше для GE или mGig

Мощность Wi-Fi сигнала - RSSI •  -65 до – 67 = все приложения

•  1 ТД на 230кв. метров / каждые 15 метров

•  -68 до – 69 = никакой высокой плотности

•  -70 до – 71 = нет плотности и голосу

•  -72 и ниже = только передача данных

Как можно посмотреть уровень канальной интерференции или помех?

98

Ответ: для каждой ТД в разделе Monitor > AP > радио есть информация как о помехах, так и об интерференции

Как можно снизить уровень канальной интерференции? interference?

99

Вопрос: как избавиться от канальной интерференции?

Answer: можно попробовать сделать следующее… 1.  Try to balance out the coverage by configuring a lowest MCS rate to set or scale the cell

size and then disabling lower rates to reduce the cell footprint.

2.  If warehouse or large open areas consider using directional antennas (patch/sector) to minimize cell overlap instead of dipole or Omni-directional antennas.

3.  If high ceilings use patch/sector to angle down and then perhaps correct (TPC) Transmitter Power Control threshold to keep AP from cutting power too far back. Additionally consider lowering the antenna and using a wall mount.

4.  If lots of voice – disable “Avoid Cisco AP Load” to keep clients sticky

Будем учиться на чужих ошибках

100

Никогда не смешивайте антенны разных типов Всегда должны «покрывать» одну и ту же соту ДНА диполя

Внедрения, в которых что-то пошло не так…

101

А нужно было смонтировать коробку горизонтально, а антенны - вертикально

Патч-антенна «стреляет» сразу через металлическую решетку – вредное переотражение гарантировано

Внедрения, в которых что-то пошло не так…

102

When a dipole is mounted against a metal object you lose all Omni-directional properties. It is now essentially a directional patch suffering from acute multipath distortion problems. Add to that the metal pipes and it is a wonder it works at all

Dipole antennas up against a metal box and large metal pipes. This creates unwanted directionality and multipath distortion – This also creates nulls (dead areas) and creates packet retries

Tip: Access Points like light sources should be in the clear and near the users

Так бывает. Очень дорого исправить. Все разочарованы.

103

Внедрения, в которых что-то пошло не так…

Внедрения, в которых что-то пошло не так… Что, так еще хуже?

104

ТД смонтирована на стене за металлической трубой

Уличный кожух не герметизирован (ТД работает с холодной головой J)

Внедрения, в которых что-то пошло не так…

105

Радиоволны не любят металлические сетки

Не работает?! Зато точка доступа цела!

106

Снова сетки… и объяснение, почему в отелях плохой Wi-Fi

107

Правильная установка

Человеку свойственно ошибаться…

108

Неважный монтаж

Красивое ограждение. А ТД – не очень. Что если спрятать одно за другое?

109

В погоне за красотой монтажа закрыли антенны

Питание важнее!

110

А мы что? Мы – ничего! Нам дизайнер запретил!

111

Первая инновационная стекируемая точка доступа! Ну и хотспот тоже неплох J

112

Ориентация антенн? Не, не слышали!

113

Ну это же Cisco! Они должны работать всегда!

114

Нет ничего постоянней временного…

115

- «Немного Wi-Fi налево и немного Wi-Fi направо» ТД Cisco – работают в парах!

116

Выводы

117

“RF Matters”

§  Cisco предлагает хорошие ТД, контроллеры и антенны, а также продвинутые алгоритмы управления радиоподсистемой

§  Однако это не поможет, если при проектировании и монтаже БЛВС не были учтены хотя бы простейшие принципы распространения радиоволн:

“Радио имеет значение”

Почитать на досуге…

118

“RF Matters” Еще много интересного есть в Cisco AP deployment guide http://www.cisco.com/c/en/us/td/docs/wireless/technology/apdeploy/7-6/Cisco_Aironet_3700AP.html

CiscoRu Cisco CiscoRussia

Ждем ваших сообщений с хештегом #CiscoConnectRu

CiscoRu

Флавьен Ришар Виктор Платов

119

Пожалуйста, заполните анкеты. Ваше мнение очень важно для нас.

Спасибо