Добро пожаловать в новый мир 802.11n и забудьте все, что вы до этого знали о функционировании беспроводных сетей! С появлением новых технологий отсутствие препятствий на пути сигнала перестает быть обязательным условием для хорошего соединения. Скорость передачи данных может даже повышаться по мере увеличения расстояния до точки доступа. Возможно даже, что более сложная планировка здания будет способствовать лучшему функционированию WLAN. Проект стандарта (Draft) IEEE 802.11n должен быть ратифицирован предположительно во второй половине 2008 г. По сравнению с более ранними стандартами беспроводной связи 802.11a/b/g, он предполагает несколько существенных технических новшеств.
Повышенная емкость. С помощью 802.11n конечные пользователи смогут быстрее передавать больший объем данных. Эта технология повышает емкость одной ячейки с 15-20 Мбит/с (802.11a/b/g) до 100-200 Мбит/с. При распределении между несколькими одновременно работающими пользователями производительность может достигать уровня кабельного соединения Ethernet со скоростью 100 Мбит/с.
Однако одно лишь увеличение пропускной способности беспроводного соединения не означает, что конечный пользователь получает большую выгоду. Так, для предприятий главным преимуществом 802.11n будет, по-видимому, повышение общей пропускной способности сети.
Увеличение дальности действия. В случае соединения 802.11g на открытой местности расстояние между точкой доступа и клиентом может составлять до 60 м. В офисной обстановке оно сокращается приблизительно до 20 м. 802.11n превосходит эти значения, однако и точке доступа, и клиенту придется иметь дело минимум с двумя траекториями сигнала 802.11n (Spatial Streams). Кроме того, 802.11n сможет облегчить проектирование сетей: размер отдельных ячеек может быть увеличен, поскольку скорость передачи данных теперь не будет резко снижаться с увеличением расстояния до точки доступа. Таким образом, для охвата необходимой территории потребуется меньшее количество точек доступа.
Более равномерное и надежное покрытие. Качество связи в ныне существующих сетях Wi-Fi варьируется от отличного до ужасного. Многим пользователям это хорошо известно на собственном опыте: в одной точке уровень сигнала высокий, но стоит отойти хоть на шаг в сторону — качество связи существенно ухудшается. Этому явлению лучше всего противостоит так называемая технология «разнесения антенн», для чего почти все современное оборудование Wi-Fi оснащено двумя или несколькими антеннами. Устройства могут переключаться между ними и выбирать более сильный сигнал (см. Рисунок 1). 802.11n предусматривает пространственное мультиплексирование (Spatial Division Multiplexing, SDM) и технологию множественного ввода/вывода (Multiple Input Multiple Output, MIMO), чтобы свести вышеупомянутый эффект к минимуму. Для передачи сигнала применяются сразу три антенны.
Более низкие затраты на сеть. Увеличение дальности действия и более равномерное покрытие снижают затраты на построение сети. Точки доступа могут располагаться на большем расстоянии друг от друга. Поскольку для поддержки сети требуется устанавливать меньшее количество устройств и коммутаторов в коммутационных шкафах, также инвестиционные затраты и стоимость установки снижаются. Но поначалу, особенно в 2008 и 2009 гг., точки доступа, способные поддерживать 802.11n, будут существенно дороже устройств стандартов a/b/g. Кроме того, возможно, потребуется основательное переоборудование сетей, например, прокладка новых кабелей и установка этажных коммутаторов, для того чтобы подвести к точкам доступа 802.11n большую пропускную способность, и — с помощью технологии Power over Ethernet — большее количество электроэнергии.
СОВМЕСТИМОСТЬ И СОСУЩЕСТВОВАНИЕ
Предприятиям, желающим использовать 802.11n, приходится думать о том, как новая технология будет работать с имеющимися продуктами 802.11. И задача эта чрезвычайно сложная. Стандарт 802.11n поддерживает клиенты стандартов 802.11a/b/g, но он не может улучшить производительность старых технологий. Причем наличие даже одного клиента a/b/g в зоне действия точки доступа уже достаточно, чтобы снизить производительность всего сегмента сети, обслуживаемого этой точкой. Правда, в стандарте 802.11n доступны три режима работы:
-
режим с высокой пропускной способностью (High Throughput (HT) Format) — разрешены только клиен-ты 802.11n;
-
смешанный режим с высокой пропускной способностью (High Throughput Mixed Format) — точка доступа распознает наличие старых клиентов и переключается на более низкую скорость передачи данных, пока старое устройство осуществляет передачу и/или прием данных;
-
режим с невысокой пропускной способностью (Non High Throughput Format) — в этом случае 802.11n ведет себя как 802.11a/g. Обмен данными возможен с любыми устройствами Wi-Fi, но передача данных осуществляется со скоростью, поддерживаемой самым медленным устройством.
Таким образом, при практическом применении преимущества 802.11n (увеличенные пропускная способность и размер ячеек, которые охватывают большее количество пользователей) могут быть достигнуты в полной мере только при условии, что старые клиенты отсутствуют и сеть работает в режиме HT. Смешанный режим может обеспечить высокую скорость передачи данных для клиентов стандарта n, только если не задействованы старые клиенты, иначе количество и плотность точек доступа должны быть такие же, как и в обычной сети WLAN: в отличие от клиентов стандарта n, другие клиенты не могут передавать данные с высокой скоростью на большие расстояния и не справляются с возложенными на них задачами, когда точки доступа находятся так далеко друг от друга.
Предприятия, желающие использовать устройства формата 802.11n, должны учитывать, что при близком соседстве их оборудование и чужие WLAN могут непосредственно влиять друг на друга. Большинство беспроводных сетей в Германии соответствуют стандарту 802.11b/g и функционируют в диапазоне 2,4 ГГц. 802.11n использует преимущественно полосу частот 5 ГГц, но некоторые компании, вероятно, захотят применять новую технологию в режиме совместимости на частоте 2,4 ГГц, если не намерены отказываться от имеющихся клиентов или прилегающие сети 802.11a работают в диапазоне 5 ГГц.
Phased Co-existence Operation (PCO). В этом специальном режиме совместимости точка доступа 802.11n может работать с клиентами как стандарта 802.11n, так и 802.11a/b/g. Но в отличие от HT Mixed Format, режим PCO обеспечивает передачу всех кадров посредством 802.11n с более высокой скоростью. В случае HT Mixed Format вся широковещательная передача (broadcast) и передача несвязанных данных осуществляется через группу каналов шириной 20 МГц, в том числе и клиентам 802.11n. А в режиме PCO точка доступа периодически может передавать данные клиентам 802.11n по каналу шириной 40 МГц. В оставшееся время она будет обмениваться данными со старыми клиентами по каналу 20 МГц. Иначе говоря, точка доступа распределяет свою активность между различными клиентами по принципу использования режима разделения времени. Режим PCO хорошо подходит для построения новых сетей, основанных на 802.11n, в средах, где уже применяется большое количество WLAN. Старые точки доступа за пределами сети не могут осуществлять передачу данных, пока 802.11n активен — они получают сигнал Clear To Send (CTS) и устанавливают таймеры передачи для своей доступности в сети, чтобы избежать интерференции между каналами.
Dual CTS Protection. Этот режим является альтернативой, обеспечивающей нормальное сосуществование с прилегающими сетями. В подобной ситуации точка доступа или клиент защищают каждый отправленный ими кадр с данными посредством дополнительного кадра CTS (унаследованный или новый кадр CTS). Кроме того, Dual CTS позволяет решить проблему с так называемыми «скрытыми узлами» (Hidden Nodes) — конечными устройствами, которые не могут обнаружить друг друга из-за «дыр» в зоне покрытия. Главный недостаток: Dual CTS снижает возможную пропускную способность ячейки.
В целом, режимы HT Mixed Format, PCO и Dual CTS делают возможным функционирование сетей 802.11n бок о бок с WLAN стандарта a/b/g, но каждый из этих методов имеет свои сильные и слабые стороны применительно к достигаемой пропускной способности.
ПРОЕКТИРОВАНИЕ СЕТЕЙ И ПЛАНИРОВАНИЕ КАНАЛОВ
Чтобы отдельные точки доступа одной сети не создавали друг другу помех, они должны осуществлять передачу на разных каналах. Это касается устройств, расположенных как на одном этаже, так и на этажах выше и ниже, что необходимо учитывать уже на этапе планирования беспроводной сети. В Германии и Европе в полосе частот 2,4 ГГц для беспроводных сетей доступны 13 каналов с интервалами 5 МГц между ними. В полосе 5 ГГц доступны 19 каналов. Сигналы 802.11a/b/g занимают приблизительно 20 МГц диапазона. Это значит, что в полосе 2,4 ГГц можно параллельно (и эффективно) использовать только три группы каналов вокруг каналов 1, 6 и 11 (см. Рисунок 2). Реализация четырехканальной схемы на основе каналов 1, 5, 9 и 13 может отрицательно сказаться на производительности.
802.11n способен работать и с ка-налами шириной 20 МГц в полосе 2,4 ГГц. Для обеспечения обещанной пропускной способности устройствам необходимо использовать режим HT Format с каналом шириной 40 МГц. Очевидно, что в полосе 2,4 ГГц недостаточно каналов, чтобы работа соседних точек доступа осуществлялась без наложения групп каналов. 19 каналов, доступных в полосе частот 5 ГГц, более пригодны для применения устройств 802.11n с максимально возможной на данный момент скоростью передачи данных — 200 Мбит/с. Сигналы распределяются без взаимного перекрытия каналов с шириной полосы 40 МГц. Так существуют ли в принципе доводы, выступающие за использование стандарта 802.11n в диапазоне 2,4 ГГц? Хотя скорость передачи данных в этом диапазоне остается на уровне старых сетей 802.11b/g, но при использовании MIMO и SDM снижение скорости обмена данными при удалении от точки доступа оказывается все же меньше, чем в сетях 802.11b/g.За счет этого относительно малое количество точек доступа может обеспечить необходимую зону покрытия.
Большинство инструментов планирования высокочастотных сетей учитывает при расчетах ослабление сигнала по мере увеличения расстояния и при наличии препятствий (стены и др.), поэтому прогнозы радиочастотных характеристик 802.11n и 802.11a/g будут отличаться незначительно. Методику планирования требуется лишь изначально модифицировать. Точки доступа, которые будут обслуживать клиентов стандарта a/n на частоте 5 ГГц и клиентов b/g/n на частоте 2,4 ГГц, необходимо размещать так же, как и обычные точки доступа для 802.11a/b/g. Точки доступа можно устанавливать с увеличенными интервалами только там, где используются исключительно устройства 802.11n и не требуется поддерживать стандарт 802.11a/b/g. В этом случае SDM будет полезен: даже там, где покрытие не оптимально, можно добиться стабильной передачи данных.
СТРАТЕГИИ МИГРАЦИИ
Существуют три стратегии реализации WLAN стандарта 802.11n: новая установка, параллельная установка (Overlay) или замена (Substitution). Проектировщики сети должны ответить на четыре вопроса:
-
где должны быть установлены новые точки доступа 802.11n?
-
какие каналы следует использовать?
-
какие точки доступа a/b/g можно демонтировать?
-
каким образом должны обслуживаться клиенты?
Как уже было упомянуто, сеть, где используется только оборудование 802.11n, имеет большую дальность действия, чем сеть a/b/g, а точки доступа могут располагаться на значительном расстоянии друг от друга. Для офисных зданий ключевым правилом является следующее: при стандартной планировке, средней плотности размещения рабочих мест, планируемой минимальной скорости 9-12 Мбит/с и 150-процентном перекрытии ячеек классические точки доступа a/g можно размещать с интервалами в 15-21 м. При смешанной установке с точками доступа 802.11n и клиентами a/b/g, поддерживающими минимум два пути передачи сигнала, следует ориентироваться на аналогичные параметры. В случае применения точек доступа и клиентов стандарта n это расстояние можно увеличить до 20-25 м. В результате при новой установке снижаются затраты на точки доступа, прокладку кабелей, инсталляцию оборудования, а также на коммутаторы, этажные распределители и энергоснабжение. Если поблизости нет активных сетей 802.11a, то можно игнорировать режимы совместимости 802.11n и использовать новую технологию с полной производительностью.
Многие ноутбуки уже совместимы со стандартом 802.11n, точнее n-Draft, а применение специальных клиентов, таких как телефоны Wi-Fi, теги для определения местоположения или переносные устройства для считывания штрих-кодов, в течение ближайших года-двух будет ограничиваться преимущественно диапазоном 2,4 ГГц. Именно поэтому, а также из-за большого количества уже установленных клиентов формата b/g, придется еще долгое время поддерживать сети с полосой частот 2,4 ГГц.
Интересной альтернативой для многих пользователей является внедрение 802.11n как отдельной параллельной сети: существующая сеть 802.11b/g продолжает работать в полосе частот 2,4 ГГц, а новая 802.11n развертывается с увеличенными расстояниями между точками доступа и функционирует в режиме HT Format в диапазоне 5 ГГц (при условии, что в зоне действия нет сети 802.11a) со скоростью передачи данных до 200 Мбит/с (см. Рисунок 3).Кроме того, без значительных технических трудностей можно установить новые промежуточные источники питания (Midspan), применение которых позволяет подать больше электроэнергии посредством технологии Power over Ethernet (802.3at) и подключить точки доступа 802.11n по нескольким соединениям 100 Мбит/с или через Gigabit Ethernet. При этом, однако, следует учитывать инвестиционные затраты. Когда в соседних сетях применяется технология 802.11a, то режим PCO должен быть отключен, а включен — Dual-CTS.
Если сеть достаточно новая, но пользователи требуют введения стандарта 802.11n, то, возможно, лучшим выходом будет замена некоторых точек доступа 802.11b/g на 802.11a/b/g/n. Такой подход обеспечивает хорошую зону покрытия для 802.11n, в то же время плотность расположения точек доступа остается достаточно высокой для бесперебойного обслуживания устройств стандартов 802.11a/b/g. В этом случае необходимо активировать PCO и Dual-CTS. Недостаток подхода заключается в том, что имеющаяся инфраструктура коммутаторов Midspan должна быть оснащена таким образом, чтобы предоставлять необходимую мощность питания для 802.11n по Power over Ethernet, а также пропускную способность для новых точек доступа.
Роджер Хокадей — директор по маркетингу в регионе EMEA компании Aruba Networks. При подготовке статьи было использовано техническое описание Designed for Speed: Network Infrastructure in an 802.11n World, автором которого является Питер Торнкрофт, Aruba Networks.
© AWi Verlag