Ожидаемый в скором времени стандарт IEEE 802.11n значительно повышает потенциальную производительность таких инфраструктур — до 300 и даже 600 Мбит/с. Получить действительно высокую скорость передачи можно лишь при условии применения системного подхода и специализированных аналитических инструментов.
Понятия «покрытие WLAN» и «сканирование окружающей среды» (Site Survey) родом из прошлого сетей WLAN. Они обозначают измерения на тестовых точках доступа в здании, которое необходимо оснас-тить сетью WLAN. Технология была улучшена с помощью инструментов планирования WLAN, примерами которых могут служить Ekahau Site Survey, AirMagnet Survey и VisiWave Survey. В качестве платформы для измерений более всего подходит планшетный компьютер с картой WLAN. C помощью полуавтоматической привязки пути обхода к замеренной силе сигнала тестовой точки доступа эти системы создают подробную карту распространения сигнала ячейки WLAN на плане здания. Этот метод обеспечивает наибольшую точность планирования, если беспроводной локальной сетью необходимо оснастить уже существующее здание.
Однако при большом количест-ве помещений на посещение каждого из них уйдет много времени. К тому же, этот обход должен осуществляться, когда здание уже полностью обставлено и, к примеру, стеллажи для хранения заполнены уже не менее чем на три четверти. Если эти условия невыполнимы или необходимо спроектировать сеть в новом, еще не построенном здании, то планирование рекомендуется выполнять с помощью моделирования WLAN.
В новостройках или при реставрации зданий моделирование WLAN позволит определить точные места для монтажа информационных розеток, к которым впоследствии будут подключены точки доступа.
ЦИКЛ ПЛАНИРОВАНИЯ НА ПРИМЕРЕ
Для примера рассмотрим один из возможных циклов планирования WLAN, состоящий из моделирования, инсталляции и документирования готовой инфраструктуры. Речь идет об одноэтажном выставочном зале. На плане зал имеет вид простого прямоугольника, стороны которого составляют 98 и 64 м. Высота помещения — 10 м. По продольной оси зала распределены четыре опорных колонны из сталебетона, имеющие квадратное сечение.
Чтобы еще до строительства павильонов определить количество необходимых точек доступа и их расположение, нам понадобится ПО для моделирования WLAN. Прежде всего, в программе создается модель здания и осуществляется предварительный расчет трехмерного распространения электромагнитных волн на частотах WLAN. Для этого программа по уровням формирует из нескольких поэтажных горизонтальных проекций трехмерную модель здания и считывает отдельные планы, к примеру, в формате JPG. При помощи симулятора RF3D от Psiber Data программный ассис-тент может осуществлять масштабирование и точное выравнивание планов отдельных этажей, а также задавать расстояния между их уровнями, начиная с нулевой отметки. Однако в нашем случае зал состоит из одного этажа, и эта функция не нужна.
Как правило, в качестве следующего этапа программы моделирования запрашивают информацию о материалах, из которых изготовлены потолки и стены. Проектировщику необходимо выбрать из базы данных наиболее подходящие варианты, а в некоторых решениях он может даже описать структуру, воспользовавшись соответствующим материалом. Однако существуют и решения, в которых можно указать переменные показатели для коэффициент а затухания в окружающей среде. В случае с выставочным залом, где планируется построить множество стендов из легких материалов, реалистичного эффекта удалось бы достичь с помощью преднастроенного режима «фабрика/склад».
Затем надо выбрать в базе данных подходящие точки доступа и распределить их по залу. База данных должна быть легко обновляемой и отображать трехмерные характерис-тики антенн (см. Рисунок 1). Для моделирования важны следующие характеристики виртуальных точек доступа: модель, мощность передатчика (как правило, 16 дБ или 40 мВт), частотный диапазон, используемый стандарт IEEE и номер канала. Достаточно, если точки доступа будут распределены по зданию таким образом, чтобы обеспечить покрытие с силой сигнала минимум -70 дБ. Нужно следить за тем, чтобы в случае направленных антенн угол монтажа антенны подстраивался в горизонтальной и вертикальной плоскостях в соответствии с реальными условиями. Высота расположения точки доступа над уровнем пола тоже влияет на распространение сигнала.
Планирование сетей WLAN посредством моделирования предполагает следующие риски:
-
ошибки при указании размеров;
-
недостаточно подробное описание материала стен или отсутствие этого описания в базе данных;
-
неточные или устаревшие планы здания;
-
неправильно сконфигурированные виртуальные точки доступа.
Предоставление достоверных и актуальных данных для планирования является задачей будущего владельца сети WLAN. Лучше всего, если перед моделированием точек доступа модель здания будет проверена владельцем сети WLAN или инженером здания.
В идеале моделирование WLAN определяет точное расположение точек доступа, так что их можно установить в указанных местах без необходимости последующего дорогостоящего перемещения.
ДОКУМЕНТИРОВАНИЕ И ОБХОД
Для обнаружения возможных ошибок планирования после монтажа точек доступа и составления технической документации на построенную сеть WLAN необходимо создать картографический протокол распределения мощности принимаемого сигнала. Для этого подходят программы отображения WLAN (WLAN Mapping). Как правило, достаточно обойти помещения и охватить инсталляцию полностью, то есть, зарегистрировать мощность сигнала всех точек доступа. Во время обхода документируется выполнение корректности всех предписаний плана, проверяется правильность размещения и монтажа антенн, а также их настроек
(см. Рисунок 2). Затем можно уст-ранить выявленные неполадки, обеспечив тем самым надлежащее функционирование сети WLAN.
Сравнение результатов моделирования и реальных замеров покажет отличия в протяженности и распределении сетевых ячеек. В случае с сетью WLAN, рассмотренной в качестве примера, моделируемая ячейка WLAN оказалась меньше реальной. Виной тому — различные характеристики антенн и неправильное значение коэффициента затухания для окружающей среды. Заметим, что стандартные инструменты моделирования WLAN учитывают только затухание, но не принимают во внимание такие эффекты, как искривление, рассеивание и отражение электромагнитных волн.
ПЛАНИРОВАНИЕ В СООТВЕТСТВИИ С IEEE 802.11N
Алгоритм планирования, описанный в примере, соответствует требованиям грядущего стандарта WLAN IEEE 802.11n. Его проект предполагает применение более сложных технологий, чем предыдущие стандарты WLAN, однако физические свойства распространения электромагнитных волн на частотах 2,4 и 5 ГГц, необходимые для планирования, остаются неизменными. Так, согласно IEEE 802.11n, по-прежнему требуется рассчитать, измерить и визуализировать силу входящего сигнала и отношение уровней сигнала к шуму. При этом измерение силы входящего сигнала для грядущих сетей 802.11n может осуществляться и на основе тестовой точки доступа стандарта 802.11a/b/g.
Сложнее визуализировать ожидаемую скорость передачи данных и уровень интерференции между каналами (Cross-Channel Interference): скорость передачи в 802.11n, например, зависит от модуляции (BPSK, QPSK, 16-QAM, 64-QAM), количества потоков данных (от одного до четырех), параллельно передаваемых в рамках множественного ввода/вывода (Multiple Input Multiple Output, MIMO), и ширины канала (20 или 40 МГц). В зависимости от комбинации вышеназванных параметров, возможно 147 различных скоростей передачи в диапазоне от 6 до 600 Мбит/с. Для визуализации интерференции между каналами следует учитывать одинарную и двойную ширину канала (объединение каналов — Channel Bonding). Производителям решений для планирования и отображения WLAN придется внести в свои решения соответствующие изменения.
600 МГЦ ТОЛЬКО В ДИАПАЗОНЕ 5 ГГЦ
Доступный спектр в диапазоне 2,4 ГГц составляет 83 МГц. Таким образом, в этом диапазоне без интерференции удастся организовать не более двух объединенных каналов, а значит, планирование каналов в многоячеистых сетях WLAN без помех между ними затрудняется. Поскольку проблема затрагивает и соседние сети, проект стандарта 802.11n допускает объединение каналов, только если не создаются серьезные помехи соседним сетям. Вероятность того, что в городской среде, где обычно соседствуют около десяти хорошо «слышимых» сетей WLAN, объединение каналов удастся реализовать в диапазоне 2,4 ГГц без заметных интерференций, очень невысока (см. Рисунок 3).
Максимально возможная пропускная способность без использования технологии объединения каналов была установлена на уровне в 289 Мбит/с.
Однако для этого требуется, чтобы с помощью MIMO параллельно передавались четыре потока данных. В настоящее время продукты, соответствующие предварительному проекту стандарта (Pre-n), способны передавать всего два таких потока. Иначе говоря, их максимальная пропускная способность не превысит 145 Мбит/с. Таким образом, если понадобится пропускная способность в 300 или 600 Мбит/с, то придется объединить каналы. Подходящий для этого диапазон выделен на частотах 5 ГГц. В Европе для 5 ГГц доступны полосы 200 МГц в нижнем и 255 МГц в верхнем диапазоне. Получается, что без интерференции можно использовать одновременно девять каналов при их двойной ширине. Ожидаемая более высокая плотность ячеек в диапазоне 5 ГГц лишь в самых крайних случаях будет приводить к обратному переключению на канал шириной в 20 МГц.
ДВОЙНАЯ ПОЛОСА ЧАСТОТ ПРИ 2,4 И 5 ГГЦ
Рассмотрим возможный сценарий миграции от 802.11a/b/g к 802.11n. Старые ноутбуки, а также мобильные устройства наподобие смартфонов и КПК предназначены для работы в сетях WLAN стандартов b/g в диапазоне 2,4 ГГц, поскольку из-за экономии энергии они все еще оснащаются поддержкой b/g. Новые ноутбуки с интерфейсами WLAN, соответствующими предварительному проекту стандарта n, будут оптимизированы для точек доступа 5 ГГц при полной мощности сети.
Хотя ячейки 5 ГГц обладают меньшей дальностью действия, при умелом планировании и применении двухдиапазонных точек доступа можно создать сеть WLAN, где для обеих частот используются одни и те же точки монтажа. Специалисту по планированию придется лишь уменьшить мощность ячейки 2,4 ГГц и при необходимости оснастить вещательные модули 5 ГГц точек доступа антеннами, которые, благодаря повышению мощности, позволят увеличить диаметр ячейки 5 ГГц.
В тестовом проекте была установлена такая двухдиапазонная сеть WLAN. Инсталлированные точки доступа обладают двойным радиомодулем и одновременно поддерживают стандарты 802.11a/h и b/g, поскольку на выставках загрузка сети в диапазоне 2,4 ГГц оказывается чрезмерной. Беспроводная локальная сеть WLAN в диапазоне 5 ГГц предлагает 19 практически не зашумленных каналов шириной 20 МГц или 9 каналов шириной 40 МГц, предоставляя намного большую емкость, чем диапазон 2,4 ГГц. Таким образом, инфраструктура WLAN остается доступной даже в случае экстремальных нагрузок.
ПОДКЛЮЧЕНИЕ К КАБЕЛЬНЫМ СОЕДИНЕНИЯМ
Дальнейшие проблемы, связанные с планированием 802.11n, касаются не воздушного интерфейса, а провод-ных соединений с точками доступа. Специалисту по планированию следует учитывать величину пропускной способности, незначительно превышающую 100 Мбит/с на один радиоинтерфейс, а также наличие как минимум двух радиомодулей на одну точку доступа. Чтобы соединение с сетью 100BaseT не превратилось в узкое место, интерфейс GbE является стандартным компонентом точки доступа Pre-n. Кроме того, многие представленные на рынке точки доступа Pre-n нуждаются в большей мощности электропитания, чем они могут получить с помощью технологии питания по Ethernet (Power over Ethernet, PoE) согласно стандарту IEEE 802.af. Поэтому при планировании кабельных соединений для точек доступа необходимо создать условия для того, чтобы использовать Gigabit Ethernet в сочетании с более производительной технологией PoE по стандарту IEEE 802.3at.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
С внедрением инфраструктур, пригодных для поддержки стандарта IEEE 802.11n, применяемые методы планирования и документации WLAN принципиально не изменятся. Однако в связи с тем, что для повышения пропускной способности каналы приходится объединять, помимо диапазона 2,4 ГГц необходимо задействовать диапазон 5 ГГц.
Ренэ Кридеманн — руководитель 2nd Wave WLAN Consulting, консалтингового агентства, специализирующегося на планировании и анализе беспроводных локальных сетей.
© AWi Verlag
Гладко было на бумаге...
ланирование беспроводной сети зачастую отличается от той идеальной схемы, которая описана в статье. К тому же, подобное моделирование сети, как справедливо указывается, чревато рядом рисков, включая ошибки при указании размеров и недостаточно подробное описание материала стен. Как показывает опыт, в старых деревянных зданиях под штукатуркой нередко имеется металлическая сетка, из-за чего уровень сигнала может снизиться в несколько раз, а в некоторых случаях сигнал вообще неспособен преодолеть это препятствие. Вместе с тем, предложенная последовательность этапов дает полезные ориентиры при подготовке к построению беспроводной сети.
Измерение силы входящего сигнала сетей 802.11n с использованием тестовой точки доступа стандарта 802.11a/b/g вряд ли возможно. Впрочем, если такая точка доступа 802.11a/b/g покажет наличие сигнала, то он уж точно появится в сети 802.11n. Стандарт IEEE 802.11n предусматривает множественный ввод/вывод (Multiple Input Multiple Output, MIMO), поэтому дает огромный выигрыш — по сравнению с 802.11b/g — в скорости передачи в помещениях с большим количеством стен. Тем не менее, в окончательной версии стандарта заявляемая скорость 600 Мбит/с вряд ли будет достигнута.
Беспроводные устройства 802.11n работают наиболее устойчиво, только если они приобретены у одного производителя, в наибольшей степени это касается стандарта 802.11n. Поэтому при проектировании беспроводной сети необходимо стараться выбирать компанию, предлагающую широкий ассортимент беспроводных изделий (точки доступа, маршрутизаторы, антенны, адаптеры, сетевые камеры, принт-серверы и видеосерверы), чтобы не столкнуться с проблемой совместимости в процессе расширения сети.
И главная рекомендация: после построения схемы расположения точек доступа необходимо проверить с помощью ноутбука или тестера все места, где будет востребован WiFi.
Максим Ткаченко — представитель компании Digital Data Communications (DDC), торговая марка Level One.