Mechanizmy optymalizacji wydajności i niezawodności w rozwiązaniach bezprzewodowych firmy HP

Beamforming i MU-MIMO

Cechą charakterystyczną urządzeń fali drugiej standardu 802.11ac jest pełne wsparcie dla mechanizmów kształtowania wiązki (beamforming) oraz Multi-User MIMO (MU-MIMO), które pozwalają zoptymalizować wydajność sieci bezprzewodowych.

Nie zawsze o tym wiadomo, ale dopiero faza druga urządzeń pracujących w standardzie 802.11ac standaryzuje wsparcie technologii beamforming między klientem, a punktem dostępowym. Aby transmisja danych mogła przebiegać w ten sposób, obsługa beamforming wymagana jest po obu stronach. Obecnie dostępne produkty, które obsługują tę technologię, opierają się na pewnych niestandardowych założeniach.

Infrastruktura dostępowa

Wdrażanie szybkich, wydajnych i niezawodnych sieci bezprzewodowych wymaga szerszego spojrzenia na warstwę dostępową infrastruktury sieciowej przedsiębiorstwa. W wielu organizacjach nadal spotyka się warstwę dostępową zaprojektowaną na bazie klasycznych przełączników Fast Ethernet umożliwiających przesyłanie danych na poziomie 100 Mbit/s. W przypadku sieci standardu 802.11n, zapewniających realną prędkość transmisji na poziomie 150 Mbit/s, warstwa dostępowa oparta na interfejsie Fast Ethernet stanowi wąskie gardło, choć nie mamy tutaj jeszcze ograniczenia, które definitywnie wykluczało by zastosowanie takiego właśnie rozwiązania.

Zwiększenie przepustowości sieci bezprzewodowej poprzez wdrożenie urządzeń pracujących w standardzie 802.11ac wymusza w tym przypadku modernizacji warstwy dostępowej. To jednak nie wszystko. Wdrożenie standardu 802.11ac może oznacza także zwiększone zapotrzebowanie na zasilanie. Układy trzystrumieniowe, a takie stosuje się w urządzeniach 802.11ac, z uwagi na zwiększony pobór energii powyżej 15,4W, wymagają zastosowania przełączników obsługujących standard PoE+. Oczywiście, o ile chcemy zasilać tego typu punkty dostępowe z sieci LAN.

Dla przypomnienia: w urządzeniach 802.11ac fali pierwszej stosuje się kanały radiowe o szerokości 80 MHz, podczas gdy w urządzeniach radiowych fali drugiej tego standardu kanały o szerokości 160 MHz. Problem polega na znalezieniu tyle wolnego pasma, abyśmy w praktyce mogli korzystać z kanałów 160 MHz. W przypadku sieci Wi-Fi uruchamianych w budynkach w centrach dużych miast, oraz warunkach korporacyjnych, w których upakowanie sieci Wi-Fi jest bardzo duże, wydaje się to być mało prawdopodobne.

Aby zapewnić pełną wydajność sieci 802.11ac drugiej fali konieczne być może dostarczenie podwójnych interfejsów gigabitowych do punktów dostępowych, a także zwiększenie do do 10 Gbit/s pasma pomiędzy przełącznikiem dostępowym, a przełącznikiem brzegowym.

Z tego względu już dzisiaj, w trakcie planowania migracji lub modernizacji infrastruktury dostępowej (LAN), konieczne jest uwzględnienie kwestii związanych z obsługą sieci bezprzewodowych wdrożonej z wykorzystaniem nowoczesnych urządzeń pracujących w standardzie 802.11ac. Dotyczy to zapewnienia zwiększonej przepustowości dla obsługi wzmożonego ruchu w sieci Wi-Fi oraz zapewnienia wymaganego poziomu zasilania dla punktów dostępowych.

Channel Bonding

W standardzie 802.11ac dwa kanały o szerokości 40 MHz wykorzystywane są do stworzenia kanału 80 MHz, przy czym operacja ta wykonywana jest dynamicznie. Kiedy drugi kanał 40 MHz jest wolny urządzenie radiowe może zacząć nadawać na 80 MHz i tym samym zwiększyć przepustowość transmisji danych. Mechanizm ten nazywa się Channel Bonding i po raz pierwszy pojawił się w sieciach standardu 802.11n.

W przypadku sieci 802.11ac mamy do czynienia z kanałem radiowym o szerokości 160 MHz, czyli aż 8 kanałów o szerokości 20 MHz. Wydaje się być jednak mało prawdopodobne, aby możliwe było wykorzystanie tak szerokiego kanału w praktyce.

Modulacja 256 QAM

Standard 802.11ac wprowadza nowa modulację 256 QAM, która zapewnia wzrost wydajności sieci bezprzewodowej bez konieczności zwiększania szerokości kanału radiowego. W porównaniu z modulacjami 16 QAM i 64 QAM, stosowanymi w standardzie 802.11n, upakowanie symboli w modulacji 256 QAM jest dużo wyższe, dzięki czemu w postaci jednego symbolu możemy zakodować więcej danych. Pojedynczy symbol reprezentuje tutaj odpowiednio cztery, sześć albo osiem bitów. Zmiana kodowania (modulacji) z sześciu na osiem bitów, a zatem gęstsze opakowanie symboli, wymusza zapewnienie wyższej jakości kanału radiowego, którym przesyłane są dane w sieci bezprzewodowej.

Kluczowym parametrem punktu dostępowego, a konkretnie jego układu bezprzewodowego, jest czułość radia. Parametr ten wskazuje przy jakim poziomie sygnału urządzenie jest w stanie dekodować przechwycone pakiety danych. Z reguły, analizując wartość tego parametru patrzymy na informacje dotyczące czułości radia dla najniższej prędkości transmisji danych obsługiwanej przez dany punkt dostępowych. W praktyce próg ten kształtuje się przeciętnie na poziomie ok. -90 do -95 decybeli przy transmisji danych (data rate) 1 Mbit/s.

W przypadku wyższych szybkości transmisji i modulacji 256 QAM czułość radia dla punktu dostępowego HP 560 kształtuje się na poziomie -67 decybeli. Aby zastosować ten typ modulacji stosunek sygnału do szumu (SNR, Signal Noise Ratio) musi więc być bardzo wysoki.

W praktyce oznacza to, że im dalej urządzenie klienta znajduje się od punktu dostępowego, tym mniejsze szanse na zastosowanie modulacji 256 QAM i pełnej prędkości sieci 802.11ac. Punkt dostępowy nie może dekodować skomplikowanych modulacji przy słabej jakości sygnału. Tak więc, kiedy urządzenie bezprzewodowe oddala się od punktu dostępowego, następuje uproszczenie modulacji, a zatem i spadek prędkości transmisji danych (data rate).

Standard 802.11ac przynosi szereg korzyści, z których najważniejszą wydaje się być zwiększenie przepustowości sieci bezprzewodowej. Wdrożenie urządzeń 802.11ac w organizacji wymaga jednak szerszego spojrzenia na sposób implementacji infrastruktury sieciowej, w szczególności jej warstwy dostępowej oraz wyboru metody projektowania radiowego, w której w jeszcze większym stopniu powinniśmy uwzględnić parametry związane z wydajnością sieci. Aby w pełni wykorzystać możliwości jakie niesie ze sobą standard 802.11ac konieczne jest gęściejsze posadowienie punktów dostępowych na obszarze, który zamierzamy pokryć zasięgiem sieci bezprzewodowej.