«По делам их узнаете их»
Матфей 7:20



Сегодня на рынке беспроводных технологий сложилась ситуация, когда WiFi решения не делает только ленивый. Китайские вендоры, американские вендоры, европейские вендоры, израильские вендоры, российские вендоры… все выпускают «беспроводные решения для корпоративных сетей». Но, как в футболе, есть Реал Мадрид, Челси и Бавария, а есть Пахтакор и Дижон, при всем уважении. И те и другие бегают по полю 68 на 105 метров и бьют ногами по мячу, пытаясь попасть в рамку 7 на 2,5. Но тут весь вопрос не в том «ЧТО ОНИ ДЕЛАЮТ», а в том «КАК ОНИ ЭТО ДЕЛАЮТ».

Если вам, как корпоративному заказчику нужно, чтобы при входе в офис у вас появлялось «пять палок» WiFi, то такую задачу вам быстро решат много маленьких и не очень производителей. Каждый будет уверять, что соответсвует всем стандартам и отвечает всем вашим требованиям и сделает все «быстро, хорошо и недорого», вопреки известному принципу. НО. Если ваша задача в том, чтобы

• User Experience Index не падал в пол,
• чтобы все, кто подключился к вашей сети получал реальный сервис, а не крутящиеся часики,
• чтобы вас раз в неделю не взламывали малолетки при помощи hacker kit-ов из Интернета и
• чтобы вы не бродили мучительно со сканером, выискивая где какая… включает микроволновки, которые «кладут» вашу сеть,

то вам однозначно придется выбирать кого-то из премьер-лиги. В этом месте возникает законный и самый важный вопрос для людей, не глубоко в теме – а как же из всего этого информационного шума ВЫБРАТЬ? Все тычат в вас тестами, проектами, заказчиками и говорят про огромный опыт и лучшие в мире решения… Мой совет вам, как написано в правильных книгах — «По делам их узнаете их».

Есть несколько отличительных особенностей производителя, наличие которых причисляет компанию к премьер-лиге WiFi, вне всяких сомнения и вопреки козням конкурентов. И одна из них – это способность к уcпешной реализации так называемых High Density (HD) проектов. High Density — это когда на ограниченном пространстве собирается очень большое количество людей и почти каждому из них нужен качественный доступ в Интернет (например, WiFi на стадионе тысяч на 80 человек). Чтобы понять всю сложность этой задачи, нужно вспомнить школьную физику и такое ее понятие, как Интерференция. Еще нужно вспомнить, что радиоресурс – это вещь конечная и ограниченная. Мало того, в WiFi эта вещь еще и разделяемая. То есть, буквально, у вас есть два диапазона (2.4 и 5ГГц) и в каждом диапазоне прописан четкий набор радиоканалов (1, 6, 11 и др.) определенной ширины (20, 40, 80 и 160 Mhz) (для тех, кому интересно глубже в теорию — сюда), каждый из которых, в зависимости от типа модуляции, дает вам определенную полосу пропускания в Мбит/с и которая не может быть больше by design. Это означает, что вся WiFi инфраструктура разделяет между собой этот конечный набор радиоканалов и выступает арбитром доступа пользователей к этой общей среде. Здесь нельзя подвести каждому пользователю одну и ту же несущую по экранированной медной паре, как в Ethernet. И здесь огромную роль играет та самая интерференция, во всех видах. Пользователи начинают «глушить» друг друга за счет интерференции на границах диапазонов, за счет размещения на одном канале на соседних точках, данные начинают скапливаться в буферах… в конечном итоге, сеть как следует не работает.  


Рисунок 1. Конкурентный доступ к радиосреде

И, вместо улучшения качества связи с увеличением количества точек, наступает обратный эффект – ее ухудшение. Прибавьте к этому:

• неконтролируемый микс пользовательских устройств с разными возможностями, разными ОС, уровнями патчей, драйверов и типами радио
• высокую вероятность наличия у каждого пользователя нескольких устройств
• ограниченность большинства современных устройств на работу в режиме 1х1:1 HT20
• интерференцию с мобильными сетями LTE-A
• повышенную нагрузку на control plane в результате массового включения power saving на конечных устройствах
• плавающая нагрузка на сеть, с перепадом в сотни раз

и вы поймете, насколько сложной и многогранной является задача построения РАБОТАЮЩЕГО HD WiFi. Эту задачу ни в коем случае нельзя решить простым увеличением количества точек, как это иногда делают — написано в datasheet, условно, 50 активных пользователей на точку, делим 80 000/50 и получаем 1600 точек на стадион. Расставляем под лампами и креслами точки, запускаем сеть, убеждаемся на первом матче, что WiFi не работает и дальше возможны варианты:

• интегратора/вендора «вызывают на ковер», происходит бурное объяснение, интегратор/вендор идет учить мат. часть и попытаться исправить ситуацию по-живому (получается, как правило, плохо),
• интегратора/вендора «вызывают на ковер», происходит бурное объяснение и swap всего проекта на кого-то из премьер-лиги, кто умеет это делать,
• ...

Вывод простой – успешно сделать HD WiFi может только компания, которая действительно понимает, как работают современные WiFi сети, у которой есть люди, способные спроектировать, внедрить и поддерживать такую инфраструктуру и, самое главное, у которой есть инструменты, из которых можно построить такую инфраструктуру. Поэтому, берусь утверждать, что наличие в портфеле компании таких успешно реализованных проектов (а значит, таких ресурсов и экспертизы) однозначно причисляет ее к премьер-лиге WiFi.

Часть 2. О подходах

«- These entities are more advanced than us. Why don't they just come right out and tell us what's on their minds?
-You're more advanced than a cockroach, have you ever tried explaining yourself to one of them?»
The Mothman Prophecies

Давайте теперь поговорим, каким образом и при помощи каких технологий можно и нужно реальзовать HD WiFi. Как уже сказано выше, главный «бич» HD WiFi – это интерференция и общую емкость сети определяет количество радиоканалов, а не количество точек доступа. Интерференцию можно условно разделить на два типа — Adjacent Channel Interference (ACI) и Co-Channel Interference (CCI). ACI — это когда два канала пересекаются на границе спектров и излучаемая вне границ диапазона энергия увеличивает уровень радиошума в соседних каналах и, как следствие, количество ошибок, что особенно актуально в диапазоне 2.4Ггц, где непересекающихся каналов всего 3. Этот тип интерференции, как правило, не оказывает значительного влияния в обычных корпоративных WiFi сетях, т.к. среднее расстояние между точками в таких сетях порядка 20 метров, что, при стандартных потерях 80dB для 5Ггц обеспечивается достаточную изоляция и Clear Channel Assessment (CCA) механизам не видит 802.11 кадр, не определяет коллизию и не маркирует свободный канал, как занятый. Совсем другая история получается при построении HD WiFi. Здесь точки расположены настолько близко друг к другу, что ACI определяется механизмами CCA как коллизия и соседние каналы превращаются, фактически, в один домен коллизий со всеми вытекающими. Чтобы было нагляднее, давайте рассмотрим на простом примере, что происходит в подобном случае.




Рисунок 2. ACI

Допустим, точки стоят друг от друга так, как показано на Рисунке 2 и станция 2/точка 2 хочет передать данные. Они запускают CCA и, т.к. расстояние между ними и соседними станциями/точками меньше метра, то сигналы на соседних каналах (36-м и 44-м) за счет ACI превышают порог CCA и рассматриваются как коллизия. Станция 2/точка 2 в реультате молчит, законно считая, что канал занят.

Интерференция типа CCI (когда разные точки/станции находятся на одном канале и слышат друг друга из-за близкого расположения источников) имеет даже больший негативный эффект на HD WiFi сеть, чем ACI. Даже в случае, если каналы не переиспользуются внутри помещения, современные NIC-и в устройствах настолько чувствительные, что могут улавливать внешние источники на тех же каналах и определять это как коллизию.




Рисунок 3. CCI

Если устройство улавливает 802.11 кадр на своем радиоканале – оно не может передавать данные и ждет, пока закончится передаваемый кадр.

Что же такого умеют делать вендоры из премьер–лиги, чтобы победить физику и сгладить негативные эффекты от плотного использования радиосреды? Чтобы сделать разговор предметным, давайте определим, а чего же, как правило, хотят от HD WiFi, если расшифровать распространенное «чтоб работало». Хотят, как правило, чтобы решение:

• хорошо масштабировалось (речь о сотнях и тысячах точек доступа на инфраструктуру),
• стабильно выдавало заложенную производительность на смешанных шаблонах трафика при максимальных нагрузках (10000+ пользователей),
• потенциально интегрировалось с ядром мобильных операторов для обеспечения 3G/4G mobile offload-а,
• позволяло гибко дифференцировать политики доступа для различных групп пользователей, поддерживало разные типы аутентификации/авторизации,
• было безопасным, т.е. закрывало весь комплекс мероприятий по обеспечению информационной безопасности  как в проводной сети, так и в радио среде,
• легко настраивалось и имело центральную консоль, из которой можно было бы управлять всей сетью из одной точки

Одно из безусловно лучших решений на рынке, отвечающее вышеперечисленным требованиям и способное решить задачу построения HD WiFi — решение от Аруба, высокоуровневая архитектура которого выглядит следующим образом:


Рисунок 4. Архитектура HD WiFi

Условно, для простоты описания, его можно разделить на следующие крупные блоки:

• Оптимизация радио
• Комплексное обеспечение безопасности
• Оптимизация медиа-трафика
• Централизованное управление

Чуть ниже расскажу о каждом блоке подробнее, но сначала нужно сказать несколько слов о принципах физического дизайна HD сетей и расчета покрытия. Существует несколько очевидных варинатов размещения точек, точнее три основных – на потолке, на стенах и на полу – плюс разные их комбинации.






Рисунок 5. Размещение оборудования

Каждый вариант имеет свои преимущества и недостатки. Вариант с размещением точек на потолке наиболее распространенный в корпоративных сетях и имеет следующие преимущества:

• Точки можно спрятать под потолком и вынести наружу только антенны
• Равномерное распределение сигнала и точек
• Точки всегда в прямой видимости клиентских устройств
• Минимальная аттенюация сигнала людьми
• Хороший контроль интерференции обеих типов (CCI/ACI)

Самый важный минус этого варианта – большие сложности с переиспользованием каналов, т.к. с большой вероятностью, при таком размещении каждую точку будет слышно по всей площади HD покрытия.

Вариант с размещением точек на стенах не такой распространенный из-за ряда сложностей и неудобств, который он с собой несет. Во-первых, такой вариант также, как и варинат с размещением на/под потолком, не позволяет переиспользовать должным образом каналы. Во-вторых, уровень аттенюации в данном варианте существенно выше и уровень сигнала, как правило, серьезно плавает. Кроме того, при таком размещении сложно контродировать ACI/CCI и сигнал часто выходит за предполагаемую область покрытия. Поэтому такой вариант размещения требует серьезного обоснования и используется не часто.

Вариант с размещением точек на/под полом с точки зрения достижения максимального качества покрытия имеет следующие преимущества:

• Он позволяет переиспользовать каналы
• Точки также, как и с размещением под потолком, можно спрятать
• Сигнал покрывает площадь равномерно
• Точки всегда в прямой видимости клиентских устройств
• Минимальная аттенюация сигнала людьми
• Хороший контроль интреференции (CCI/ACI)

Кроме правильной физической расстановки точек, в каждом конкретном случае нужно выполнить еще ряд мероприятий, направленных на оценку покрытия и выбор соответствующих решений, как то – выбор, правильное размещение и правильная ориентация антенн, тщательная оценка бюджетов радиолинков (учитывающая мощности излучений, усиления антенн, поглощение радиоизлучения окружающей средой). Это очень важно, потому что если сначала неправильно рассчитать покрытие или не считать его совсем и/или неправильно расставить оборудование, то никакими манипуляциями потом ситуацию не исправишь и сеть будет работать плохо.

В итоге должна получиться примерно вот такая карта покрытия:


Рисунок 6. Радиопокрытие стадиона

После того, как все расчеты сделаны и проверены, можно приступать к расстановке оборудования и построению сети.

Продолжение следует.