Использование канала Wi-Fi, что это такое

Обратите внимание, что во всех случаях к уравнению добавлялись только новые SSID и точки доступа — для этого создавался небольшой клиентский трафик или он вообще отсутствовал. Это произошло из-за того, что CCI/CCC были добавлены маяками, транслируемыми точками доступа на одном и том же канале.

Хотя в реальном мире не все использование канала вызвано AP CCC/CCI, использование канала может быть полезным показателем, особенно если вы сравниваете уровни в часы и в нерабочее время. (когда клиентов очень мало).

Статистика использования CLI

Если вы работаете с интерфейсом командной строки, вы можете просмотреть эту информацию в интерфейсе командной строки вашего WLC. Вы можете получить ту же информацию с помощью команд:

Нам всем нужны высокопроизводительные беспроводные локальные сети. Для этого мы должны довести Wi-Fi до предела!

(Адаптированная тема Scarface Theme, куплет 1)

Давайте до предела!

Пройдите по краю периметра

Но не смотрите вверх, просто держите голову

И вы закончите

Опрос до предела!

Точка отсутствия пропускной способности пройдена

Вы достигли края, но вам все еще нужно учиться

Как это сделать

Ударь по полу и удвой темп

Ноутбук настежь, как у инженера из ада

И вы сокрушите скорость test

Обойти заднюю часть каждой комнаты

Ничто не остановит вас

Нет такой прочной стены

Так близко, батарея рядом с краем

Итак, толкайте!

Мы идем по тонкой грани при проектировании беспроводных сетей, пытаясь передать как можно больше пользователей и пропускную способность через наши точки доступа, обеспечивая достаточную пропускную способность для удовлетворения спроса, не перегружая сеть. Но каковы пределы и как мы узнаем, что достигли их? Или, что более важно, как мы планируем и проектируем сети Wi-Fi, чтобы убедиться, что мы не выходим за эти пределы?

Правильные показатели

Пропускная способность может быть определена как количество времени, доступного станциям для передачи и приема данных. Или, другими словами, доступная емкость — это обратная величина использования сети. Тогда возникает вопрос: как измерить загрузку сети?

Чтобы спроектировать, измерить и оценить производительность беспроводной локальной сети, нам необходимо понять ключевые показатели, определяющие ее работоспособность. Как в проводных, так и в беспроводных сетях ключевыми показателями являются пропускная способность (точнее, «пропускная способность», которую я буду использовать в дальнейшем) и задержка. Если вы помните из моего предыдущего поста, пропускная способность на самом деле является функцией задержки сериализации, а задержка — функцией как географической задержки, так и задержки состязания.

Для обсуждения задержки в оставшейся части этой статьи я ограничу свое рабочее определение задержкой из-за конкуренции на уровне доступа, поскольку большинство сетей Wi-Fi перемещаются на расстояния всего в несколько десятков метров с радиочастотой. сигналы, движущиеся со скоростью, близкой к скорости света, что делает географическую задержку незначительной.

Однако существует ключевое различие между проводными и беспроводными сетями, которое необходимо учитывать. В проводных сетях и пропускная способность, и задержка напрямую связаны с использованием канала; проводной канал работает в полнодуплексном режиме и с одной фиксированной скоростью, что обеспечивает предсказуемость и прямую корреляцию между пропускной способностью и задержкой с использованием канала. Поэтому в проводных сетях мы используем показатели пропускной способности и задержки для непосредственной оценки работоспособности сети.

В беспроводных сетях базовый канал является полудуплексным и работает с переменной скоростью передачи данных в зависимости от комбинации возможностей точки доступа, возможностей клиента и факторов окружающей среды, таких как RSSI, SNR и многолучевое распространение. Следовательно, нет прямой зависимости между пропускной способностью и использованием канала. Например, возьмем три разных клиента, которым необходимо потреблять одинаковую пропускную способность 10 Мбит/с: высокопроизводительный ноутбук может привести к использованию эфирного времени на 4 %, планшет — на 10 %, а смартфон — на 25 % (это примеры цифр). только и не должны использоваться для целей планирования). Очевидно, что пропускная способность не является хорошим показателем использования или работоспособности WLAN. Уникальное сочетание клиентов и приложений в сети определяет использование эфирного времени в сети и, как следствие, пропускную способность и задержку доступа в WLAN. Специалисты по беспроводным сетям должны сосредоточиться на базовом использовании эфирного времени, чтобы оценить использование сети, доступную емкость и работоспособность беспроводной сети.

Использование эфирного времени — ключевой показатель для измерения и оценки работоспособности WLAN

На использование эфирного времени (или использование канала) влияют два основных фактора: внешние радиочастотные помехи (энергия, не связанная с Wi-Fi) и конкуренция между средами (передачи Wi-Fi). Внешние радиочастотные помехи довольно просты; энергия выше порогового значения CCA ED (Оценка чистого канала, Обнаружение энергии) заставляет станции Wi-Fi воспринимать среду как занятую и откладывать передачу, тем самым потребляя доступное эфирное время с точки зрения станции Wi-Fi. Кроме того, энергия ниже порогового значения CCA ED может повысить уровень шума и снизить SNR для станций Wi-Fi, что приведет к использованию более низких скоростей передачи данных и, возможно, более высоких скоростей повторной передачи. Для средней конкуренции требуется немного больше определений, так как тема более тонкая и требует большего внимания для успешного планирования и проектирования беспроводной локальной сети.

Можно разделить источники конфликтов в среде 802.11 на две основные категории. Если есть два ограничения, о которых нам нужно знать в Wi-Fi, то это два!

1. Потребность в эфире – потребность в эфирном времени для станций в пределах отдельной радиоячейки точки доступа.
2. Co-Channel Interference (CCI) – использование эфирного времени в результате конфликта Wi-Fi между всеми станциями (AP и клиентами) на одной частоте или канале в нескольких радиоячейках AP. ли>

Эти два решения в основном дают один и тот же эффект, но в процессе проектирования WLAN используются разные подходы. Спрос на эфирное время решается за счет планирования пропускной способности, а CCI — за счет планирования покрытия.

Спрос на эфирное время

Первый крупный источник конфликтов между средами – потребность в эфирном времени в пределах одной радиоячейки точки доступа. Проще говоря, это количество эфирного времени, которое требуется всем клиентам с различными возможностями, работающими с различными приложениями, которые подключены к одной радиоточке AP.

Многие профессионалы в области Wi-Fi и новички попадают в ловушку, пытаясь угадать количество клиентов, на поддержку которых должна быть рассчитана одна точка доступа, или, что еще хуже, решить, сколько точек доступа требуется на основе квадратных футов/метров, используя правило -большой палец. Эти устаревшие методы проектирования WLAN привели к тому, что прогнозы пропускной способности неточно отражают потребность в пропускной способности и предполагаемый вариант(ы) использования WLAN. Часто беспроводные локальные сети развертываются со слишком малым количеством точек доступа, следуя устаревшей методологии проектирования, ориентированной на покрытие, или со слишком большим количеством точек доступа, потому что не было выполнено планирование пропускной способности, используемая методология планирования пропускной способности неточна или ложное представление о том, что простое развертывание большего количества точек доступа приведет к увеличению емкости.

Пропускная способность WLAN в значительной степени определяется взаимодействием между инфраструктурой и клиентскими устройствами, при этом возможности каждого из них напрямую влияют на производительность сети, зависящую от общего эфирного времени. Не существует двух одинаковых сетей WLAN из-за уникального сочетания точек доступа и множества различных типов клиентских устройств. Следовательно, мерой пропускной способности WLAN является определение потребности в эфирном времени всех станций WLAN на основе их количества, возможностей и предполагаемого использования (требования приложений, поведение пользователя и/или устройства). Из этих измерений в сочетании с другими характеристиками среды мы можем получить прогноз пропускной способности, который описывает количество радиомодулей Wi-Fi, работающих на непересекающихся каналах (для минимизации CCI) в той же физической области, которые необходимы для удовлетворения требований к пропускной способности. всех клиентских устройств.

Потребность в эфирном времени в сети WLAN для каждого отдельного клиентского устройства определяется делением пропускной способности приложения на реальную пропускную способность устройства.Необходимо соблюдать осторожность, чтобы использовать реалистичные значения пропускной способности устройств, которые устройства будут использовать в сети WLAN; избегайте использования пиковой пропускной способности в лучшем случае. Затем потребность в эфирном времени суммируется для всех одновременных клиентских устройств в WLAN и распределяется между полосами частот, чтобы определить правильное количество точек доступа и радиостанций для развертывания. Это дает прогноз пропускной способности, необходимой для WLAN.

Ключом к прогнозу пропускной способности является снижение средних конкуренций между клиентскими устройствами за счет их сегментации на достаточно небольшие группы, работающие на непересекающихся каналах, чтобы каждый клиент мог достичь требуемого уровня пропускной способности приложения для оптимального взаимодействия с пользователем. Как показано на рисунке ниже, цель состоит в том, чтобы найти правильное количество радиомодулей AP, которые будут сегментировать пользователей по разным доменам коллизий, а не перегружать радиомодули AP. Прорыв или соотношение радиостанций 5 ГГц и 2,4 ГГц также имеет решающее значение, поскольку диапазоны 5 ГГц предлагают значительно больше каналов и пропускной способности.

Планирование пропускной способности должно привести к оптимальному количеству точек доступа для обслуживания всех пользователей без перегрузки точек доступа.

Помехи в одном канале (CCI)

Второй основной источник конфликтов — межканальные помехи (CCI). Поскольку радиосвязь не ограничена, приемники должны пытаться отличить желаемый входящий сигнал от всей другой энергии. Когда в одно и то же время существует несколько передач на одной и той же частоте, это усложняет способность приемных станций точно определять правильный сигнал для синхронизации своих схем и приема. Поэтому, чтобы предотвратить потерю кадров в таких ситуациях, большинство беспроводных систем работают либо в полудуплексном (пример: Wi-Fi), либо в симплексном (пример: FDD) режиме. Для Wi-Fi это означает, что станции должны отложить передачу, если они обнаружат, что на данной частоте идет передача Wi-Fi.

Помехи в одном канале (CCI) возникают из-за необходимости повторного использования одних и тех же радиочастот (каналов) в развертывании WLAN с несколькими точками доступа из-за ограниченных ресурсов спектра, с которыми нам приходится работать. Это также происходит из-за того, что соседние беспроводные локальные сети находятся в пределах досягаемости друг друга и используют перекрывающиеся частоты из-за отсутствия координации или ограниченных ресурсов спектра. Когда CCI присутствует, несколько радиомодулей AP имеют перекрывающиеся зоны покрытия и заставляют станции Wi-Fi откладывать передачу через границы AP. Таким образом, передача в одной соте AP вызывает задержку в соседней соте AP. В результате две соты точки доступа в значительной степени делят доступное эфирное время и пропускную способность.

Очень важно понимать, как проектировать беспроводные локальные сети, чтобы свести к минимуму CCI. Чтобы сделать это эффективно, мы должны знать пороговое значение RSSI, при котором станция Wi-Fi может правильно распознавать, синхронизировать и декодировать преамбулу кадра и заголовок PLCP (заголовок физического уровня). К сожалению, это зависит от набора микросхем и конструкции устройства. Как правило, заголовки кадров PLCP можно декодировать на уровне чувствительности приема (Rx) устройства Wi-Fi со скоростью передачи данных, используемой для кодирования преамбулы. Заголовки PLCP жестко закодированы для низких скоростей передачи данных на основе спецификаций PHY следующим образом:

• 802.11b с длинными преамбулами = 1 Мбит/с
• 802.11b с короткими преамбулами = 2 Мбит/с
• 802.11a/g/n/ac (OFDM) = 6 Мбит/с

Уровень чувствительности Rx для многих наборов микросхем при этих скоростях передачи данных может быть очень низким, в диапазоне от -90 до -99 дБм (иногда даже ниже для точек доступа). Это может привести к обнаружению CCI из очень удаленных передач, что приведет к задержке и потере эфирного времени и пропускной способности. Некоторые устройства Wi-Fi, в основном точки доступа, также имеют искусственные пороги распознавания несущей CCA, которые можно настроить для игнорирования передач ниже определенного уровня сигнала, который выше, чем чувствительность приема устройства, что снижает негативное влияние CCI от удаленных передатчиков.< /p>

Сообразительные читатели могут спросить: "Почему бы им просто не разработать устройство с более низкой чувствительностью Rx?" Ответ заключается в том, что лучшая чувствительность Rx улучшает прием кадров на всех скоростях передачи данных, включая более высокие скорости передачи данных, улучшая скорость во всем диапазоне. Улучшенная чувствительность Rx, как правило, полезна и повышает производительность.

Стандарт IEEE 802.11-2012 также определяет пороговое значение сигнала для определения несущей и задержки CCA, которое составляет -82 дБм для OFDM PHY (802.11a/g/n/ac). Этот уровень также является общим искусственным порогом в AP. Поэтому специалисты по беспроводным сетям обычно разрабатывают беспроводные локальные сети для минимизации CCI, используя границу соты -82 дБм. Важно понимать, насколько далеко РЧ-сигнал выходит за пределы желаемой зоны покрытия ассоциации (например, -66 дБм). График ниже помогает визуализировать это расстояние, которое является результатом закона обратных квадратов, который гласит, что каждое удвоение расстояния в свободном пространстве приводит к 1/4 мощности принимаемого сигнала, или -6 дБ.Практический эффект заключается в том, что CCI вполне может вызвать отсрочку CCA, совместное эфирное время и общую пропускную способность на расстоянии до 8-кратного расстояния от точки доступа в качестве желаемого диапазона клиентской связи!

Отсутствие защиты от CCI является одной из основных причин снижения пропускной способности современных сетей Wi-Fi. Часто сетевые архитекторы осознают необходимость большей пропускной способности, но не принимают во внимание негативные последствия помех в совмещенном канале (CCI), которые фактически снижают пропускную способность. Крайне важно спланировать правильное количество точек доступа, размещение точек доступа, антенны, ширину канала точки доступа и использование каналов DFS (влияющих на количество каналов, доступных для повторного использования частот), порог покрытия ассоциации, перекрытие точек доступа для роуминга, повторное использование частот и CCI. границы при проектировании WLAN. При установке слишком большого количества точек доступа или неадекватной реализации плана повторного использования частот CCI увеличится, а фактическая пропускная способность WLAN уменьшится из-за увеличения накладных расходов, связанных с управлением и контролем трафика. Кроме того, пропускная способность снижается еще больше, поскольку к точкам доступа на частоте подключается больше клиентов из-за более высокого среднего значения RSSI/SNR в большей зоне покрытия, что приводит к тому, что большее количество станций конкурирует за совместно используемое эфирное время канала. В рамках процесса проектирования отключение радиомодулей является тактикой, которую следует учитывать, когда это уместно, чтобы свести к минимуму CCI, особенно в диапазоне 2,4 ГГц и стандарте де-факто для точек доступа с двумя радиомодулями и фиксированными частотными диапазонами.

Переломный момент

Поскольку использование эфирного времени является ключевой метрикой, определяющей работоспособность WLAN, нам необходимо знать предельную точку, когда объем использования эфирного времени приводит к снижению производительности приложений и ухудшению работы пользователей. Критическая точка варьируется, но основана на требованиях к задержке приложения и базовой механике обработки конфликтов WMM для различных очередей QoS. Задержка сильно зависит от количества коллизий и повторных передач, необходимых для успешной доставки кадра по радиоканалу.

Использование сети и количество повторных передач на кадр для каждой категории доступа EDCA (Источник: Comsis)

При проектировании беспроводной локальной сети определите, какой набор приложений используется в сети и, таким образом, какая предельная точка использования эфирного времени применима:

Приложения для работы с данными более терпимы к повторной передаче кадров, поскольку они не требуют взаимодействия в реальном времени. Очередь наилучших усилий WMM — это место, где обрабатывается большинство приложений для обработки данных, которое имеет большой начальный размер окна конкуренции, вмещает больше одновременных пользователей и более высокое использование эфирного времени, прежде чем начнут появляться повторные передачи и снижение производительности.

Интеграция в дизайн WLAN

К проектированию WLAN следует подходить с упором на разработку сбалансированного дизайна, обеспечивающего надлежащие уровни покрытия и пропускной способности. Сбалансированный дизайн пытается обеспечить достаточную пропускную способность для удовлетворения растущего спроса, не создавая при этом чрезмерных затрат на беспроводную локальную сеть. Этот подход требует тщательного анализа требований к пропускной способности, чтобы определить количество точек доступа, соответствующее текущему и будущему спросу. Повторное использование частот имеет решающее значение при планировании радиочастот, чтобы гарантировать, что требуемая плотность точек доступа может быть успешно реализована без создания значительных помех в совмещенном канале (CCI). Сбалансированный дизайн подходит для большинства современных сетей WLAN, которые сталкиваются с растущей плотностью устройств и бизнес-зависимостью от WLAN, но должны учитывать бюджетные ограничения и окупаемость инвестиций.

Правильное планирование пропускной способности должно сочетаться с планированием радиочастотного покрытия, чтобы определить правильное количество точек доступа для беспроводной локальной сети, а также то, как ее следует реализовать в заданном физическом пространстве с использованием правильного размещения точек доступа, выбора антенны, диаграмм покрытия и частоты. -использовать. Планирование радиочастотного покрытия и пропускной способности WLAN требует различных методов прогнозирования и измерения, которые в то же время должны быть связаны друг с другом согласованным образом для достижения успешного результата. Как покрытие, так и требования к пропускной способности должны быть спрогнозированы как часть процесса проектирования WLAN и объединены вместе, чтобы обеспечить окончательный проект WLAN. Сетевые архитекторы не должны полагаться исключительно либо на планирование покрытия, либо на планирование пропускной способности при проектировании беспроводных локальных сетей, а должны использовать оба процесса вместе.

В некоторых средах требования к пропускной способности диктуют наличие большего количества точек доступа (на непересекающихся каналах), чем это требуется исключительно на основе требований к радиочастотному покрытию. В других средах может быть наоборот.А в средах с высокой плотностью производительность для каждого пользователя может быть ограничена из-за ограничений радиочастотного спектра и CCI. Рекомендуется, чтобы сетевые архитекторы выполняли планирование пропускной способности и покрытия WLAN параллельно и в итеративном процессе, уравновешивая требования обоих, прежде чем принимать окончательное решение.

Дополнительные ресурсы

Недавно я провел вебинар с Aruba Networks под названием "Отличная сеть Wi-Fi начинается с правильного проектирования", на котором я рассказал о 7 принципах проектирования беспроводных сетей, описав ключевые шаги для достижения успеха от начала до конца.

На конференции WLPC 2015 я выступил с докладом "Планирование пропускной способности WLAN: от концепции к практике", где подробно рассказал об итеративном процессе проектирования между планированием пропускной способности и планированием покрытия. Я также привожу пример из реальной жизни, чтобы воплотить методологию в жизнь в осязаемой форме.

Я также выпустил бесплатный инструмент Revolution Wi-Fi™ Capacity Planner ©, который представляет собой инструмент прогнозирования, помогающий на этапе планирования пропускной способности при проектировании WLAN. К инструменту также прилагается руководство пользователя, в котором подробно описаны используемая теория и методология. Оба объединяются вместе при загрузке.

Обязательно ознакомьтесь с другими опубликованными мной видеороликами о планировании пропускной способности WLAN.

Заключительная мысль

Wi-Fi — это сложная технология, и единственный способ улучшить ее — приложить усилия, обучаясь и приобретая опыт. Так что выходите и доведите себя до предела!

(Адаптированная тема Scarface Theme, куплет 2)

Добро пожаловать в предел

(Ограничение)

Сделайте, возможно, еще один шаг

Клиенты, требовательные к пропускной способности, все еще приходят, так что< /p>

Тебе лучше изучить это

Довести до предела

(Предел)

Никого не осталось, кроме тебя, на твоем пути< /p>

Вы можете быть неосторожны, но ваша беспроводная локальная сеть никогда не будет безопасной

Пока вы ее поддерживаете

Добро пожаловать в предел

(Предел)

Стоя на краю периметра

Не смотрите вниз, держите голову

И все будет готово

Поэтому стопроцентное использование канала означает, что для передачи данных нет времени, и это справедливо. Что меня интересует, так это понять, что такое «максимальное эфирное время» на самом деле? Что на самом деле представляют эти 100 %?

Кроме того, из реального опыта я заметил, что использование канала превышает 50 %, и производительность начинает очень быстро падать. Технически это не имеет смысла, поскольку эфирное время доступно. Если вы думаете об этом, как о съезде на шоссе, и примите во внимание, что чем больше автомобилей на шоссе, тем больше времени вам потребуется, чтобы добраться до него, это имеет смысл, но если время доступно из-за того, что процент меньше 100% - как это действительно работает?

С простой точки зрения, я понимаю, что клиент должен выполнить CCA, и есть несколько таймеров, задействованных для резервирования времени для передачи, но я хочу понять больше.

На самом деле это гораздо более глубокий вопрос, чем вы думаете, но я постараюсь сделать его простым.

Представьте себе тактовый цикл, в верхней части которого находится точка доступа с минимальной обязательной скоростью. 100 % – это когда каждые 20 мкс между маяками заполнены обнаруживаемой несущей.

Что касается того, что его заполняет, то это сочетание трафика, помех, удалений и прочего мусора. Скорость, с которой согласовывается каждый клиент, определяет, какую пропускную способность на самом деле означает 100%-е использование.

Давайте для упрощения представим, что вы отправляете маяки только один раз в секунду, а каждый клиент волшебным образом согласовывается со скоростью 6 МБ/с. Один клиент может передать 6 Мбит за всю секунду и вызвать 100 %-е использование канала, или два могут разделить это, и каждый получит по три, или какая-то комбинация этих действий.

ARP, широковещательная и многоадресная рассылка значительно замедляют этот процесс, поскольку они также должны отправляться с минимальной обязательной скоростью (или самой высокой обязательной скоростью в случае многоадресной рассылки). По умолчанию в вашем WLC это 1 Мбит/с (arp/широковещательная передача) и 6 Мбит/с (многоадресная передача).

Причина, по которой дела обстоят хуже, чем на 50 %, заключается в том, что клиенты начинают сталкиваться с конфликтами, а механизмы QoS, основанные на избыточном выделении ресурсов, перестают работать должным образом, что приводит к ухудшению, а не улучшению функциональности.

Это беспорядочный мир в 802.11

Редактировать: tl;dr – использование эфирного времени – это процент цикла маяка, который требуется для выхода в эфир, передачи некоторых символов с оговоренной скоростью и выхода из эфира для каждой станции, использующей точку доступа, плюс повторные попытки. , помехи и любой сверхмедленный трафик, который все должны слышать и который всегда отправляется очень медленно.

Отличный ответ, спасибо.

Я заметил, что использование канала превышает 50%, и производительность начинает очень быстро падать. Технически это не имеет смысла, поскольку эфирное время доступно.Если вы думаете об этом, как о съезде на шоссе, и примите во внимание, что на шоссе больше машин

Проблема в том, что другие клиенты не знают, когда можно прыгать по шоссе. Это вещательная среда, и никто точно не знает, когда кто-то другой собирается вести передачу, поэтому они должны слушать, прежде чем начать передачу. Представьте себе, что вы пытаетесь выехать на шоссе в машине без окон, и единственным признаком того, что на пути есть другая машина, является то, что вы чувствуете, как она ударяет вас. Если кто-то ударит вас, вам придется остановиться и подождать, а затем повторить попытку.

Поэтому отправители слушают перед передачей, и если возникает коллизия, они отступают и повторяют попытку. Если происходит еще одно столкновение, они немного отступают, прежде чем повторить попытку. Если у вас есть только два клиента, то они, вероятно, могут довольно хорошо работать друг с другом, но если у вас есть 5, 10 или 20 клиентов, каждый из которых передает неизвестные объемы данных в неизвестное время, у вас действительно высока вероятность коллизий, что означает больше и больше. большему количеству клиентов приходится отступать и ждать передачи. Когда вы достигаете 50% использования канала, количество коллизий увеличивается еще быстрее. Вы увидите такое же поведение в проводной сети с концентратором.

У вас также могут быть внешние помехи от устройств, отличных от 802.11, которые потребляют эфирное время, и, поскольку они не являются устройствами 802.11, они не будут отступать и ждать, пока другие отправители закончат, поэтому другим отправителям просто нужно подождать или попробуйте другой канал, чтобы избежать их. Я видел точки доступа со 100 %-м рабочим циклом без единого связанного клиента из-за слишком большого количества внешних помех или слишком высокой мощности передачи у точек доступа вокруг нее.

Читайте также:

  
• Что известно о Wi-Fi
  
• Лучшие Wi-Fi-роутеры для дома в 2019 году
  
• Что такое dlna в роутере
  
• Как сбросить настройки роутера tenda до заводских
  
• Scx 3205w подключение к Wi-Fi