Врата в мобильное будущее

 Растущее количество мобильных устройств с поддержкой WLAN в качестве основного способа доступа к сети ставит перед специалистами из отделов ИТ новые задачи. Уже на этапе планирования возникает вопрос о создании высокопроизводительных и надежных беспроводных соединений. В офисных средах речь идет в первую очередь о поддержке широкополосных бизнес-приложений для мобильных пользователей, а в промышленных сценариях — о создании отказоустойчивой базовой сети WLAN для обеспечения работы производственных линий.

Директорам по информационным технологиям (CIO) и администраторам ИТ, которые должны внести в инфраструктуру необходимые изменения для поддержки WLAN или разработать беспроводную сеть с нуля, следует принимать во внимание несколько важных аспектов. Это позволит с самого начала заложить оптимальную базу для беспроводного доступа, пригодную для долгосрочного использования.

Данный процесс начинается с выбора вида и способа проведения предварительных исследований на местности (Site Survey) и отнюдь не заканчивается применением конкретного алгоритма защиты. Важными факторами для достижения положительного результата являются также наилучшее из всех возможных распределение ячеек WLAN и продуманное структурирование с учетом востребованных служб (см. врезку «Важные вопросы при планировании сети WLAN»).

УВЕРЕННОЕ ПЛАНИРОВАНИЕ БЛАГОДАРЯ ИССЛЕДОВАНИЯМ НА МЕСТНОСТИ

Так называемые предварительные исследования на местности позволяют сформировать массив качественных данных, на основании которого составляется смета расходов по проекту и определяются дальнейшие действия. Внимательно изучив планы здания, можно смоделировать теоретически возможную зону охвата сети и определить требуемое количество точек доступа.

Однако надежные сведения об ожидаемой производительности будущей сети WLAN может предоставить только замер на местности, причем целесообразно использовать для этого тот тип точек доступа, который предусмотрен по проекту. В итоге предприятие получает документацию, где указывается точное количество необходимых устройств и выбраны точки для их монтажа — в идеале с гарантированной зоной покрытия, что позволит избежать возникновения незапланированных расходов при реализации проекта.

Такие измерения позволяют определить и «скрытые» препятствия, гасящие сигналы WLAN, — чаще всего это водопроводные трубы, кабельные шахты или металлические конструкции в гипсокартонных перегородках.

В зависимости от сценария применения необходимо обеспечить определенную минимальную мощность сигнала. В тех местах, где плотность пользователей беспроводной сети высока, она не должна быть ниже — 72 дБм. Для телефонов с поддержкой функции передачи голоса по WLAN потребуется от — 67 до — 65 дБм. И даже если в настоящий момент клиентские устройства с поддержкой 5 ГГц пока не применяются, еще на этапе исследования следует позаботиться о защите инвестиций и принимать во внимание оба частотных диапазона — 2,4 и 5 ГГц.

ПЛАНИРОВАНИЕ СЕТЕВЫХ ЯЧЕЕК

Как правило, производители в своих технических спецификациях указывают 64 пользователя на одну ячейку WLAN в качестве максимального значения. На практике же не стоит эксплуатировать в одной ячейке более 40 конечных устройств одновременно. А для сервиса передачи голоса по WLAN в одной ячейке вообще не должно работать более 15 телефонов.

Количество беспроводных ячеек, которые могут существовать рядом, не создавая друг другу помех, невелико: для частотного диапазона 2,4 ГГц — три независимых канала, для 5 ГГц — 16 независимых каналов (см. Рисунок 1). Поэтому необходимо следить за тем, чтобы две соседние беспроводные ячейки не использовали один и тот же канал. В любой точке, где пересекаются две ячейки с одинаковыми каналами, наблюдается значительное ухудшение качества и скорости соединения из-за возникновения взаимных помех (Crosstalk). В сетях, где поддерживается всего один частотный диапазон — 2,4 ГГц, таких наложений практически невозможно избежать.

Рисунок 1. Действительно доступные для использования каналы WLAN в частотном диапазоне 2,4 ГГц (вверху) и 5 ГГц (внизу). Для 2,4 ГГц доступны лишь 3 независимых канала, а в диапазоне 5 ГГц их уже 16.

Таким образом, справиться со значительным ростом количества мобильных конечных устройств не удастся, если следовать примитивной логике: «чем больше беспроводных ячеек, тем выше пропускная способность сети». А вот обдуманное переориентирование инфраструктуры на более производительный диапазон 5 ГГц может дать неплохие результаты, ведь все большее количество устройств, например iPad, предназначается для работы в этом частотном диапазоне. Планирование распределения каналов в этом диапазоне значительно проще, чем для 2,4 ГГц, однако любое решение надо тщательно продумать.

Высокая скорость передачи данных 300 Мбит/с, теоретически достижимая в стандарте 802.11n, базируется среди прочего на так называемой технологии объединения каналов (Channel Bonding). Это означает, что в одной беспроводной ячейке одновременно используются два соседних независимых канала, каждый из которых поддерживает до 150 Мбит/с. В результате число свободных каналов еще больше сокращается. Таким образом, суммарная пропускная способность в диапазоне 2,4 ГГц не может превышать 450 Мбит/с (3 × 150), в то время как в диапазоне 5 ГГц возможно достичь 2400 Мбит/с (16 × 150).

Кстати, рассмотрение совокупной теоретически возможной пропускной способности сети затрагивает не только передачу внушительных объемов данных, но и производительность небольших операций, ведь внутри одной ячейки все клиенты пользуются одной и той же средой передачи, поэтому «подавать голос» может лишь одно из устройств, а всем остальным приходится ждать своей очереди. Таким образом, чем быстрее будет осуществляться каждая операция по передаче данных, тем короче время ожидания для остальных клиентов. Все это вместе позволяет значительно повысить производительность сети и обеспечить бесшовное взаимодействие всех компонентов.

От размеров ячеек беспроводной сети зависит протяженность пограничных зон, где сказывается воздействие помех. Иначе говоря, если уменьшить а следовательно, и размер ячеек, то при большей плотности размещения точек доступа можно снизить уровень взаимных помех между ними. Однако это преимущество можно реализовать, лишь потратив значительные усилия как на планирование сети, так и на приобретение и установку оборудования.

Там, где раньше было достаточно двух точек доступа, теперь могут потребоваться четыре или даже шесть, причем все они должны использовать неперекрывающиеся каналы. При таких условиях сплошная зона покрытия в диапазоне 2,4 ГГц возможна только в результате значительных компромиссов относительно производительности сети.

АЛЬТЕРНАТИВНЫЙ ВАРИАНТ: МАССИВЫ WLAN

Одна из причин такого конфликта целей заключается в том, что в большинстве точек доступа устанавливаются ненаправленные (или всенаправленные) антенны. Получается, что сигналы расходятся как свет от лампочки — равномерно во все стороны. Решить эти проблемы можно при реализации другой концепции WLAN: в отличие от традиционных точек доступа в так называемом массиве WLAN применяются секторальные антенны (аналогичные тем, что используются, к примеру, в мобильных сетях). Территория, которую необходимо охватить сетью, делится на четко ограниченные сектора, поэтому на имеющейся площади гораздо легче разместить большое количество беспроводных ячеек.

Поскольку в этом случае сигнал передается в определенном направлении, вместо того чтобы распределяться по всему помещению, зачастую удается достичь двукратного увеличения дальности его действия, при этом проблемы, связанные с взаимными помехами между ячейками, значительно уменьшаются (см. Рисунок 2). В результате плотность размещения устройств снижается, а не увеличивается.

Рисунок 2. При концентрации сигнала с помощью секторальных антенн (справа) удается достичь двукратного увеличения дальности его действия — по сравнению с применением традиционных ненаправленных антенн (слева).

ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ КЛИЕНТОВ

Чем больше клиентов связано с какойлибо точкой доступа или ячейкой WLAN, тем медленнее работает система в целом. Поскольку в совместно используемой ячейке отправку данных может осуществлять только один клиент, время ожидания для остальных увеличивается пропорционально их количеству. Кроме того, каждый клиент, зарегистрированный в сети WLAN, создает нагрузку на точку доступа.

Интеллектуальные системы WLAN с поддержкой технологии распределения клиентских запросов (Client Load Balancing) предлагают адекватное решение этой проблемы: новый клиент приписывается к той точке доступа, у которой в данный момент меньше всего работы. Для этого точкам доступа необходимо обмениваться информацией. Это реализуется либо с помощью контроллера, выступающего в качестве центральной инстанции, расположенной на сетевой магистрали (недостаток такого подхода — повышение нагрузки на сеть из-за постоянного обмена данными между точкой доступа и контроллером), либо посредством интеллектуальных систем WLAN, способных принимать решение прямо на интерфейсе LAN/WLAN.

Штефан Хаберланд — инженер по продажам решений NGN в компании Brainworks Computer Technologie.