Сетевое, серверное, телекоммуникационное и торговое оборудование, AutoID и видеонаблюдение, ИБП и АКБ

Основы радиочастотного планирования применительно к Wi-Fi Cisco

 

Введение

Данная статья сфокусирована на описании основных величинах и понятиях, которые требуется знать при проектировании радиосети и настройке беспроводного оборудования Wi-Fi. Настройка оборудования и рекомендации приведены на примере точек доступа серии 1600, 2600, 3600, а так же контроллера 2504.

 Частоты и каналы

Для беспроводных сетей Wi-Fi определено 2 диапазона:

  • 2.4 ГГц (2.4 - 2.4835 ГГц)
  • 5 ГГц (5.15 - 5.35 и 5.725 - 5.825 ГГц)

Каждый диапазон имеет свои характеристики. Так, диапазон 5 ГГц имеет меньшую площадь покрытия, но при этом большую пропускную способность по сравнению с 2.4 ГГц. В разных странах есть свои ограничения на использования частотного спектра и мощность передатчика. Так появились разные регуляторные домены. Вот основные из них:

Домен

Страны

Диапазон 2.4 ГГц

FCC

Америка, Австралия, Новая Зеландия, части Азии и пр.).

 

11 каналов

ETSI (EMEA)

Россия, Европа, Восток, Африка, части Азии и пр.)

13 каналов (их них 3 не перекрывающихся канала: 1,6,11)

MKK

Япония

14 каналов

 

У производителя есть обязанность производить продукцию, подходящую под законодательство разных стран, то есть сертификацию в определенных регуляторных доменах.

В диапазоне 5 ГГц есть три поддиапазона:

1.Полоса 5150-5250 МГц имеет следующие каналы:

36: 5180 МГц

40: 5200 МГц

44: 5220 МГц

48: 5240 МГц 

2. Полоса 5250-5350 МГц имеет следующие каналы:

52: 5260 МГц

56: 5280 МГц

60: 5300 МГц

64: 5320 МГц

3. Полоса 5650-5825 МГц имеет следующие каналы:

149: 5745 МГц

153: 5765 МГц

157: 5785 МГц

161: 5805 МГц

1.     Основные термины и величины

дБ (dB). Децибел – это логарифмическое отношение сигнала к условной единице. Например, в таблице ниже происходит сравнение с 1 Вт

дБ

Вт

0

1

3

2

6

3,98

9

7,94

10

10

13

20

20

100

 

дБм (dBm). Децибел милиВатт – это логарифмическое отношение сигнала к 1 мВт

дБм

мВт

0

1

3

2

6

3,98

9

7,94

10

10

13

20

20

100

 

При увеличении мощности на 9 дБм зона покрытия для помещения увеличивается примерно в 2 раза. Соответственно, при уменьшении мощности на 9 дБм – уменьшается примерно в 2 раза.

дБи (dBi). Единица измерения усиления антенн относительно «эталонной» антенны. За такую эталонную антенну принят так называемый изотропный излучатель – идеальная антенна, диаграмма направленности которой представляет собой сферу, коэффициент усиления которой равен единице и КПД которой равен 100%.

Суммарная излучаемая мощность равняется сумме мощности передатчика и усиления антенны.

Отсюда возникает ответ на один из интересующих многих вопрос: почему Cisco Systems поставляет точки доступа в Россию с ограничением мощности в 18 дБм (63мВт). Ответ заключается вот в чем. Коэффициент усиления антенн варьируется от 2 (у встроенных антенн) до 6 дБи (у направленных внешних антенн). То есть результирующая выходная мощность будет от 20 дБм (100мВт) до 24дБм (250мВт).

При планировании не следует забывать особенность излучателя клиентского устройства: как правило, мощность передатчика сетевой карты клиента не превышает 50мВт. Соответственно, клиентское устройство будет отлично «слышать», но при этом его мощности не хватит для того чтобы точка доступа его «услышала». Таким образом, в общем случае, выставление мощности у точки доступа более 50мВт (17 dBm) не желательно.

Помимо мощности передатчика, в дБм так же измеряется и чувствительность приемника, значения будут отрицательными числами. Чувствительность приемника – это минимальный уровень сигнала, при котором связь будет еще установлена на минимальной скорости.

RSSI (Received Signal Strength Indicatio) – это переведенное в целые числа (от 0 до 255) значения мощности принимаемого сигнала. Для каждого производителя перевод может осуществляться по-своему.

SNR (Signal-to-Noise Ratio) - отношение уровня сигнала к уровню шума, в Дб. Как правило, отношение сигнал-шум должно не превышать 5 дБ для передачи данных и 25 дБ для передачи голоса.

 

2.     Радиочастотное планирование Wi-Fi

При разворачивании беспроводной сети нет общего шаблона, все индивидуально в каждой инсталляции. Однако есть набор основных правил, которых следует придерживаться. Ниже приведены основные вводные данные для радиочастотного планирования.

При радиочастотном планировании следует учитывать следующие основные характеристики беспроводной сети:

  1. Выбор типа сети (передача данных, голоса или позиционирование)
  2. Плотность пользователей
  3. Требования к покрытию и скорости передачи данных
  4. Особенности клиентских устройств (мощности передатчика, поддерживаемые диапазоны и каналы, поддерживаемые скорости передачи данных)
  5. Требования к безопасности сети

Эти характеристики могут быть выполнены при помощи манипулирования следующими физическим величинами:

  1. Диапазон (2.4 ГГц или 5ГГц)
  2. Используемые каналы выбранного диапазона
  3. Мощность передатчика
  4. Тип и коэффициент усиления антенны
  5. Разрешенные скорости передачи данных

Далее, каждый из «рычагов» разберем подробно.

В диапазоне 5 ГГц большее число непересекающихся каналов и большая пропускная способность, но на данный момент не все клиентские устройства поддерживают этот диапазон. В диапазоне 2.4 ГГц имеется только 3 непересекающихся канала: 1, 6 и 11. Соответственно радиочастотное планирование должно быть проведено с учетом этого. Не следует размещать рядом две точки доступа, которые будут работать на одной и той же частоте, это приведет к высокому значению сигнал-шум. В местах высокой плотности пользователей (например, конференц-зал) можно установить до трех точек доступа в целях повышения пропускной способности сети, они будут работать на разных каналах и не мешать друг другу. Следует заметить, что радиус зоны покрытия в диапазоне 5 ГГц существенно меньше чем в диапазоне 2.4 ГГц.

Для сети передачи данных необходимо определить минимальную скорость передачи данных на краях зоны покрытия и производить планирование сети с учетом этих данных. Так, например для одного и того же офиса может понадобится 6 точек доступа, чтобы покрыть со скоростью не ниже чем 11Мбит/с и 12 точек доступа чтобы покрыть со скоростью не ниже 24 Мбит/с. Если же необходимо ограничить радиус действия точки доступа, но при этом не уменьшать мощность и не проиграть в скорости, можно запретить ряд скоростей, например, с 1 по 11 Мбит/с на контроллере. Тогда на границах сети скорость будет не меньше 11 Мбит/с.

Для голосовой сети необходимо перекрытие зон покрытия соседних точек доступа не менее чем 15-20 процентов при уровне сигнала не ниже чем -67дБм, это обеспечит непрерывную связь во время роуминга. При этом рекомендуемые значения мощности точек доступа лежат в диапазоне 35-50 мВт.

Для систем позиционирования применяется более сложный подход к построению сети, так как здесь за основу берется не оптимальное радиопокрытие, а оптимальное расположение точек доступа.

Антенны позволяют увеличить дальность связи, не прибегая к увеличению мощности передатчика точки доступа, а так же передатчика клиента. Таким образом, если есть задача покрытия достаточно большого пространства или длинного коридора с низкой плотностью пользователей, можно воспользоваться внешними антеннами с большим коэффициентом усиления, как направленными (для коридоров) так и всенаправленными (для больших помещений).

Важно помнить, что следует планировать расстановку точек доступа с тем условием, что не рекомендуется одновременное подключение к одной точек доступа более 25 клиентов. В случае большой плотности клиентов или требований к высокой пропускной способности необходимо уменьшать мощность передатчиков и более плотно устанавливать точки доступа.

3.     Настройки радио интерфейса в WLC

Переходим к практической части.

На вкладке WIRELESS, меню 802.11b/g/n, пункт Network можно разрешить, запретить и сделать обязательными скорости передачи данных. В случае, когда необходимо ограничить радиус действия сети, которая бы не выходила за пределы офиса, можно запретить ряд низких скоростей, как на примере ниже.

global_parameters

 

На вкладке WIRELESS, меню 802.11b/g/n, пункт TCP можно задать минимальную, максимальную мощность передатчика в случае если установлена автоматическая настройка мощности. А так же можно изменить параметр Power Threshold, который участвует в расчетах мощности передачи точки доступа. Параметр Power Threshold задает максимальный уровень мощности, при котором точки доступа могут слушать друг друга на пересекающихся каналах от трех точек доступа. Соответственно, мощность точки доступа будет увеличиваться до тех пор, пока не услышит соседа с мощностью, которая задана в параметре Power Threshold. Это сделано из соображений построения максимально большой зоны покрытия при оптимальном соотношения сигнал/шум.

tx_power_control

На вкладке WIRELWSS, меню 802.11b/g/n, пункт DCA можно управлять автоматическим назначением каналов. При аккуратном планировании и не больших размерах сети можно назначить каналы вручную, на точках доступа. При больших размерах сети гораздо удобнее возложить эту задачу на контроллер. На рисунке ниже показано что авто выбор каналов происходит каждые 10 минут, а список доступных каналов: 1, 6 и 11. Не стоит забывать включать технологию CleanAir, которая будет автоматически перестраивать каналы на аппаратном уровне в случае интерференций с посторонними устройствами.

dca

Для диапазона 5 ГГц это будет выглядеть следующим образом. Здесь так же есть возможность выбора разрешенных для использования каналов. Например, это будет актуально для OUTDOOR решений, где есть ограничения на используемые каналы. Здесть рекомендуется обратиться к законодательной базе РФ для уточнения разрешений на используемые диапазоны и каналы.

 

dca2

Заключение

- Увеличение мощности передатчика не всегда приведет к увеличению зоны покрытия по причине ограниченной мощности передатчика у клиента. Клиент будет видеть сеть, но не будет способен отправить пакеты точке доступа

- Установка антенны с большим коэффициентом усиления увеличит зону покрытия

- Увеличение зоны покрытия, а так же числа клиентов в ней приводит к уменьшению емкости беспроводной сети

- Увеличение емкости беспроводной сети достигается уменьшением мощности и увеличением количества точек доступа (уменьшение размеров микро сот)

- Радиус покрытия в диапазоне 5 ГГц примерно в 2 раза меньше

- Ограничение дальности соты достигается при помощи запрета использования минимальных скоростей

- Увеличение количества SSID ведет к сильному уменьшению емкости сети. Например, 8 SSID будут занимать 50% емкости сети, в то время как 2 SSID – менее 10% емкости сети. Причина в том, что вещание SSID ведется на минимальных скоростях. В связи с этим не рекомендуется создавать большое количество SSID