Velocidad real de Wi-Fi (en empresas)

La exageración en torno a las velocidades de Wi-Fi gigabit de los estándares modernos hace que los ingenieros aclaren este tema de una manera comprensible para todos.
¿Qué están intentando sacar los vendedores por las orejas? ¿Qué dicen los ingenieros? Donde esta la verdad
Como siempre, en algún lugar cercano. Qué ancho de banda esperar en condiciones reales y por qué: encontrará la respuesta en este artículo. Si no tiene tiempo para leer, pero desea conocer la figura mágica: 75 Mbit / s para un punto de acceso de doble banda, para todos . A quién le importan los detalles, sigue leyendo.



El artículo se basa en el rendimiento de Wi-Fi de Devin Akin, quien ha estado en el tema de las redes inalámbricas durante más de 20 años y también es cofundador del programa educativo CWNP (también conocido como CWNE # 1).
Simplemente le pregunté si su artículo podía traducirse, y él respondió de inmediato: "sí, estaré encantado".

Yo, a su vez, estoy encantado con la comunidad abierta de ingenieros de Wi-Fi. Entonces vamos.

¿Qué esperar de 20 MHz?

Primero, debe comprender lo que puede esperar de un canal de 20 MHz de ancho con una gama estándar de dispositivos cliente. De repente, quien no sabe, SS (Spatial Stream) es un Spatial Stream (PP). Entendido por la tecnología de multiplexación espacial o MIMO, que apareció en 802.11ny ha estado satisfecha con casi 10 años de mayor velocidad debido a la transmisión simultánea de varias PC simultáneamente. Un artículo muy bueno sobre el tema de MIMO fue escrito por Andrey Kuznetsov, gracias a él por el lenguaje comprensible.
Para trabajar con varias PC, el punto de acceso o el cliente necesita tener varios transceptores con antenas a bordo (los dos primeros dígitos en las características, por ejemplo 2 × 2: 2) dicen acerca de ellos, con toda la energía sobrecargada.

A continuación se muestran excelentes gráficos de Andrew Von Nagy .



En esta figura, con todos los clientes 1 × 1: 1, cada uno de los cuales transmite una transmisión de 3 Mbit / s, el tiempo aire de un canal puro de 20 MHz está saturado. Cuando se utiliza un canal del orden del 75-80%, se produce una saturación total. Como resultado, el ancho de banda total del canal es de aproximadamente 30 Mbit / so un total de 10 dispositivos por 1 AP (punto de acceso).
Si todos los clientes pueden trabajar con 2pp (2 × 2: 2), entonces existe la posibilidad de obtener un ancho de banda total de aproximadamente 65 Mbit / sy 21 dispositivos al mismo tiempo, no está mal, ¿verdad?

¿Contra qué descansa el ancho de banda?

Es importante tener en cuenta que podemos cambiar la cantidad de clientes y el rendimiento por cliente, pero siempre descansaremos en contra de la restricción debido a la saturación del tiempo aire (saturación de tiempo aire). Por ejemplo, si cada dispositivo conectado al AP necesita 2 Mbps y son de un solo subproceso (1 PP), recibiré un máximo de 15 dispositivos que funcionen simultáneamente hasta que tenga una saturación a 30 Mbps (2 × 15 = 30). La misma matemática será con clientes de 2pp, con 32-33 clientes a una velocidad de 2 Mbit / s nos encontramos con saturación a una velocidad total de 65 Mbit / s.

Una proporción de clientes bien predecible en las redes modernas es 2/3 1PP a 1/3 2PP. Los clientes con 3pp (como MacBook Pro) son menos del 1%. Conociendo esta relación, podemos esperar que el AP promedio con un canal libre (de interferencia y vecinos) se sature a aproximadamente 45 Mbps.

Si hay 2 módulos de radio en el AP, cada uno opera en su propia frecuencia, libre de interferencias (ACI, CCI, interferencia no Wi-Fi), es decir, existe la posibilidad de obtener un total de 90 Mbps por 1 AP. En realidad, su Wi-Fi propio y el vecino afecta de tal manera que en la banda de 2.4 GHz, obtener 30 Mbps en lugar de 45 es una fortuna.

Por lo tanto, el rendimiento total de cualquier AP con dos módulos de radio en condiciones reales es de 75 Mbit / s (para todos los clientes conectados a él).

[Nota del traductor]: desde el punto de vista del uso eficiente del espectro de Wi-Fi, es una tecnología extremadamente ineficiente, ya que inicialmente implica un acceso competitivo al entorno para dispositivos multicolores en el ámbito público. Para mayor claridad, puede traer esa imagen.

Comercializadores y vendedores

Por supuesto, los chicos de los departamentos de marketing pueden no entender la diferencia entre la velocidad de conexión (velocidad de datos) y el ancho de banda del canal semidúplex. Probablemente también quieran que consideres solo las condiciones ideales, en términos de la señal de radio, donde las matemáticas se ven así:

• TD con dos módulos de radio de 5 GHz
• Canales de 80 MHz (que rara vez, si alguna vez, se usan en Enterprise) y 1.3 Gb / s
• 1 MacBook Pro (3 × 3: 3) conectado a cada radio AP. (solo 2 computadoras portátiles)
• Ambas computadoras portátiles descargan un archivo grande, mientras utilizan la agregación completa (A-MPDU + A-MSDU con BlockAck grande)
• El espectro es perfectamente claro (sin ACI, sin CCI, sin otras señales). (Sueños, sueños ..)
• Un NAS o servidor de archivos con un SSD a bordo está conectado por una interfaz 10G a la red central.
• Las características de uso intensivo de recursos están deshabilitadas en el AP, no hay problemas al cargar la CPU. (Esto es bastante posible)
• Los controladores, tanto cliente como AP, están perfectamente optimizados para el ancho de banda.

¿Y le ofrecen comprar un interruptor con MGIG?

En un escenario tan ridículamente poco realista, cada uno de los dos clientes se conecta a 1.3 Gb / sy tiene un rendimiento de 650 Mbit / s, que en ausencia de interferencia dará como resultado 1.3 Gb / s en el AP. Usando este escenario loco, los vendedores están convencidos de comprar conmutadores con puertos de 2.5 Gb / s.

Con los AP 11ac / n de doble banda, en un escenario cargado de empresas donde se utilizan canales de 20 MHz para minimizar la contención de sus AP y los vecinos vecinos tanto como sea posible, puede esperar que la saturación del aire de ambos módulos de radio llegue antes de toparse con Ancho de banda de puerto de 100 Mbps. Recuerde que las tramas de control y administración tienen mucha sobrecarga (sobrecarga) y la mayoría de las tramas que transportan datos tienen un tamaño de aproximadamente 256 bytes, lo que también afecta negativamente el rendimiento.

Tres tipos de contención negativa (sin incluir interferencia ACI y no Wi-Fi) pueden denominarse Intra-BSS, Inter-BSS y Cliente a Cliente. Su red puede tener mucho más de lo que cree, especialmente si no ha pasado tiempo diseñando la red y probándola. La contención limita severamente el ancho de banda.



Cuando alguien del proveedor o su socio le sugiera que necesita más de 1 Gb / s de puerto en el AP, debe preguntarle lo siguiente:

• Explique su lógica de cálculo, según la cual asume que un dispositivo cliente o un grupo de dichos dispositivos puede alcanzar una velocidad de 1 Gbit / s.

1. Tenga en cuenta que hablarán sobre la velocidad de datos en lugar del ancho de banda
2. Tenga en cuenta que lo convencerán de que los canales de 80 MHz (o incluso 160) son buenos. También tenga cuidado con las medias verdades de que los canales anchos le darán más velocidad de canal, lo que dará menos carga de éter y aumentará la capacidad. Esto es un error
3. Tenga en cuenta que lo convencerán de que MU-MIMO es bueno. En la práctica, es de poca utilidad.

• Muéstreme los datos de la red de uno de sus clientes que compraron conmutadores con puertos de 2.5 Gb / s (o más) donde se puede ver que el tráfico al AP excedió el valor de 1 Gb / s en más de 15 minutos (lo cual también es poco probable).

¿El viejo 802.11n vive?

Si diseñé, configuré y probé una infraestructura Wi-Fi 11n 2 × 2: 2 de doble banda ahora, donde los AP tienen enlaces ascendentes de 100 Mbps, el 95% de las empresas piensan que esta red es la más maravillosa que jamás hayan visto. Yo mismo preferiría una red de gama baja, 2 × 2: 2, 11n correctamente construida al 99% de las redes 11ac Wave2 mal construidas que existen hoy en día. [Nota del traductor]: los nuevos puntos 11ac tienen un gran conjunto de tecnologías que le permiten construir lo que se llama HD o redes de alta densidad, pero siempre nos enfrentamos a la física y las matemáticas. El mismo RxSOP es lo último que se sintoniza ...

¿Qué hay de 11ax?

Arsen Bandurian ya dijo lo que no debe esperar de 802.11ax que vuelve a contar el artículo del mismo Devin Akin. Pero vale la pena volver a plantear este tema.

La exageración ya ha comenzado, los proveedores han comenzado a emitir TD, aunque el estándar aún no ha sido aprobado (se espera a finales de 2019).
El uso de canales anchos es extremadamente ineficiente en condiciones reales, como puede ver en la figura a continuación. Mirando el canal 11ac 42 (36 es el canal principal), se ve desde la parte inferior izquierda que el canal primario se mata, y los segundos canales apenas se usan. Esto se debe a que el 75% del tráfico de Wi-Fi es gestión, control y datos heredados, y todos ellos se transmiten solo en el canal principal.



Además, la gran mayoría de los clientes ahora son 11n , por lo que el segundo 40 MHz del canal de 80 MHz no se usa en absoluto. Es por esta razón que se creó 11ax. La eficiencia crea una capacidad en todo el sistema y aumenta el rendimiento de cada cliente. El objetivo principal de 11ax es aumentar el rendimiento por cliente en 4 veces, lo que en realidad se puede lograr si:

1. La red emplea principalmente clientes 11ax
2. La red está magníficamente diseñada y configurada.

Lo que significa, muy probablemente, en 10 años esto sucederá. Se necesita mucho tiempo para deshacerse de los dispositivos de clientes antiguos. Los clientes de 11g que vieron la luz en 2003 todavía están trabajando. Lo que sea que la gente de ventas le diga, que después de 3 años todo cambiará, no se debe creer, los hechos hablan de manera diferente.

¿Ayudan los canales de 40 y 80 MHz? No

En el gráfico a continuación, puede ver cómo, utilizando canales estrechos, se logra un gran ancho de banda para cada dispositivo cliente.



Lo mismo será cierto para 11ax y esta es la razón de la tecnología OFDMA que le permite dividir 20 MHz en subcanales de 2 MHz, 4 MHz y 8 MHz, que se denominan Unidad de Recursos (RU). Durante la vida útil y la vida útil de la primera generación de puntos 11ax (5 años a partir de la fecha de aparición), no espero más del 25% de los clientes de 11ax en el mercado en general. Por lo tanto, con una red Wi-Fi configurada y diseñada de manera óptima, puede esperar un aumento en la eficiencia de la red debido a la penetración de los clientes de 11ax, pero en general, nada sorprendente (en el cambio original del juego). Si lo pone en números, agregando un 25% a la capacidad total de la red (45 M a 5 GHz + 30 M a 2.4 GHz) obtenemos 75 M × 1.25 = 93.75 Mbit / s . ¿Necesita más de gigabit en el puerto de cobre? No

Las matemáticas no mienten

Estos números son reales. Si piensa de manera diferente, busque una red Enterprise donde estos números excedan mis números, muéstrelos y cambiaré este artículo.

Ejemplo práctico

Las reglas simples efectivas que resultaron ser muy precisas para calcular el ancho de banda por dispositivo son las siguientes:

• Tasa MCS × 50% / número de usuarios [Un dispositivo en la red]
• Tasa MCS × 45% / número de usuarios [Pocos dispositivos, carga promedio]
• Tasa MCS × 40% / número de usuarios [Muchos dispositivos, carga media y pesada]

Para ayudarlo a comprender mejor, le daré un ejemplo de uno de mis clientes.
Introdujeron AP 3 × 3: 3 con canales de 20 MHz para conectar hasta 100 dispositivos activos en cada audiencia. La aplicación principal era video de unidifusión con una transmisión de 2 Mbps para 30 personas en la clase. Después de una implementación exitosa, me llamaron y me dijeron que un TD estaba defectuoso. Una investigación reveló que los dispositivos del cliente eran los culpables. En esta clase había 30 iPads 1PP que no podían alcanzar una velocidad de 2 Mbps en las 30 piezas.

• Velocidad del canal (velocidad de datos) = 72 Mbps
• 40% de eficiencia
• Ancho de banda total 29 Mbps
• / 30 = 950 Kbps por dispositivo

En otra clase, usaron 30 iPad Air 2, 2PP y funcionaron bien.

• Velocidad del canal (velocidad de datos) = 173 Mbps
• 40% de eficiencia
• Ancho de banda total 69 Mbps
• / 30 = 2.3 Mbps por dispositivo

Su confusión fue que el iPad de 1PP no podía mostrar el video adecuadamente, y su MacBook Pro (3PP) recibió 145 Mbps en el momento en que la clase estaba vacía.

• Velocidad del canal (velocidad de datos) = 289 Mbps
• 50% de eficiencia
• Rendimiento total de 145 Mbps
• / 1 = 145 Mbps por dispositivo

Imagina que las matemáticas funcionan. Y funcionará para ti también.

Esto concluye el artículo de Devin.
De mi parte, Maxim Getman, agregaré tres ejemplos de vida.

Planta

La red para conectar grúas puente está correctamente diseñada y configurada, funciona solo en la banda de 5 GHz y los clientes son AP vigorosos Cisco IW3702 en modo WGB. 2 grúas se aferran a un máximo de 1562D TD en una columna. La SNR no cae por debajo de 40 dB, la señal en recepción desde ambos lados es de aproximadamente -60 dBm. No se detectó interferencia con un ciclo de trabajo significativo. Hay un flujo constante de 3-5M UDP desde la grúa desde la cámara Axis. Además, el tráfico en kilobits de los sensores y aproximadamente 1M de tráfico a la computadora del operador de la grúa. Todo funciona muy bien. Si 2 grúas por punto, también está bien. Pero si en el momento en que hay 1 grúa en el AP, y todavía estamos cargando la red con iperf de 10 Mbit / s UDP, entonces observamos pérdidas del orden del 10-12%. Parece que, en teoría, con una SNR de 40 dB deberíamos trabajar de manera estable en el MCS9, ambos dispositivos son 11ac.



Por desgracia, en la vida hay trabajo en el MCS3-7, que ofrece, a 1pp, 20 MHz y un intervalo de guarda largo (pero en la ferretería es imposible de lo contrario) 26 Mbps en el peor de los casos. Como resultado, esto corresponde a 13 Mbit / s de tráfico real por 1 AP. Ahí tienes. Los datos son peores que las fórmulas de "oficina". Esto debe tenerse en cuenta.

Quien pueda explicar desde el punto de vista de la física por qué el mecanismo DRS se ralentiza tanto, con una SNR decente, me alegrará. Por mis razones, en las condiciones de una tienda de hierro obstruida con hierro, hay tantos reflejos que el DSP no puede analizar la señal en la recepción, no envía ACK y tenemos una disminución en la velocidad. Ah, sí, las antenas en el AP son direccionales, 10 dBi. En clientes de grúa omnidireccionales, 7 dBi. La especificidad es que dirigida a no hacer, la tolerancia a fallos debe ser. Distancias de trabajo 30-80 metros. Entonces, equipo costoso, pero no mucho para exprimir.

Gran edificio de oficinas multipropósito

El edificio tiene un gran atrio en el interior, compartido en varios pisos. En las oficinas, hay puntos en los pisos, no pocos. En el atrio en el 1er piso puedes escuchar puntos de 6 pisos. Cual es el resultado? Incluso con una pequeña carga en la red, el rendimiento tiende a cero. Especialmente a 2,4 GHz. En este caso, quiero recordar la sobrecarga de la baliza . Si tiene 5 SSID por punto, no se eliminan las velocidades bajas (las balizas se transmiten a una velocidad de 1 M), luego, en un punto en el espacio donde puede escuchar 3 de sus propios puntos en el canal de frecuencia 1, ¡el 48% de la utilización del canal es simplemente de sus propias balizas! ¿Algo en que pensar? Apague las velocidades bajas y, a 12 M menos, la utilización obligatoria del canal caerá al 4.5% en las mismas condiciones. No está mal, un orden de magnitud?



¿Qué hacer con el atrio? Diseñe puntos de oficina con antenas dirigidas desde el atrio, o al menos llévelos. ¿Y si ya está de pie? ¡Minimice la cantidad de SSID, aumente las velocidades disponibles y acuerde con los vecinos (si corresponde) hacer lo mismo!

Centro de exposiciones

Se colocaron 20 TD en el pabellón, con más o menos antenas direccionales y quieren recibir 1 M por cada cliente, de los cuales hay 500. 25 clientes por TD. Si suponemos que tenemos un éter perfecto y podemos obtener 75 M para cada AP, entonces todo parece converger, incluso con un margen. 20x75 M = 1500 M, pero solo necesita 500 M. ¿Es normal? No! ¿A qué velocidad se conectarán los clientes moteados?

• Velocidad del canal (velocidad de datos) = 52 Mbps (MCS5, 1PP)
• 40% de eficiencia
• Rendimiento total de 20.8 Mbps
• / 25 = 0.8 Mbps por dispositivo

¿Recuerdas que esto está en buenas condiciones? ¿Cuántos canales son 2.4? 3 canales ¿Cuántos canales son 5? 15 canales (y no todos están disponibles para todos los clientes). Al menos obtendremos CCI de nuestros propios AP, especialmente a 2,4 GHz. Incluso si reducimos el número de SSID a 3x y apagamos velocidades por debajo de 12 M, el problema con la exposición es que todos quieren traer su propio TP-Link, solicite al organizador la conexión por cable y la transmisión, con configuraciones predeterminadas que proporcionarán sobrecarga con solo balizas a 1M de velocidad, y también ACI por el hecho de que llegaron al tercer canal, por ignorancia.

Esto es lo que está pasando en el aire a las 2.4 en medio de la exposición. Reciclaje de hasta 90% a -80 dBm.

Que hacer

Aplique antenas estrechamente dirigidas, minimizando sus áreas de cobertura, evitando los cruces de canales tanto como sea posible. Durante el NDP, no sea flojo para realizar una inspección por radio varias veces para establecer con precisión las frecuencias y potencias, y no confíe en la automatización. Asigne varios canales a 5 GHz para aquellos que desean "su Wi-Fi" y prohíben trabajar en otros canales. Entonces, tal vez, la red de exposiciones será más o menos animada.

Conclusión de todo el artículo.

El conocimiento y la experiencia lo ayudarán a construir (si es un ingeniero integrador) o a ordenar (si está del lado del cliente) construir una red Wi-Fi adecuada.

A continuación proporcionaré algunos enlaces útiles para ingenieros de Wi-Fi:

Materiales de trabajo
1. Revolution Planificador de planificador de capacidad de Wi-Fi basado en estas fórmulas más apropiadas. ayudará a estimar con suficiente precisión y cuántos AP se necesitan para conectar N clientes.
2. La tabla MCS ayudará a determinar la velocidad del canal por MCS.
3. La tabla de correlación de MCS y SNR ayudará a aprender MCS teóricamente (en la práctica, peor)
4. SSID Overhead Calculator le permite comprender cómo afecta la cantidad de SSID y la velocidad de las balizas
5. La tabla de capacidades de los dispositivos del cliente le permitirá descubrir los dispositivos antes de su implementación.
6. RSSI Compared le ayuda a comprender la propagación de la recepción entre dispositivos

Materiales educativos
1. Canal de YouTube Ekahau Wi-Fi Design Tools con los mejores seminarios web sobre Wi-Fi
2. 5ª edición de la CWNA . El mejor tutorial de Wi-Fi del mundo. No encontrarás Amazon más barato. El libro de texto vale la pena.
3. Tecnologías de redes inalámbricas modernas de Wi-Fi . Guía de estudio. El libro de texto actual sobre Wi-Fi en ruso. Cuesta en papel casi lo mismo que CWNA. Hay una versión en pdf en la red.
4. El diseño de red Wi-Fi para dummies es una guía simple y comprensible para aquellos que recién comienzan. Si usted es un gerente de proyecto, gerente y no tiene tiempo para sumergirse en la naturaleza de Wi-Fi, lea las 50 páginas de Diseño de redes Wi-Fi para tontos en unas pocas horas y comprenderá cómo se está construyendo Wi-Fi como un ser humano. El subsidio se distribuye de forma gratuita.

Si eres ingeniero, ¿qué libro de texto es más detallado, preguntas? Puedes juzgar por el grosor.



Si tiene preguntas interesantes sobre Wi-Fi, encontrar mis contactos es fácil. Estaré encantado de responder.

PD: el artículo se superpone parcialmente sobre el tema " Por qué Wi-Fi no funcionará según lo planeado " por Andrei Paramonov. Su artículo incluso tiene una mayor profundidad. Para aquellos que quieran sumergirse en los detalles, les recomiendo leerlo.
pps a veces, me parece que el hubr carece de la funcionalidad de un foro banal, donde se puede dividir más claramente en subcategorías, para que más tarde, después de años, la información no se pierda, pero esté disponible.