Pourquoi le Wi-Fi ne fonctionnera pas comme prévu et pourquoi savoir quel téléphone l'employé utilise

Salut

Parlons de ce qui affecte vraiment la vitesse de transfert de données dans les réseaux sans fil modernes, dissipons quelques mythes et répondons s'il est temps de changer votre ancien routeur en un extraterrestre à cornes étincelant avec MU-MIMO à bord.

Pour un échauffement est une petite tâche. Imaginez un réseau Wi-Fi sans fil composé d'un point d'accès (AP) et de deux appareils clients identiques (STA1 et STA2).

Nous lisons les inscriptions sur les boîtes:
AP: 1733,3 Mbps
STA1, STA2: 866,7 Mbps

Attention, une question. Les deux clients commencent simultanément à télécharger un fichier volumineux à partir du serveur. À quelle bande passante chaque appareil peut-il s'attendre?

Nous ferons une réservation immédiatement - pour plus de simplicité et de clarté, nous appellerons simplement le débit (vitesse du canal) la vitesse . Oui, la vitesse des protocoles de la couche transport peut s'avérer deux fois inférieure à notre vitesse , mais vous savez déjà tout cela. Maintenant, quelque chose d'autre.

Notre tâche est de rappeler la principale limitation des réseaux sans fil.
Un support partagé implique qu'un seul appareil doit diffuser par unité de temps.

Ce fait nous amène à une réponse contre-intuitive: malgré le fait que le point d'accès est capable de supporter 1733,3 Mbit / s, chacun des appareils fonctionnera, en moyenne, à une vitesse de 433,3 Mbit / s.



Où sont passés les 866,7 Mbps restants? Faisons les choses correctement.

Il est pratique d'utiliser la mesure d'utilisation du temps d'antenne pour décrire le fonctionnement des réseaux sans fil. Il montre combien de temps l'éther est occupé à transmettre des données.

Maintenant attention! Afin de développer le 1733,3 Mbit / s revendiqué, l'appareil doit occuper à lui seul l'air 100% du temps. Dans ce cas, le deuxième appareil (récepteur) doit également prendre en charge cette vitesse.

Nous soulignons une fois de plus - la connexion entre des appareils supportant des vitesses différentes s'effectue à la vitesse du moins rapide de la paire.

Tout devient plus triste si le maximum de l'appareil, par exemple, est de 72,2 Mbit / s. Vous devrez emprunter les mêmes 100% d'éther, mais le résultat n'est pas du tout impressionnant.

Soit dit en passant, 72,2 Mbit / s - la vitesse n'est pas aléatoire. La plupart des smartphones modernes peuvent ne pas compter sur plus, mais plus sur cela plus tard.

Revenons maintenant à STA1 et STA2. Selon les conditions, ils ont commencé à télécharger le fichier sur le serveur en même temps. Nous nous souvenons qu'un seul appareil peut diffuser par unité de temps.
Coordonne CSMA / CA - Accès multiple avec détection de porteuse et évitement des collisions via Wi-Fi. En bref, sa tâche est de donner systématiquement le droit de vote à tous les appareils, tout en ne permettant pas, si possible, la transmission simultanée de deux appareils ou plus (collisions).

Vous pouvez lire Wikipedia si vous voulez plus de détails.
Et c’est mieux . Ou - ici , si vous êtes très sérieux.

Et où est l'utilisation du temps d'antenne? Et malgré le fait que le travail CSMA / CA dans ce cas, chacun des deux appareils clients prêts pour le transfert recevra environ la moitié du temps d'antenne, soit 50% du temps d'antenne, pour leurs besoins.

100% de temps d'antenne - 866,7 Mbps;
50% de temps d'antenne - 433,3 Mbps pour chacun des appareils.

Cette image ne changera pas, même si le point d'accès prend en charge tous les 6933,3 Mbit / s. La communication entre l'AP et le STA est toujours limitée par la vitesse des appareils les moins rapides.

Par curiosité, vous pouvez jouer un peu avec les conditions du problème:
Changez la vitesse pour STA2 - 72,2 Mbps;
Ajoutez STA3, la vitesse est de 72,2 Mbps.
Que reste-t-il des 1733,3 Mbps revendiqués?

Précision importante numéro 1

En toute honnêteté, nous ajoutons que ces calculs sont corrects lorsque la fonctionnalité Airtime Fairness a été activée sur le BS, sans quoi tout serait bien pire - les appareils clients lents conduiraient à la distribution la plus inefficace du temps d'antenne. Il est bon que la technologie ait été mise en œuvre par presque tous les fournisseurs qui se respectent.

Mais il y a une mise en garde: Airtime Fairness ne fonctionne qu'en liaison descendante (de AP à STA). Uplink a toujours l'anarchie.

Précision importante n ° 2

Dans un réseau réel, en raison de la congestion de l'air, des collisions et des caractéristiques du protocole, le niveau maximum réalisable d'utilisation du temps d'antenne se situe entre 70% et 80%.
La vitesse calculée par nous changera en conséquence.

Pourquoi un si long prélude? Sachez quels appareils clients sont utilisés sur votre réseau. Leur impact sur les performances dans un environnement de données partagées est gravement sous-estimé. Ensuite, nous comprendrons combien.

Partie 1 - Les clients blâment tout

Ou des appareils clients, si vous le souhaitez. De quoi sont-ils coupables et qu'est-ce qui les distingue en fait des points d'accès?



Tout est simple. Le plus souvent, les clients sont compacts, autonomes et mobiles. Tous les problèmes en découlent.

Boîtier élégant en métal d'une épaisseur de 7 mm? Pour le placement de 4 trajets radio MIMO, vous ne pouvez pas imaginer mieux.

Le transfert de données multithread et les canaux larges sont-ils trop énergivores? Rien, laissez-les charger l'appareil plusieurs fois par jour.

Les clients bougent-ils constamment? Non-sens - dévisser la puissance aux points au maximum.

Dans de telles circonstances, les développeurs sont obligés de faire des compromis.

Vous vous souvenez du puissant point d'accès (1733 Mbps) de l'introduction à l'article? Allons encore plus loin. La norme 802.11ac nous permet d'accélérer jusqu'à un impressionnant 6933 Mbps.

Les conditions pour cela sont les suivantes:

1. 5 GHz;
2. 8 flux spatiaux (MIMO 8x8: 8);
3. 160 MHz - largeur de canal;
4. 256QAM - modulation.

Les points d'accès conformes sur le marché sont représentés même dans le segment des consommateurs. Qu'en est-il des clients?

Pour plus de clarté, menons une expérience de réflexion: connectez à notre point abstrait un smartphone très spécifique - iPhone 8. Voyons de quoi il est capable.

2,4 GHz vs 5 GHz

Des observations à long terme confirment qu'il y a de plus en plus d'appareils fonctionnant dans les «cinq». Et c'est merveilleux.

Le seul avantage de 2,4 GHz - moins d'atténuation - est devenu aujourd'hui presque un inconvénient.

Lors de la conception de réseaux denses, l'une des tâches consiste à lutter contre les interférences. Nous nous battons, entre autres, en isolant les zones de couverture AP les unes des autres. Des murs sont utilisés, la puissance de l'émetteur est sous-estimée et la «portée» des deux est clairement superflue.

D'une manière ou d'une autre - l'avenir du Wi-Fi est dans les "cinq", si vous ne considérez pas les cas très étroits.
Cependant, les statistiques ne fournissent pas de données fiables sans ambiguïté sur la distribution des appareils - il y a trop de variables (pays, région, lieu, événement et autres).

Aujourd'hui, nous pouvons peut-être dire avec prudence qu'en Russie, nous avons atteint un rapport 50/50 pour la prise en charge des appareils clients de la bande 5 GHz.

Comment ce sera sur votre réseau est une autre question.
Notre iPhone 8 imaginaire, soit dit en passant, prend bien en charge les «cinq».

Mimo

La capacité de transmettre simultanément plusieurs flux de données sur un seul canal de fréquence est apparue dans 802.11n. Cependant, les choses sont toujours là:

• Les clients MIMO 8x8: 8 ne prennent pas encore en charge. Du tout;
• Absence presque complète d'appareils clients avec MIMO 4x4: 4 - voir le commentaire ci-dessous;
• Meilleurs ordinateurs portables prenant en charge MIMO 3x3: 3;
• Smartphones et tablettes haut de gamme prenant en charge MIMO 2x2: 2;
• La grande majorité des appareils sont SISO 1x1: 1.

Et tout cela parce que la technologie MIMO est très exigeante:




Les appareils clients avec MIMO 4x4: 4 ont commencé à apparaître sur le marché assez récemment. Ce sont principalement des adaptateurs Wi-Fi dédiés, mais Samsung nous a récemment stupéfait en mentionnant dans la description de son nouveau Galaxy Note 9 - MIMO 4x4. C'est très inapproprié, car nous voulions écrire qu'il n'y a pas encore d'appareils mobiles ayant des caractéristiques similaires sur le marché.

À cet égard, un concours.


Comme on dit - les exceptions confirment la règle.

Appareils avec MIMO 4x4: 4 - presque aucun. MIMO 3x3: 3 est le lot du rare Macbook Pro. MIMO 2x2: 2 - dans les smartphones et tablettes haut de gamme. La majorité statistique sont des appareils qui ne prennent pas en charge MIMO.

Nous ne serons pas comme la plupart. Notre iPhone 8 est un smartphone haut de gamme qui prend en charge le transfert de jusqu'à deux flux spatiaux.

Comment savons-nous que c'est une question importante. Nous le dirons dans la dernière partie de l'article.

Comme nous le rappelons, la communication entre des appareils supportant des vitesses différentes s'effectue à la vitesse du moins rapide de la paire.

En bref - et 1733,3 Mbps sont restés. Triste Mais amusant - c'est presque deux gigabits!

Largeur de canal

802.11ac nous permet d'utiliser des canaux d'une largeur de 160 MHz.
Veuillez ne pas le faire.

De plus, les canaux de 80 MHz ne sont pas non plus catégoriquement recommandés pour utilisation.


Le fait est qu'en élargissant la bande, nous ouvrons en fait les portes pour l'interférence de toutes les bandes - nous gâchons l'air pour nous-mêmes et nos voisins.

Nous n'analyserons pas en détail pourquoi cela se produit - cela tire sur un article séparé, mais vous pouvez vous familiariser indépendamment avec les recommandations et les guides de bonnes pratiques des principaux fournisseurs - seulement 20 MHz, à de rares exceptions près.

40 MHz n'est autorisé que dans les "cinq", si la densité de la clientèle et la situation sur l'air le permettent.

Mais nous sommes optimistes - nous supposerons que notre réseau n'est que cela.
Ainsi, à partir de 1733,3 Mbit / s, il reste 400 Mbit / s - pour un canal d'une largeur de 40 MHz.


Ok, ce n'est plus si impressionnant, mais toujours pas mal, non?

PS: Si vous vivez dans une forêt et comprenez très bien ce que vous faites - eh bien, allumez 160 MHz. Pas le fait qu'il y aura un sens. Par exemple, le fameux iPhone 8 ne prend pas en charge une telle largeur de canal, bien qu'il soit sorti il ​​y a tout juste un an.

Lisez jusqu'à la fin pour savoir de quoi votre appareil est capable.

Modulation

Un fait curieux: les appareils clients sont les principales sources d'interférences sur le réseau.
À quoi ça sert? Et le fait que même un réseau parfaitement planifié et configuré ne garantit pas un fonctionnement à des modulations maximales, car le 256QAM a des exigences très élevées en matière de qualité du signal - RSSI et SNR.

Nous parlerons plus de RSSI, et SNR souffre directement des clients avec des antennes omnidirectionnelles - telles mobiles et imprévisibles. Eh bien, et pas seulement d'eux, bien sûr.



Par conséquent, attendez-vous à ce que la plupart du temps, les clients utilisent une modulation moins exigeante. Par exemple, 64QAM.

Dans notre expérience, cela réduit impitoyablement la vitesse à 300 Mbps.


Quant au RSSI, c'est notre paramètre préféré. Il n'y a pas de descriptions et d'exigences pour cela dans la norme 802.11, donc chaque fournisseur voit cette métrique à sa manière. Par conséquent, différents périphériques clients afficheront différents RSSI au même endroit.

Au fait, quel niveau prévoyez-vous? -67 dBm? Et pour quel appareil?

Sous-total # 1

Même avec un scénario très optimiste, le client ne recevra que 300 Mb / s de bande passante - au lieu de 6933 Mb / s. Et c'est si le client n'est qu'un! Connaissez-vous de nombreux réseaux de ce type?

N'oubliez pas les puzzles. Plus il y a de clients, pire c'est. Ils ne voulaient pas bouleverser à l'avance, mais la dépendance n'est pas linéaire. Avec le nombre croissant d'appareils sur le réseau, le pourcentage de surcharge augmente.


Conclusion: les performances dépendent fortement des clients connectés. Très probablement, leurs capacités seront très limitées.

Le scénario optimiste est de 300 Mb / s (5 GHz, 40 MHz, 2SS, 64QAM).
Scénario réaliste - 72 Mbps (2,4 ou 5 GHz, 20 MHz, 1SS, 64QAM).

Partie 2 - Qu'est-ce qui ne va pas avec les appareils clients

Oui, tout ne fait que commencer.

On peut distinguer trois problèmes majeurs:

• Variété;
• Imprévisibilité;
• Vulnérabilité.

Analysons-les plus en détail.

Variété

Rappelez-vous notre iPhone 8? Bon téléphone, au fait. Saviez-vous qu'Apple a cessé de recevoir la certification Wi-Fi Alliance depuis l'iPhone 6?
Vous pouvez le vérifier vous-même - les informations sont ouvertes. . Dans le même temps, écrivez dans les commentaires sur d'autres découvertes étonnantes.

Quel type d'organisation est la Wi-Fi Alliance?
Les gars essaient de maintenir l'ordre au zoo. L'icône Wi-Fi Certified signifie que la conformité de l'appareil aux principaux points de la norme 802.11 a été vérifiée. Le contrôle est effectué dans des laboratoires accrédités, tous plus ou moins sérieusement.

Pourquoi ce besoin est-il apparu?
Afin d'assurer la compatibilité avec des millions d'appareils divers fonctionnant sur différents chipsets et développés par des personnes ayant différents degrés de qualification et des directives morales.

Cela a-t-il aidé?
Pas vraiment. Comme le montre la pratique, chaque fournisseur a sa propre vision unique et se permet de s'écarter de la norme (bien intentionné, bien sûr).

Un exemple amusant est le KRACK de l'année dernière. Tous les appareils n'étaient pas vulnérables, car de nombreux fabricants ont interprété la procédure d'échange de clés à leur manière. En particulier, comment se comporter en l'absence de réponse au troisième message dans la séquence de prise de contact à 4 voies. En savoir plus si vous êtes intéressé.

Quel est le résultat?
Le zoo.

La façon la plus simple, pour des raisons évidentes, est avec Apple. Bien qu'ils ne certifient pas leurs nouveaux produits, la flotte d'appareils reste limitée. Par conséquent, vous pouvez tester le comportement dans différents scénarios.

Vient ensuite Android. Ici, beaucoup dépend du fabricant, mais en général - encore plus d'inconnues. Ajoutez les chinois ici.

C'est là que s'arrêtent les idées de classification. Systèmes d'exploitation, pilotes, appareils hérités, multicuiseurs, serrures de porte, caméras de vidéosurveillance - BYOD et IoT dans toute sa splendeur.

Le problème est aggravé par le fait que de nombreuses décisions critiques sont prises par les appareils clients seuls et que vous ne pouvez pas les influencer directement.
Connectez-vous au "cinq" ou au "diable"?
Itinérance ou séjour sur un ancien AP?
Sur quelle modulation travailler?

Plus d'informations à ce sujet dans le chapitre suivant.

Imprévisibilité

Le Wi-Fi est conçu pour que les appareils clients essaient de faire face aux difficultés par eux-mêmes. Ces solutions ne sont pas toujours optimales.



S'il semble à l'appareil qu'il vaut mieux s'asseoir sur le sixième canal avec un niveau de -85 dBm que de se reconnecter à un point adjacent avec un niveau de -50 dBm fonctionnant dans un "cinq" libre - alors ce sera le cas.

Il n'existe aucun mécanisme efficace pour contrôler directement le comportement des appareils clients. C'est la différence, par exemple, des communications cellulaires.

Vous vous opposez - mais qu'en est-il des normes 802.11k (améliorations de la mesure des ressources radio) et 802.11v (gestion du réseau sans fil), adoptées en 2008 et 2011, respectivement?

Ces normes visent théoriquement à résoudre le problème. Pratiquement - rien ne fonctionne.

Oui, le point peut envoyer une demande d'équilibrage de charge - demandez poliment au client de se déplacer. Personne n'est requis pour satisfaire cette demande. De plus, il y a encore peu de clients prenant en charge 802.11k et v.

L'application principale des normes décrites ci-dessus est d'aider au mécanisme d'itinérance rapide 802.11r (transition BSS rapide). Le client reçoit une liste des points d'accès les plus proches auxquels il doit se reconnecter - et déjà plus loin, l'appareil extravagant décide ce qui est le mieux pour lui.

De nombreux exemplaires sont cassés sur l'itinérance, de bons articles peuvent être trouvés ici sur Habré.
Un Deux.
Il y a encore une étude monumentale (mais incomplète) de la belle Andrew von Nagy -
trois.

Nous ne nous répéterons pas, soulignons une fois de plus: le basculement entre les points d'accès est dans la conscience du client. De cela et de la plupart des problèmes.

Les vendeurs tentent de lutter contre l'indépendance des clients. Les outils standard n'aident pas, donc des astuces sont utilisées. C’est comme dans les livres d’affaires: n’essayez pas de convaincre - faites le client lui-même faire le bon choix.

Ainsi, par exemple, Band Steering fonctionne (un mécanisme pour transférer les clients du «deux» vers le «cinq» plus libre):

1. L'appareil tente de se connecter au réseau. Très probablement, il sera précisément de 2,4 GHz: le pilote de périphérique pense que ce sera mieux - regardez, quel signal fort!
2. L'AP vérifie si l'appareil prend en charge 5 GHz. Le système intelligent garde constamment une trace de toutes les adresses MAC à partir desquelles les demandes ont été envoyées ou connectées aux «cinq» plus tôt;
3. DualBand- ( ) 2,4 ;
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, PCAP-, , clients.mikealbano.com

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FCC — Federal Communications Commission ( ). FCC ID — , FCC .

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№3

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Conclusion

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25.10.2018 «» . .

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Revolution Wi-Fi — Andrew von Nagy — , Revolution Capacity Planner;

Divergent Dynamics — Devin Akin, ;

WLAN Professionals — Keith Parsons — Wi-Fi. , ;

badfi.com — Wi-Fi.