Vitesse Wi-Fi réelle (dans les entreprises)

Le battage médiatique continu autour des vitesses Wi-Fi gigabit des normes modernes incite les ingénieurs à clarifier ce sujet d'une manière compréhensible pour tout le monde.
Qu'est-ce que les commerçants essaient de tirer par les oreilles? Que disent les ingénieurs? Où est la vérité?
Comme toujours, quelque part à proximité. Quelle bande passante attendre dans des conditions réelles et pourquoi - vous trouverez la réponse dans cet article. Si vous n'avez pas le temps de lire du tout, mais que vous voulez connaître le chiffre magique - 75 Mbit / s pour un point d'accès bi-bande, pour tous . Qui se soucie des détails, lisez la suite.



L'article est basé sur le débit Wi-Fi de Devin Akin, qui est sur le sujet des réseaux sans fil depuis plus de 20 ans et est également co-fondateur du programme éducatif CWNP (alias CWNE # 1).
Je lui ai juste demandé si son article pouvait être traduit, et il a immédiatement répondu: "oui, je serai ravi".

À mon tour, je suis ravi de la communauté ouverte d'ingénieurs Wi-Fi. Alors allons-y.

Qu'attendre de 20 MHz?

Vous devez d'abord comprendre ce que vous pouvez attendre d'un canal large de 20 MHz avec une gamme standard de périphériques clients. Du coup, qui ne sait pas, SS (Spatial Stream) est un Spatial Stream (PP). Compris de la technologie de multiplexage spatial ou MIMO, qui est apparue en 802.11n et s'est réjouie de près de 10 ans de vitesse accrue grâce à la transmission simultanée de plusieurs PC simultanément. Un très bon article sur le sujet du MIMO a été écrit par Andrey Kuznetsov, grâce à lui pour le langage compréhensible.
Pour travailler avec plusieurs PC, le point d'accès ou le client doit disposer de plusieurs émetteurs-récepteurs avec des antennes à bord (les deux premiers chiffres des caractéristiques, par exemple 2 × 2: 2, disons à leur sujet, avec toute l'énergie au-dessus.

Ci-dessous, de superbes graphismes d' Andrew Von Nagy .



Dans cette figure, avec tous les clients 1 × 1: 1, qui transmettent chacun un flux de 3 Mbit / s, le temps d'antenne d'un canal pur à 20 MHz est saturé. Lorsque vous utilisez un canal de l'ordre de 75 à 80%, une saturation complète se produit. En conséquence, la bande passante totale du canal est d'environ 30 Mbit / s ou un total de 10 appareils par 1 AP (point d'accès).
Si tous les clients peuvent travailler avec 2pp (2 × 2: 2), alors il y a une chance d'obtenir une bande passante totale d'environ 65 Mbit / s et 21 appareils en même temps, pas mal, non?

Sur quoi repose la bande passante?

Il est important de noter que nous pouvons changer le nombre de clients et le débit par client, mais nous resterons toujours contre la restriction due à la saturation du temps d'antenne (saturation du temps d'antenne). Par exemple, si chaque appareil connecté à l'AP a besoin de 2 Mbps et qu'ils sont monofil (1 PP), alors je recevrai un maximum de 15 appareils fonctionnant simultanément jusqu'à ce que je tombe en saturation à 30 Mbps (2 × 15 = 30). Le même calcul sera avec les clients 2pp, avec 32-33 clients à une vitesse de 2 Mbit / s, nous rencontrons la saturation à une vitesse totale de 65 Mbit / s.

Un ratio de clients bien prévisible dans les réseaux modernes est de 2/3 1PP à 1/3 2PP. Les clients avec 3pp (comme MacBook Pro) sont inférieurs à 1%. Connaissant ce rapport, nous pouvons nous attendre à ce que l'AP moyen avec un canal libre (des interférences et des voisins) entre en saturation à environ 45 Mbps.

S'il y a 2 modules radio dans l'AP, chacun fonctionne à sa propre fréquence, sans interférence (ACI, CCI, interférence non Wi-Fi), c'est-à-dire qu'il y a une chance d'obtenir un total de 90 Mbps pour 1 AP. En réalité, votre Wi-Fi propre et voisin affecte de telle manière que dans la bande 2,4 GHz, obtenir 30 Mbps au lieu de 45 est une fortune.

Ainsi, le débit total de tout AP avec deux modules radio en conditions réelles est de 75 Mbit / s (pour tous les clients qui y sont connectés).

[Note du traducteur]: du point de vue d’une utilisation efficace du spectre Wi-Fi, il s’agit d’une technologie extrêmement inefficace, car elle suppose initialement un accès compétitif à l’environnement pour les appareils hétéroclites de la gamme publique. Pour plus de clarté, vous pouvez apporter une telle image.

Marketing et vendeurs

Bien sûr, les gars des départements marketing peuvent ne pas comprendre la différence entre la vitesse de connexion (débit de données) et la bande passante du canal semi-duplex. Ils veulent aussi probablement que vous considériez uniquement les conditions idéales, du point de vue d'un signal radio, où les mathématiques ressemblent à ceci:

• TD avec deux modules radio 5 GHz
• Canaux 80 MHz (qui sont rarement, voire jamais, utilisés en entreprise) et 1,3 Gb / s
• 1 MacBook Pro (3 × 3: 3) connecté à chaque radio AP. (seulement 2 ordinateurs portables)
• Les deux ordinateurs portables téléchargent un fichier volumineux, tout en utilisant pleinement l'agrégation (A-MPDU + A-MSDU avec un grand BlockAck)
• Le spectre est parfaitement clair (pas d'ACI, pas de CCI, pas d'autres signaux). (Rêves, rêves ..)
• Un NAS ou un serveur de fichiers avec un SSD à bord est connecté par une interface 10G au réseau central.
• Les fonctionnalités gourmandes en ressources sont désactivées sur l'AP, il n'y a aucun problème avec le chargement du CPU. (C'est tout à fait possible)
• Les pilotes, client et AP, sont parfaitement optimisés pour la bande passante.

Et on vous propose d'acheter un interrupteur avec MGIG?

Dans un scénario aussi ridiculement irréaliste, chacun des deux clients se connecte à 1,3 Gb / s et a un débit de 650 Mbit / s, ce qui en l'absence d'interférence se traduira par 1,3 Gb / s sur l'AP. En utilisant ce scénario fou, les vendeurs sont convaincus d'acheter des commutateurs avec des ports 2,5 Gb / s.

Avec les AP double bande 11ac / n, dans un scénario d'entreprise où les canaux de 20 MHz sont utilisés pour minimiser autant que possible les conflits de vos AP et voisins, vous pouvez vous attendre à ce que la saturation de l'air des deux modules radio se produise avant que vous ne rencontriez Bande passante de port de 100 Mbps. N'oubliez pas que les trames de contrôle et de gestion ont beaucoup de surcharge (surcharge) et la plupart des trames qui transportent des données ont une taille d'environ 256 octets, ce qui affecte également négativement le débit.

Trois types de conflits négatifs (non compris les interférences ACI et non Wi-Fi) peuvent être appelés Intra-BSS, Inter-BSS et Client-to-Client. Votre réseau peut avoir beaucoup plus de conflits que vous ne le pensez, surtout si vous n'avez pas passé de temps à concevoir le réseau et à le tester. Les conflits limitent considérablement la bande passante.



Lorsque quelqu'un du fournisseur ou de son partenaire suggère que vous avez besoin de plus d'un port Gb / s sur l'AP, vous devez lui demander ce qui suit:

• Veuillez expliquer votre logique de calcul, selon laquelle vous supposez qu'un appareil client ou un groupe de ces appareils peut atteindre une vitesse de 1 Gbit / s.

1. Attention, ils parleront de débit de données plutôt que de bande passante
2. Attention, ils vous convaincront que les canaux 80 MHz (voire 160) sont bons. Méfiez-vous également des demi-vérités que les canaux larges vous donneront plus de vitesse de canal, ce qui donnera moins de charge d'éther et augmentera la capacité. C'est une erreur.
3. Attention, ils vous convaincront que MU-MIMO est bon. En pratique, c'est de peu d’utilité.

• Veuillez me montrer les données du réseau d'un de vos clients qui ont acheté des commutateurs avec des ports 2,5 Gb / s (ou plus) où l'on peut voir que le trafic vers l'AP a dépassé la valeur 1 Gb / s de plus de 15 minutes (ce qui est également peu probable).

L'ancien 802.11n vit-il?

Si j'ai conçu, configuré et testé une infrastructure Wi-Fi double bande 11n 2 × 2: 2 maintenant, où les points d'accès ont des liaisons montantes de 100 Mbps, 95% des entreprises pensent que ce réseau est le plus merveilleux qu'ils aient jamais vu. Je préférerais moi-même un tel réseau bas de gamme correctement construit 2 × 2: 2, 11n à 99% des réseaux 11ac Wave2 mal construits qui existent aujourd'hui. [Note du traducteur]: les nouveaux points 11ac disposent d'un large éventail de technologies qui vous permettent de construire ce que l'on appelle des réseaux HD ou haute densité, mais nous nous heurtons toujours à la physique et aux mathématiques. Le même RxSOP est la dernière chose à régler ...

Et 11ax?

Arsen Bandurian a déjà dit ce que vous ne devriez pas attendre du 802.11ax en racontant l'article du même Devin Akin. Mais ce sujet mérite d'être soulevé à nouveau.

Le battage médiatique a déjà commencé, les fournisseurs ont commencé à émettre des DT, bien que la norme n'ait pas encore été approuvée (attendue fin 2019).
L'utilisation de canaux larges est extrêmement inefficace dans des conditions réelles, comme vous pouvez le voir sur la figure ci-dessous. En regardant le canal 11ac 42 (36 est le canal principal), on voit en bas à gauche que le canal principal est tué et les seconds canaux sont à peine utilisés. En effet, 75% du trafic Wi-Fi sont des données de gestion, de contrôle et héritées, et tous sont transmis uniquement sur le canal principal.



De plus, la grande majorité des clients sont maintenant à 11 n , donc le deuxième 40 MHz du canal 80 MHz n'est généralement pas utilisé du tout. C'est pour cette raison que 11ax a été créé. L'efficacité crée une capacité à l'échelle du système et augmente le débit de chaque client. L'objectif principal de 11ax est d'augmenter le débit par client de 4 fois, ce qui peut être atteint si:

1. Le réseau emploie principalement 11ax clients
2. Le réseau est superbement conçu et configuré.

Ce qui signifie, très probablement, que dans 10 ans, cela se produira. Il faut beaucoup de temps pour se débarrasser des anciens appareils clients. Les clients de 11g qui ont vu le jour en 2003 sont toujours en activité. Quoi que vous disent les vendeurs, après 3 ans, tout va changer, il ne faut pas y croire, les faits parlent différemment.

Les canaux 40 et 80 MHz sont-ils utiles? Non

Sur le graphique ci-dessous, vous pouvez voir comment, en utilisant des canaux étroits, une large bande passante est obtenue pour chaque appareil client.



La même chose sera vraie pour 11ax et c'est la raison de la technologie OFDMA qui vous permet de diviser 20 MHz en sous-canaux de 2 MHz, 4 MHz et 8 MHz, qui sont appelés Resource Unit (RU). Pendant la durée de vie et la durée de vie de la première génération de points 11ax (5 ans à compter de la date d'apparition), je n'attends pas plus de 25% des clients 11ax sur le marché dans son ensemble. Ainsi, avec un réseau Wi-Fi conçu et configuré de manière optimale, vous pouvez vous attendre à une augmentation de l'efficacité du réseau en raison de la pénétration des clients 11ax, mais en général, rien de surprenant (dans le jeu original). Si vous le mettez en chiffres, en ajoutant 25% à la capacité totale du réseau (45 M à 5 GHz + 30 M à 2,4 GHz), nous obtenons 75 M × 1,25 = 93,75 Mbit / s . Avez-vous besoin de plus de gigabits sur le port cuivre? Non.

Les mathématiques ne mentent pas

Ces chiffres sont réels. Si vous pensez différemment, trouvez un réseau d'entreprise où ces chiffres dépassent les miens, montrez-les-moi et je changerai cet article.

Exemple pratique

Les règles simples efficaces qui se sont avérées très précises pour calculer la bande passante par appareil sont les suivantes:

• Taux MCS × 50% / nombre d'utilisateurs [Un appareil sur le réseau]
• Taux MCS × 45% / nombre d'utilisateurs [Peu d'appareils, charge moyenne]
• Taux MCS × 40% / nombre d'utilisateurs [Beaucoup d'appareils, charge moyenne et lourde]

Pour vous aider à mieux comprendre, je vais vous donner un exemple d'un de mes clients.
Ils ont introduit des points d'accès 3 × 3: 3 avec des canaux de 20 MHz pour connecter jusqu'à 100 appareils actifs dans chaque public. L'application principale était la vidéo unicast avec un flux de 2 Mbps pour 30 personnes dans la classe. Après une implémentation réussie, ils m'ont appelé, me disant qu'un TD était défectueux. Une enquête a révélé que les appareils clients étaient à blâmer. Dans cette classe, il y avait 30 iPads 1PP qui ne pouvaient pas atteindre une vitesse de 2 Mbps sur les 30 pièces.

• Vitesse du canal (débit de données) = 72 Mbps
• 40% d'efficacité
• Bande passante totale 29 Mbps
• / 30 = 950 Kbps par appareil

Dans une autre classe, ils ont utilisé 30 iPad Air 2, 2PP et ils ont bien fonctionné.

• Vitesse du canal (débit de données) = 173 Mbps
• 40% d'efficacité
• Bande passante totale 69 Mbps
• / 30 = 2,3 Mbps par appareil

Sa confusion était que l'iPad de 1PP ne pouvait pas montrer la vidéo de manière adéquate, et son MacBook Pro (3PP) a reçu 145 Mbps au moment où la classe était vide.

• Vitesse du canal (débit de données) = 289 Mbps
• 50% d'efficacité
• Débit total de 145 Mbps
• / 1 = 145 Mbps par appareil

Imaginez les travaux mathématiques. Et cela fonctionnera aussi pour vous.

Ceci conclut l'article de Devin.
De moi-même, Maxim Getman, j'ajouterai trois exemples de vie.

Plante

Le réseau de connexion des ponts roulants est correctement conçu et configuré, il ne fonctionne que dans la bande des 5 GHz et les clients sont des points d'accès vigoureux Cisco IW3702 en mode WGB. 2 grues s'accrochent à un maximum de 1562D TD sur une colonne. Le SNR ne descend pas en dessous de 40 dB, le signal à la réception des deux côtés est d'environ -60 dBm. Aucune interférence avec un rapport cyclique significatif n'a été détectée. Il y a un flux UDP de 3 à 5 M constant de la grue de la caméra Axis. En outre, kilobits de trafic provenant des capteurs et environ 1 M de trafic vers l'ordinateur du grutier. Tout fonctionne très bien. Si 2 grues par point, aussi bien. Mais si au moment où il y a 1 grue sur l'AP, et que nous sommes toujours en train de charger le réseau avec iperf th 10 Mbit / s UDP, alors nous observons des pertes de l'ordre de 10-12%. Il semblerait qu'en théorie avec un SNR de 40 dB nous devrions travailler de manière stable sur le MCS9, les deux appareils sont 11ac.



Hélas, dans la vie il y a du travail sur le MCS3-7, qui donne, à 1pp, 20 MHz et un long intervalle de garde (et dans l'atelier de fer c'est impossible autrement) 26 Mbit / s dans le pire des cas. En conséquence, cela correspond à 13 Mbit / s de trafic réel pour 1 AP. Voilà. Les données sont pires que les formules «bureau». Il faut en tenir compte.

Qui peut expliquer du point de vue de la physique pourquoi le mécanisme DRS ralentit ainsi, avec un SNR décent, je serai heureux de cela. Pour mes raisons, dans les conditions d'un atelier de fer obstrué par du fer, il y a tellement de reflets que le DSP ne peut pas analyser le signal à la réception, n'envoie pas ACK et on obtient une diminution de vitesse. Oh oui, les antennes sur l'AP sont directionnelles, 10 dBi. Sur les clients de grue omnidirectionnelle, 7 dBi. La spécificité est que dirigée de ne pas faire, la tolérance aux pannes devrait être. Distances de travail de 30 à 80 mètres. Donc, un équipement cher, mais pas grand chose à serrer.

Grand immeuble de bureaux polyvalent

Le bâtiment possède un immense atrium à l'intérieur, partagé sur plusieurs étages. Dans les bureaux, il y a des points aux étages, pas quelques-uns. Dans l'atrium au 1er étage, vous pouvez entendre des points de 6 étages. Quel est le résultat? Même avec une petite charge sur le réseau, le débit tend vers zéro. Surtout à 2,4 GHz. Dans ce cas, je veux rappeler les frais généraux des balises . Si vous avez 5 SSID par point, les basses vitesses ne sont pas supprimées (les balises sont diffusées à une vitesse de 1 M), puis à un point dans l'espace où vous pouvez entendre 3 de vos propres points sur le canal 1 fréquence, 48% de l'utilisation du canal provient simplement de vos propres balises! Quelque chose à penser? Désactivez les basses vitesses et, à 12 M, l'utilisation des canaux obligatoires inférieure tombera à 4,5% dans les mêmes conditions. Pas mal, un ordre de grandeur?



Que faire de l'oreillette? Bureaux d'études avec antennes dirigées depuis l'atrium, ou du moins emportez-les. Et si déjà debout? Minimisez le nombre de SSID, augmentez les vitesses disponibles et convenez avec les voisins (le cas échéant) de faire de même!

Centre d'exposition

20 DT ont été installés dans le pavillon, avec des antennes plus ou moins directionnelles et souhaitent recevoir 1 M par chaque client, dont 500. 25 clients par TD. Si nous supposons que nous avons un éther parfait et que nous pouvons obtenir 75 M pour chaque AP, alors tout semble converger, même avec une marge. 20x75 M = 1500 M, mais vous n'avez besoin que de 500 M. Est-ce normal? Non! À quelle vitesse les clients marbrés se connecteront-ils?

• Vitesse du canal (débit de données) = 52 Mbps (MCS5, 1PP)
• 40% d'efficacité
• Débit total de 20,8 Mbps
• / 25 = 0,8 Mbps par appareil

Rappelez-vous que c'est dans de bonnes conditions? Combien de canaux font 2,4? 3 canaux. Combien de canaux font 5? 15 canaux (et tous ne sont pas disponibles pour tous les clients). Nous obtiendrons au moins CCI de nos propres points d'accès, en particulier à 2,4 GHz. Même si nous réduisons le nombre de SSID à 3x et désactivons des vitesses inférieures à 12 M, le problème avec l'exposition est que tout le monde veut apporter son propre TP-Link, demandez à l'organisateur une connexion par câble et une diffusion, avec des paramètres par défaut qui donneront des frais généraux avec uniquement des balises à 1M de vitesse, et aussi ACI du fait qu'ils sont arrivés au 3ème canal, par ignorance.

C'est ce qui se passe à 2,4 heures au milieu de l'exposition. Recyclage jusqu'à 90% à -80 dBm.

Que faire

Appliquez des antennes étroitement dirigées, minimisant leurs zones de couverture, évitant autant que possible les croisements de canaux. Pendant le NDP, ne soyez pas paresseux pour effectuer plusieurs inspections radio afin de régler avec précision les fréquences et les puissances, et ne faites pas confiance à l'automatisation. Allouez plusieurs canaux à 5 GHz pour ceux qui veulent «leur Wi-Fi» et interdisez de travailler sur d'autres canaux. Ensuite, peut-être, le réseau d'expositions sera plus ou moins animé.

Conclusion de l'article entier

Les connaissances et l'expérience vous aideront à construire (si vous êtes ingénieur intégrateur) ou à commander (si vous êtes côté client) la construction d'un réseau Wi-Fi est adéquate.

Ci-dessous, je fournirai des liens utiles pour les ingénieurs Wi-Fi:

Matériel de travail
1. Révolutionnez le planificateur Wi-Fi Capacity Planner basé sur ces formules les plus appropriées. aidera à estimer suffisamment précisément et combien d'AP sont nécessaires pour connecter N clients.
2. Le tableau MCS aidera à déterminer la vitesse du canal par MCS.
3. Le tableau de corrélation de MCS et SNR aidera à apprendre théoriquement MCS (en pratique, pire)
4. Le calculateur de frais généraux SSID vous permet de comprendre comment le nombre de SSID et la vitesse des balises affectent
5. Le tableau des capacités des appareils clients vous permettra de connaître les appareils avant leur mise en œuvre
6. RSSI Compared vous aide à comprendre la propagation de la réception sur les appareils

Matériel pédagogique
1. Chaîne YouTube des outils de conception Wi-Fi Ekahau avec les meilleurs webinaires Wi-Fi
2. CWNA 5e édition . Le meilleur tutoriel Wi-Fi au monde. Vous ne trouverez pas moins cher sur Amazon. Le manuel vaut de l'argent.
3. Technologies des réseaux Wi-Fi sans fil modernes . Guide d'étude. Le manuel actuel sur le Wi-Fi en russe. Cela coûte en papier à peu près le même prix que CWNA. Il en existe une version pdf sur le net.
4. La conception de réseaux Wi-Fi pour les nuls est un guide simple et compréhensible pour ceux qui débutent. Si vous êtes un chef de projet, un gestionnaire et que vous n'avez pas le temps de plonger dans la nature sauvage du Wi-Fi, lisez les 50 pages de conception de réseau Wi-Fi pour les nuls en quelques heures, et vous comprendrez comment le Wi-Fi est construit comme un être humain. L'allocation est distribuée gratuitement.

Si vous êtes ingénieur, quel manuel est plus détaillé, demandez-vous? Vous pouvez en juger par l'épaisseur.



Si vous avez des questions intéressantes sur le Wi-Fi, trouver mes contacts est facile. Je serai ravi de répondre.

ps l'article chevauche partiellement « Pourquoi le Wi-Fi ne fonctionnera pas comme prévu » par Andrei Paramonov.Son article a même une plus grande profondeur. Pour ceux qui veulent plonger dans les détails, je recommande fortement de le lire.
pps parfois, il me semble que l'hubr n'a pas la fonctionnalité d'un forum banal, où il peut être plus clairement divisé en sous-catégories, de sorte que plus tard, après des années, les informations ne sont pas perdues, mais sont disponibles.