Velocidade Wi-Fi real (nas empresas)

O hype contínuo sobre as velocidades de Wi-Fi de gigabit dos padrões modernos leva os engenheiros a esclarecer esse tópico de maneira compreensível para todos.
O que os profissionais de marketing estão tentando atrair? O que dizem os engenheiros? Onde esta a verdade
Como sempre, em algum lugar próximo. Que largura de banda esperar em condições reais e por quê - você encontrará a resposta neste artigo. Se você não tem tempo para ler, mas deseja saber o número mágico - 75 Mbit / s para um ponto de acesso de banda dupla . Quem se importa com os detalhes, continue lendo.



O artigo é baseado no Wi-Fi Throughput de Devin Akin, que trabalha com redes sem fio há mais de 20 anos e também é co-fundador do programa educacional CWNP (também conhecido como CWNE # 1).
Perguntei-lhe apenas se o artigo poderia ser traduzido e ele imediatamente respondeu: "sim, ficarei encantado".

Por sua vez, estou encantado com a comunidade aberta de engenheiros de Wi-Fi. Então vamos lá.

O que esperar de 20 MHz?

Primeiro, você precisa entender o que pode esperar de um canal amplo de 20 MHz com uma variedade padrão de dispositivos clientes. De repente, quem não sabe, SS (Spatial Stream) é um Spatial Stream (PP). Compreendeu a tecnologia de multiplexação espacial ou MIMO, que apareceu em 802.11n e ficou satisfeita com quase 10 anos de velocidade aumentada devido à transmissão simultânea de vários PCs simultaneamente. Um artigo muito bom sobre o tópico do MIMO foi escrito por Andrey Kuznetsov, graças a ele pela linguagem compreensível.
Para trabalhar com vários PCs, o ponto de acesso ou o cliente precisa ter vários transceptores com antenas a bordo (os dois primeiros dígitos das características, por exemplo 2 × 2: 2, digam sobre eles, com toda a energia sobrando.

Abaixo estão ótimos gráficos de Andrew Von Nagy .



Nesta figura, com todos os clientes 1 × 1: 1, cada um dos quais transmite um fluxo de 3 Mbit / s, o tempo de antena de um canal puro de 20 MHz é saturado. Ao utilizar um canal da ordem de 75 a 80%, ocorre saturação total. Como resultado, a largura de banda total do canal é de aproximadamente 30 Mbit / s ou um total de 10 dispositivos por 1 ponto de acesso (ponto de acesso).
Se todos os clientes puderem trabalhar com 2pp (2 × 2: 2), existe a chance de obter uma largura de banda total de cerca de 65 Mbit / se 21 dispositivos ao mesmo tempo, não é ruim, certo?

Contra o que a largura de banda se baseia?

É importante observar que podemos alterar o número de clientes e a taxa de transferência por cliente, mas sempre descansaremos contra a restrição devido à saturação do tempo de antena (saturação do tempo de antena). Por exemplo, se cada dispositivo conectado ao ponto de acesso precisar de 2 Mbps e eles forem de thread único (1 PP), receberei no máximo 15 dispositivos trabalhando simultaneamente até ficar saturado a 30 Mbps (2 × 15 = 30). A mesma matemática será com os clientes 2pp, com 32-33 clientes a uma velocidade de 2 Mbit / s, e saturamos a uma velocidade total de 65 Mbit / s.

Uma proporção bem previsível de clientes nas redes modernas é de 2/3 1PP a 1/3 2PP. Clientes com 3pp (como o MacBook Pro) são inferiores a 1%. Conhecendo essa proporção, podemos esperar que o ponto de acesso médio com um canal livre (de interferência e vizinhos) entre em saturação a cerca de 45 Mbps.

Se houver 2 módulos de rádio no ponto de acesso, cada um deles operará com sua própria frequência, livre de interferências (ACI, CCI, interferência não Wi-Fi), ou seja, é possível obter um total de 90 Mbps por 1 ponto de acesso. Na realidade, o seu Wi-Fi e o vizinho afetam de tal maneira que, na faixa de 2,4 GHz, obter 30 Mbps em vez de 45 é uma fortuna.

Assim, a taxa de transferência total de qualquer ponto de acesso com dois módulos de rádio em condições reais é de 75 Mbit / s (para todos os clientes conectados a ele).

[Nota do tradutor]: do ponto de vista do uso eficiente do espectro Wi-Fi, é uma tecnologia extremamente ineficiente, pois inicialmente pressupõe acesso competitivo ao ambiente para dispositivos heterogêneos em público. Para maior clareza, você pode trazer essa imagem.

Profissionais de marketing e vendedores

Obviamente, os funcionários dos departamentos de marketing podem não entender a diferença entre a velocidade da conexão (taxa de dados) e a largura de banda do canal half-duplex. Eles também provavelmente querem que você considere apenas condições ideais, do ponto de vista de um sinal de rádio, onde a matemática se parece com isso:

• TD com dois módulos de rádio de 5 GHz
• Canais de 80 MHz (que raramente são usados ​​no Enterprise) e 1,3 Gb / s
• 1 MacBook Pro (3 × 3: 3) conectado a cada rádio AP. (apenas 2 laptops)
• Ambos os laptops fazem o download de um arquivo grande, enquanto utilizam totalmente a agregação (A-MPDU + A-MSDU com grande BlockAck)
• O espectro é perfeitamente claro (sem ACI, sem CCI, sem outros sinais). (Sonhos, sonhos ..)
• Um NAS ou servidor de arquivos com um SSD integrado é conectado por uma interface 10G à rede principal.
• Os recursos que consomem muitos recursos estão desabilitados no ponto de acesso, não há problemas ao carregar a CPU. (Isso é bem possível)
• Drivers, cliente e AP, são perfeitamente otimizados para largura de banda.

E você é oferecido para comprar um switch com MGIG?

Em um cenário tão ridiculamente irrealista, cada um dos dois clientes se conecta a 1,3 Gb / s e tem uma taxa de transferência de 650 Mbit / s, que na ausência de interferência resultará em 1,3 Gb / s no AP. Usando esse cenário maluco, os vendedores estão convencidos a comprar switches com portas de 2,5 Gb / s.

Com os APs de banda dupla 11ac / n, em um cenário carregado pela empresa, onde os canais de 20 MHz são usados ​​para minimizar a contenção dos APs e dos APs vizinhos, tanto quanto possível, você pode esperar que a saturação do ar dos dois módulos de rádio ocorra antes de você Largura de banda da porta de 100 Mbps. Lembre-se de que os quadros de controle e gerenciamento têm muita sobrecarga (sobrecarga) e a maioria dos quadros que carregam dados tem um tamanho de cerca de 256 bytes, o que também afeta negativamente a taxa de transferência.

Três tipos de contenção negativa (sem incluir ACI e interferência não-Wi-Fi) podem ser chamados Intra-BSS, Inter-BSS e Client-to-Client. Sua rede pode ter muito mais desta disputa do que você pensa, especialmente se você não gastou tempo projetando a rede e testando-a. A contenção limita severamente a largura de banda.



Quando alguém do fornecedor ou de seu parceiro sugere que você precisa de mais de 1 porta de Gbps no AP, pergunte a ele o seguinte:

• Explique sua lógica de cálculo, de acordo com a qual você supõe que um dispositivo cliente ou um grupo desses dispositivos possa atingir uma velocidade de 1 Gbit / s.

1. Cuidado para que eles falem sobre taxa de dados em vez de largura de banda
2. Lembre-se de que eles o convencerão de que os canais de 80 MHz (ou mesmo 160) são bons. Também tenha cuidado com as meias-verdades de que os canais amplos fornecerão mais velocidade, o que proporcionará menos carga de éter e aumentará a capacidade. Isso é um erro.
3. Cuidado que eles o convencerão de que o MU-MIMO é bom. Na prática, é de pouca utilidade.

• Mostre-me os dados da rede de um de seus clientes que compraram switches com portas de 2,5 Gb / s (ou mais), onde pode ser visto que o tráfego para o AP excedeu o valor de 1 Gb / s em mais de 15 minutos (o que também é improvável).

O antigo 802.11n vive?

Se eu projetei, configurei e testei uma infraestrutura Wi-Fi 11n 2 × 2: 2 de banda dupla agora, onde os APs têm uplinks de 100 Mbps, 95% das empresas acham que essa rede é a rede mais maravilhosa que já viram. Eu mesmo preferiria uma rede tão baixa, 2 × 2: 2, 11n construída corretamente a 99% das redes Wave2 11ac mal construídas que existem hoje. [Nota do tradutor]: os novos pontos 11ac têm um grande conjunto de tecnologias que permitem construir o que chamamos de redes HD ou de alta densidade, mas sempre enfrentamos a física e a matemática. O mesmo RxSOP é a última coisa a ser ajustada ...

E o 11ax?

Arsen Bandurian já disse o que você não deve esperar do 802.11ax recontando o artigo do mesmo Devin Akin. Mas vale a pena levantar esse tópico novamente.

O Hype já começou, os fornecedores começaram a emitir TDs, embora o padrão ainda não tenha sido aprovado (esperado no final de 2019).
O uso de canais amplos é extremamente ineficiente em condições reais, como você pode ver na figura abaixo. Observando o canal 11ac 42 (36 é o canal principal), é visto a partir do canto inferior esquerdo que o canal primário é eliminado e os segundos canais são pouco utilizados. Isso ocorre porque 75% do tráfego Wi-Fi são dados de gerenciamento, controle e legados, e todos eles são transmitidos apenas no canal principal.



Além disso, a grande maioria dos clientes agora possui 11n , portanto os segundos 40 MHz do canal de 80 MHz não são mais usados. É por esse motivo que o 11ax foi criado. A eficiência cria uma capacidade em todo o sistema e aumenta a taxa de transferência de cada cliente. O principal objetivo do 11ax é aumentar a taxa de transferência por cliente em 4 vezes, o que pode ser realmente alcançado se:

1. A rede emprega principalmente 11ax clientes
2. A rede é projetada e configurada de maneira excelente.

O que significa que, provavelmente, em 10 anos isso acontecerá. Demora muito tempo para se livrar de dispositivos clientes antigos. 11g clientes que viram a luz em 2003 ainda estão trabalhando. O que quer que o pessoal de vendas lhe diga, que depois de três anos tudo mudará, eles não devem ser acreditados, os fatos falam de maneira diferente.

Os canais de 40 e 80 MHz ajudam? Não

No gráfico abaixo, você pode ver como, usando canais estreitos, é obtida uma grande largura de banda para cada dispositivo cliente.



O mesmo se aplica ao 11ax e esse é o motivo da tecnologia OFDMA que permite dividir 20 MHz em subcanais de 2 MHz, 4 MHz e 8 MHz, denominados Resource Unit (RUs). Durante a vida útil e de serviço da primeira geração de 11ax points (5 anos a partir da data de aparecimento), espero não mais de 25% dos 11ax clientes no mercado como um todo. Assim, com uma rede Wi-Fi projetada e configurada de maneira ideal, você pode esperar um aumento na eficiência da rede devido à penetração de clientes 11ax, mas, em geral, nada de surpreendente (na mudança original do jogo). Se você colocar em números, adicionando 25% à capacidade total da rede (45 M a 5 GHz + 30 M a 2,4 GHz), obteremos 75 M × 1,25 = 93,75 Mbit / s . Você precisa de mais de gigabit na porta de cobre? Não.

A matemática não mente

Esses números são reais. Se você pensar de maneira diferente, encontre uma rede corporativa em que esses números excedam meus números, mostre-os e eu mudarei este artigo.

Exemplo prático

As regras simples e eficazes que se mostraram muito precisas para calcular a largura de banda por dispositivo são as seguintes:

• Taxa de MCS × 50% / número de usuários [Um dispositivo na rede]
• Taxa de MCS × 45% / número de usuários [Poucos dispositivos, carga média]
• Taxa de MCS × 40% / número de usuários [Muitos dispositivos, carga média e pesada]

Para ajudar você a entender melhor, darei um exemplo de um dos meus clientes.
Eles introduziram pontos de acesso 3 × 3: 3 com canais de 20 MHz para conectar até 100 dispositivos ativos em cada público. O aplicativo principal era o vídeo unicast com um fluxo de 2 Mbps para 30 pessoas na classe. Após uma implementação bem-sucedida, eles me ligaram, dizendo que um TD estava com defeito. Uma investigação revelou que os dispositivos clientes eram os culpados. Nesta classe, havia 30 iPads 1PP que não podiam atingir uma velocidade de 2 Mbps em todas as 30 peças.

• Velocidade do canal (taxa de dados) = 72 Mbps
• 40% de eficiência
• Largura de banda total 29 Mbps
• / 30 = 950 Kbps por dispositivo

Em outra aula, eles usaram 30 iPad Air 2, 2PP e funcionaram bem.

• Velocidade do canal (taxa de dados) = 173 Mbps
• 40% de eficiência
• Largura de banda total 69 Mbps
• / 30 = 2,3 Mbps por dispositivo

Sua confusão foi que o iPad da 1PP não conseguiu exibir o vídeo adequadamente, e o MacBook Pro (3PP) recebeu 145 Mbps no momento em que a aula estava vazia.

• Velocidade do canal (taxa de dados) = 289 Mbps
• 50% de eficiência
• Taxa de transferência total de 145 Mbps
• / 1 = 145 Mbps por dispositivo

Imagine que a matemática funciona. E funcionará para você também.

Isso conclui o artigo de Devin.
De mim mesmo, Maxim Getman, acrescentarei três exemplos de vida.

Planta

A rede para conectar guindastes de ponte foi projetada e configurada corretamente, funciona apenas na faixa de 5 GHz e os clientes são APs Cisco IW3702 vigorosos no modo WGB. 2 guindastes aderem a um máximo de 1562D TD em uma coluna. O SNR não cai abaixo de 40 dB, o sinal na recepção de ambos os lados é de cerca de -60 dBm. Nenhuma interferência com um ciclo de trabalho significativo foi detectada. Há um fluxo constante de 3-5M UDP do guindaste da câmera Axis. Além disso, o tráfego de kilobits dos sensores e cerca de 1 milhão de tráfego para o computador do operador da grua. Tudo funciona muito bem. Se 2 guindastes por ponto, tudo bem. Mas se no momento em que houver um guindaste no AP, e ainda estivermos carregando a rede com iperf de 10 Mbit / s UDP, observamos perdas da ordem de 10 a 12%. Parece que, em teoria, com um SNR de 40 dB, deveríamos trabalhar de forma estável no MCS9, ambos os dispositivos são 11ac.



Infelizmente, na vida há trabalho no MCS3-7, que fornece, a 1pp, 20 MHz e um longo intervalo de guarda (mas na oficina de ferro é impossível de outra forma) 26 Mbps no pior caso. Como resultado, isso corresponde a 13 Mbit / s de tráfego real por 1 AP. Lá vai você. Os dados são piores que as fórmulas de "escritório". Isso deve ser levado em consideração.

Quem pode explicar, do ponto de vista da física, por que o mecanismo DRS fica mais lento, com um SNR decente, ficarei feliz com isso. Pelas minhas razões, nas condições de uma loja de ferro entupida de ferro, há tantas reflexões que o DSP não pode analisar o sinal na recepção, não envia ACK e obtemos uma diminuição na velocidade. Ah, sim, as antenas no AP são direcionais, 10 dBi. Em clientes de guindaste omnidirecional, 7 dBi. A especificidade é aquela orientada a não fazer, a tolerância a falhas deve ser. Distâncias de trabalho 30-80 metros. Portanto, equipamento caro, mas não há muito o que espremer.

Grande edifício de escritórios polivalente

O edifício tem um enorme átrio no interior, compartilhado em vários andares. Nos escritórios, há pontos no chão, não alguns. No átrio no 1º andar, você pode ouvir pontos de 6 andares. Qual é o resultado? Mesmo com uma pequena carga na rede, a taxa de transferência tende a zero. Especialmente a 2,4 GHz. Nesse caso, quero lembrar sobre a sobrecarga do farol . Se você tiver 5 SSIDs por ponto, as velocidades baixas não serão removidas (os beacons são transmitidos a uma velocidade de 1 M) e, em um ponto no espaço em que você possa ouvir 3 de seus próprios pontos no 1 canal de frequência, 48% da utilização do canal é simplesmente dos seus próprios beacons! Alguma coisa para pensar? Desative velocidades baixas e a utilização obrigatória de canal inferior a 12 M cairá para 4,5% nas mesmas condições. Nada mal, uma ordem de magnitude?



O que fazer com o átrio? Projete pontos de escritório com antenas direcionadas a partir do átrio ou, pelo menos, leve-os embora. E se já está de pé? Minimize o número de SSIDs, aumente as velocidades disponíveis e concorde com os vizinhos (se houver) para fazer o mesmo!

Centro de Exposições

Foram colocados 20 TDs no pavilhão, com antenas mais ou menos direcionais e desejam receber 1 M por cada cliente, dos quais existem 500. 25 clientes por TD. Se assumirmos que temos éter perfeito e podemos obter 75 M para cada AP, tudo parece convergir, mesmo com uma margem. 20x75 M = 1500 M, mas você precisa apenas de 500 M. É normal? Não! A que velocidade os clientes malhados se conectam?

• Velocidade do canal (taxa de dados) = 52 Mbps (MCS5, 1PP)
• 40% de eficiência
• Taxa de transferência total de 20,8 Mbps
• / 25 = 0,8 Mbps por dispositivo

Lembra que isso está em boas condições? Quantos canais são 2.4? 3 canais. Quantos canais são 5? 15 canais (e nem todos estão disponíveis para todos os clientes). Pelo menos obteremos CCI de nossos próprios pontos de acesso, especialmente em 2,4 GHz. Mesmo se reduzirmos o número de SSIDs para 3x e desativar as velocidades abaixo de 12 M, o problema da exposição é que todo mundo quer trazer seu próprio TP-Link, peça ao organizador a conexão e a transmissão por cabo, com configurações padrão que sobrecarregarão apenas os faróis à velocidade de 1M, e também ACI pelo fato de terem chegado ao terceiro canal, por ignorância.

É o que está acontecendo no ar às 2,4 no meio da exposição. Reciclagem de até 90% a -80 dBm.

O que fazer

Aplique antenas estreitamente direcionadas, minimizando suas áreas de cobertura, evitando o máximo possível de travessias de canais. Durante o NDP, não tenha preguiça de realizar uma inspeção por rádio várias vezes, a fim de definir com precisão as frequências e potências, e não confie na automação. Aloque vários canais a 5 GHz para aqueles que desejam "seu Wi-Fi" e proíba o trabalho em outros canais. Então, talvez, a rede de exposições seja mais ou menos animada.

Conclusão de todo o artigo

O conhecimento e a experiência ajudarão você a criar (se você é um engenheiro integrador) ou pedir (se estiver do lado do cliente) a criação de uma rede Wi-Fi é adequada.

Abaixo, fornecerei alguns links úteis para engenheiros de Wi-Fi:

Materiais de trabalho
1. Revolucione o planejador do Wi-Fi Capacity Planner com base nessas fórmulas mais apropriadas. ajudará a estimar com precisão suficiente e quantos APs são necessários para conectar N. clientes.
2. A tabela MCS ajudará a determinar a velocidade do canal pelo MCS.
3. A tabela de correlação de MCS e SNR ajudará a aprender MCS teoricamente (na prática, pior)
4. SSID Overhead Calculator permite que você entenda como o número de SSID e a velocidade dos beacons afeta
5. A tabela de recursos dos dispositivos clientes permitirá descobrir dispositivos antes da implementação
6. O RSSI Compared ajuda a entender a propagação na recepção entre dispositivos

Materiais educativos
1. Canal do Ekahau Wi-Fi Design Tools no YouTube com os melhores webinars Wi-Fi
2. CWNA 5ª edição . O melhor tutorial de Wi-Fi do mundo. Você não encontrará Amazon mais barato. O livro vale o dinheiro.
3. Tecnologias de redes Wi-Fi sem fio modernas . Guia de estudo. O livro atual sobre Wi-Fi em russo. Custa em papel aproximadamente o mesmo que a CWNA. Existe uma versão em PDF na rede.
4. O projeto de rede Wi-Fi para manequins é um guia simples e compreensível para quem está começando. Se você é gerente de projeto, gerente e não tem tempo para mergulhar no meio do Wi-Fi, leia as 50 páginas do Design de rede Wi-Fi para manequins em algumas horas e terá uma compreensão de como o Wi-Fi está sendo construído como um ser humano. O subsídio é distribuído gratuitamente.

Se você é um engenheiro, qual livro é mais detalhado, você pergunta? Você pode julgar pela espessura.



Se você tiver perguntas interessantes sobre o Wi-Fi, é fácil encontrar meus contatos. Ficarei feliz em responder.

ps o artigo se sobrepõe parcialmente a " Por que o Wi-Fi não funcionará conforme o planejado ", de Andrei Paramonov. Seu artigo ainda tem uma profundidade maior. Para aqueles que querem mergulhar nos detalhes, eu recomendo a leitura.
Às vezes, parece que o hubr não possui a funcionalidade de um fórum banal, onde pode ser dividido mais claramente em subcategorias, para que, depois de anos, as informações não sejam perdidas, mas estejam disponíveis.