Большинство управляющих и владельцев бизнеса не до конца представляют себе список факторов, которые должны быть учтены при проектировании беспроводной сети. Да и некоторые системные и сетевые администраторы, привыкшие к работе с проводными сетями, поддерживают мифы и легенды, которыми окутаны беспроводные сети. В данном материале мы попытаемся обозначить основные моменты, на которые стоит обратить внимание на этапе проектирования Wi-Fi сетей. По этому списку можно будет понять, насколько вы подготовлены с технической точки зрения.

Шаги к успеху
Все действия, выполняемые в процессе проектирования, построения и эксплуатации беспроводной сети можно условно разделить на восемь последовательных шагов.
Пропуск или небрежное выполнение одного из них может иметь негативные последствия для всего беспроводного проекта в целом. В данной статье мы сконцентрируемся в основном на сугубо технических вопросах построения беспроводной сети. Итак, приступим!
Радиоразведка
Этот пункт вызывает больше всего прений, хотя он технический лишь отчасти. Многие администраторы склонны недооценивать его важность, да и управляющие поначалу не видят в нем смысла.
Радиоразведка должна выполняться с помощью специализированного оборудования, показывающего радиочастотную обстановку на объекте до развертывания беспроводной сети. Что можно понять в этот момент и почему этот этап важен? Во время радиоразведки можно не только выяснить, есть ли у соседей беспроводные сети, какова их мощность, какие каналы они используют и так далее, но и получить информацию о помехах, возникающих на частотах в 2.4 и 5 ГГц.
Иногда помехи возникают на одном или двух смежных каналах, но может быть и так, что мощный шум обнаруживается во всем частотном диапазоне.

Источники помех известны почти всегда: микроволновые печи, оборудование Bluetooth и плохо экранированные кабели USB 3.0. Информация о мощности шумовых помех в конкретном месте позволит еще на этапе проектирования оценить соотношение сигнал/шум — SNR (Signal-Noise Ratio). Однако нужно понимать, что создавать помехи может и другое электронное оборудование. Кроме помех серьезное влияние вашу сеть могут оказывать и беспроводные сети соседних организаций. Радиоразведка в этом случае позволит более правильно распределить беспроводные каналы. О построении карты частот мы тоже поговорим.

Пример портативного беспроводного сканера — Fluke AirCheck
Радиочастотное обследование и правильное планирование — ключ к хорошо работающей и надежной сети. И наоборот, неподходящее оборудование вкупе с отсутствием радиочастотного планирования и безграмотной установкой могут свести на нет все технологические преимущества отдельных сетевых элементов и технологий и привести к частичной или полной неработоспособности беспроводной сети.
Проводить радиочастотное обследование нужно и после завершения всех работ по настройке беспроводного оборудования. С его помощью можно оценить, насколько точно были выполнены расчеты, то есть насколько хорошим будет покрытие. Например, если при радиоразведке был обнаружен слабый источник шума, полностью устранить который нельзя, то радиочастотное обследование после развертывания сети даст представление о том, какой SNR удалось получить и удалось ли минимизировать негативные факторы. Немаловажно также иметь представление и о том, насколько далеко распространяется беспроводной сигнал от вашей сети, где возможен его прием и подключение к Wi-Fi.
Так как для радиочастотного исследования требуется дополнительное оборудование (использование ПО для обычных ноутбуков и телефонов дает лишь частичное представление), приобретение портативных версий измерительных инструментов даст возможность бизнесу сэкономить в долгосрочной перспективе, так как позволит многократно использовать при эксплуатации сети уже приобретенные инструменты.
Беспроводные каналы
Как выбрать, какие беспроводные каналы использовать? Автоматически или вручную? Так или похожим образом формулируются основные вопросы, когда речь заходит о распределении частот между точками доступа. Несмотря на большое количество доступных беспроводных каналов, не все они пригодны для использования. Причина кроется в частичном перекрытии частот. По сути в диапазоне 2.4 ГГц неперекрывающимися являются только три: 1, 6 и 11. Выбор, например, канала № 3 приведет к тому, что на него будут влиять точки доступа, работающие на первом и на шестом каналах. И хотя на самом третьем канале нет никаких других точек доступа, работать на нем будет практически невозможно.
Частичное перекрытие беспроводных каналов в диапазоне 2.4 ГГц
Автоматическое распределение не всегда оказывается успешным. Более предсказуемым решением будет ручное распределение каналов между точками доступа. На схеме представлен пример распределения беспроводных каналов в диапазоне 2.4 ГГц на плоскости (один этаж здания). Каждый шестиугольник обозначает отдельную точку доступа, вещающую на определенном канале.

Плоскостное распределение неперекрывающихся каналов
При выборе места размещения беспроводного оборудования и мощности излучаемого сигнала необходимо учитывать, что области покрытия соседних точек доступа должны перекрываться на 15–20%. В большинстве случаев этого будет достаточно для того, чтобы клиент произвел роуминг. Также необходимо учесть, что на границе зоны покрытия мощность сигнала должна составлять −67 дБм, тогда как разница между соседними точками доступа, вещающими на одном канале, должна быть не менее 19 дБм — это необходимо для исключения взаимного влияния точек доступа друг на друга.
Рекомендованная степень перекрытия зон покрытия соседних точек доступа
Области одного цвета на рисунке представляют примерные зоны покрытия точек доступа, работающих на одном беспроводном канале. Да, на практике покрытие не будет идеальным кругом, но общее представление о рекомендованном взаимном расположении точек доступа этот рисунок дает.
Большое перекрытие негативно скажется на пользователях беспроводной сети. К обсуждению этой схемы мы еще вернемся.
На следующей схеме показан ошибочный и правильный подход к степени перекрытия сигналов от соседних точек доступа.
Избыточная мощность точек доступа — радиочастотная интерференция
Настроенная мощность точек доступа — оптимальное использование радиочастот
В многоэтажных зданиях ситуация сложнее, так как приходится учитывать возможное влияние точек доступа, расположенных на других этажах.

Обратите внимание на схему распределения беспроводных каналов. На рисунке показаны беспроводные каналы на двух смежных этажах здания (один над другим). Задача проектировщика состоит в том, чтобы точки доступа на соседних этажах здания использовали разные беспроводные каналы.

Объёмное распределение неперекрывающихся беспроводных каналов (два этажа здания)
Возвращаясь к вопросу шумов, необходимо учитывать, что во-первых, зашумленность разных каналов может быть различной, а во-вторых — приемлемый SNR будет зависеть от того, для чего используется Wi-Fi сеть. Например, для передачи обычных данных рекомендованный SNR должен быть не ниже 10, тогда как приложениям реального времени требуется SNR не хуже 25.
В точках доступа Cisco используются инновационные технологии Cisco CleanAir и ClientLink, обеспечивающие наилучшую производительность сети Wi-Fi в любой момент времени. CleanAir — это проактивная защита от радиопомех, она обнаруживает и идентифицирует источники помех, с ее помощью можно оценить степень их влияния на производительность сети и затем перенастроить сеть для наилучшей эффективности в текущих условиях. Технология Cisco ClientLink решает проблемы сетей, в которых одновременно работают разные клиентские устройства, одновременно повышая скорость передачи для клиентов 802.11a/g, 802.11n и 802.11ac.
Понимание профиля трафика никогда не будет лишним, так как в дальнейшем позволит применить к нему правильные политики QoS (Quality of Service). Частично профиль трафика можно предсказать по типу объекта, на котором производится построение беспроводной сети.
Кроме инновационных технологий, увеличивающих производительность беспроводной сети, компания Cisco Systems предлагает решения, предназначенные для повышения безопасности эксплуатирования Wi-Fi сетей. Так, например, в самих точках доступа используется механизм классификации политик (Policy Classification Engine), который позволяет реализовать детальные политики доступа в сеть с учетом роли пользователя (гость отеля, сотрудник, посетитель), его способа доступа в сеть, типа устройства, по используемому приложению. Политики определяют право доступа в разные сегменты сети, скорость подключения, ограничения и приоритетность используемых приложений (Application Visibility & Control). Это дает возможность всем сотрудникам и постояльцам использовать для подключения собственные устройства без риска нарушения информационной безопасности корпоративной сети.
Количество vs качество
Что лучше: парочка мощных точек доступа или же несколько более простых моделей? При ответе на этот и подобные вопросы необходимо учитывать ограничения каждого конкретного устройства.
Большинство точек доступа позволяют одновременно поддерживать подключение до 200 клиентских устройств. Увидев такую строку в спецификации, казалось бы, можно расслабиться, ведь для небольших отелей/магазинов такое количество посетителей одновременно — мечта. Однако все не так очевидно — современный человек может иметь несколько устройств, каждому из которых требуется собственное подключение к беспроводной сети.
Точки доступа обычно имеют и куда более реальные ограничения на количество активных беспроводных устройств: 20 беспроводных клиентов, осуществляющих передачу данных; либо 7 голосовых потоков с кодеком G.711; либо 8 — с кодеком G.729. Можно больше? — Можно, но качество будет заметно страдать; и чем больше активных клиентов, тем сильнее. Обычно подобная проблема решается путем применения CAC — Call Admission Control, но это тема отдельной статьи.
Возвращаемся к схеме из предыдущего раздела, так как она отражает общий тренд современных беспроводных сетей — большее количество точек доступа с меньшим по мощности сигналом, чтобы уменьшить зону перекрытия.
Избыточная мощность точек доступа — радиочастотная интерференция
Настроенная мощность точек доступа — оптимальное использование радиочастот
Если увеличить количество используемых точек доступа и уменьшить мощность сигнала каждой из них, то беспроводной клиент физически окажется ближе к точке доступа и это позволит использовать более производительную модуляцию. Это без учета того, что теперь сигналы беспроводных клиентов, обслуживаемых разными точками доступа, перестают интерферировать друг с другом. Также нельзя не отметить более равномерную нагрузку на опорную проводную сеть и уменьшение создаваемых помех соседним беспроводным сетям.
Одна из типовых ошибок, совершаемых начинающими сетевыми администраторами, состоит в том, что при проектировании сети учитывается лишь мощность передатчиков точек доступа. Однако для нормального функционирования беспроводной сети необходима передача трафика в обе стороны, поэтому нужно учитывать мощность передатчиков у беспроводных клиентов. В большинстве случаев именно она и будет служить ограничивающим фактором при расчете карты покрытия. Написанное актуально не только для зоны покрытия, но и при внедрении разнообразных опций, например IEEE 802.11 k/r/v.
Для сочетания Wi-Fi протоколов между сетевой инфраструктурой и клиентскими устройствами заключаются технологические партнерства между компаниями, например Cisco и Apple. Благодаря этому соглашению устройства с iOS всегда работают оптимальным образом с Wi-Fi инфраструктурой Cisco.
Как же все это, сочетается с рекомендацией Cisco по уменьшению количества используемого вспомогательного оборудования, типа беспроводного контроллера – WLC? Для построения небольших беспроводных сетей нет необходимости в использовании выделенного контроллера, его роль может на себя взять центральная точка доступа, (при использовании решения Cisco Mobility Express, поддерживающего самые последние беспроводные достижения – IEEE 802.11ac Wave 2). Все точки доступа Cisco позволяют создавать бесшовный роуминг без установки выделенного Wi-Fi контроллера, что существенно сокращает расходы на построение Wi-Fi сети в гостинице, ресторане, музее или бутике любого размера.
Беспроводные решения Cisco оптимизированы для обеспечения беспроводным покрытием сложных зон с разным профилем пользователей. В линейку оборудования входят как экономичные точки доступа для зон с низкой плотностью клиентского оборудования, например, Aironet серии 1815; так и более производительные решения для офисов — Aironet 1830/1850. И нельзя не упомянуть самые производительные устройства, предназначенные для поддержания непрерывного бизнес-процесса с высочайшей производительностью, обеспечиваемой аппаратной платформой (чипсетом), разработанной в Cisco и изготавливаемой только для решений на базе Cisco Aironet серии 2800.
Компания Comptek предлагает несколько типовых решений для построения беспроводных сетей в отелях. Так, например, на схеме ниже представлен пример сети небольшого отеля с 5–15 номерами. Как видно из схемы, точки доступа подключаются к коммутаторам Cisco Catalyst 2960L, которые затем соединены непосредственно с маршрутизатором Cisco ISR.

Пример сети небольшого отеля
Для более крупных гостиниц с номерным фондом до 50 комнат предлагаемое решение лишь немногим сложнее — на появившемся уровне агрегации находится коммутатор Cisco Catalyst 3850, обеспечивающий подключение коммутаторов доступа к маршрутизатору.

Типовая схема сети средней гостиницы
Независимо от выбранного решения (с выделенным беспроводным контроллером или без) необходимо учитывать ограничения, накладываемые на количество поддерживаемых точек доступа. Также важно помнить, что в соответствии с российским законодательством в публичных сетях необходима авторизация пользователей. Это можно реализовать с помощью решения Cisco ISE, внешней системы, или воспользоваться услугами оператора связи.
Карта покрытия
Зачастую в помещениях зона покрытия имеет сложную форму. Один из примеров — на схеме ниже.
«Тепловая карта», пример реальной зоны покрытия
Сложная форма покрытия связана не только с теми препятствиями, сквозь которые проходит электромагнитное излучение, но и с диаграммой направленности, которую имеет каждая антенна.
Даже у направленной антенны, кроме основного или центрального лепестка, есть еще несколько боковых, существование которых необходимо учитывать при построении беспроводной сети в стесненных условиях.
Диаграмма направленности антенны с ярко выраженным центральным лепестком
Существует целый набор программ, позволяющих визуализировать ожидаемое покрытие беспроводной сети: достаточно загрузить план помещений, указать материал и толщину стен, перекрытий и других препятствий, задать места размещения точек доступа и мощности их передатчиков. При расчетах нужно обязательно учитывать и беспроводной диапазон, так как сигналы на частотах 2.4 и 5 ГГц имеют различную проникающую способность.
В точках доступа Cisco используется технология Cisco BandSelect, которая позволяет дифференцировать клиентские устройства по частоте. Если устройство может подключиться к точке доступа на частоте 5 ГГц, то оно будет работать именно на этой частоте, что позволяет разгрузить чаще используемый радиодиапазон 2,4 ГГц. Об этой технологии еще писали в этом материале. Помимо этого, в точках доступа Cisco используется алгоритм управления радиоресурсом (RRM), который позволяет автоматически скорректировать радиочастотный канал, его ширину, мощность излучения сигнала и устранить пробелы в покрытии в условиях динамично меняющегося радиоэфира.
Время
Выполняя радиоразведку или проектирование карты покрытия, необходимо учитывать и временные особенности использования помещений. Например, в школах и институтах во время перемены голосовой трафик может оказаться преобладающим, да и в принципе нагрузка на сеть может значительно возрасти. Кроме того, в этот интервал беспроводные клиенты будут подключены к коридорным точкам доступа, а не к тем, что размещены в аудиториях. Будет расти количество событий роуминга, связанного с перемещением школьников и студентов между кабинетами.
В качестве примера подобного проекта можно рассмотреть создание ИТ-инфраструктуры школьного кампуса Brookes Moscow, выполненное инженерами компании LWCOM. За основу сетевой архитектуры взяли оборудование Cisco: ядро локальной сети организовали двумя высокопроизводительными коммутаторами Cisco Catalyst серии 3850, доступ на коммутаторах — Cisco Catalyst 2960. За защиту границы сети отвечают межсетевые экраны Cisco FirePower. Стабильное покрытие Wi-Fi внутри здания школы обеспечивается точками доступа Cisco Aironet серий 1850 и 3800, а уличной территории - всепогодными точками Cisco Aironet 1560, управляет ими контроллер беспроводной сети Cisco Wireless LAN Controller 5520.
Иногда нагрузка на беспроводные сети в определенные моменты времени может снижаться настолько, что часть оборудования можно и вовсе отключить. Централизованное управление питанием точек доступа по расписанию гораздо проще организовать, когда они подключены к PoE-коммутатору. Время включения/отключения точек доступа, а также их количество зависят от конкретного объекта: где-то может быть отключено все беспроводное оборудование, где-то малую часть можно оставить.
Поддерживающая инфраструктура
Работоспособность беспроводного решения зависит и от вспомогательной инфраструктуры и от качества электропитания в конкретном месте. Если большинство проблем, связанных с питанием коммутаторов и маршрутизаторов, можно решить установкой ИБП, то в ситуации с точками доступа такой подход будет экономически нецелесообразным. Да и размещение тяжелых ИБП в подпотолочном пространстве — не лучшая идея. Даже если энергоснабжение здания не имеет особых проблем, найти розетку во всех предполагаемых местах установки точек доступа может оказаться затруднительно.
На помощь приходит технология PoE — Power over Ethernet. Коммутаторы с поддержкой PoE уже давно не редкость, однако при их выборе необходимо учитывать предоставляемый энергетический бюджет — энергии должно хватать всему подключенному оборудованию, а не только какому-либо одному типу устройств. При выборе ИБП и коммутаторов также не стоит забывать и о возможном расширении сети, увеличении количества подключенных потребителей PoE или их мощности. Кроме стабилизации питания и доставки электроэнергии во все труднодоступные места, использование PoE дает и еще одно важное преимущество — возможность удаленного управления питанием для всех подключенных потребителей. Так, например, администратору не составит большого труда удаленно перезагрузить подвисшее оборудование.
Понимание того, как изменяется расположение беспроводных клиентов с течением времени, позволит не только предсказать нагрузку на беспроводное оборудование, но также и на всю поддерживающую проводную инфраструктуру. Так, например, при динамично изменяющемся составе беспроводных пользователей необходимо уменьшать время аренды в протоколе DHCP, тогда как более статичные сети допускают увеличения времени аренды.
Особую головную боль для администраторов создают места массового скопления людей. И даже в небольших организациях такие места, наверняка, найдутся: это могут быть конференц-холлы в отелях, актовые залы в школах и университетах, банкетные залы в ресторанах и кафе. Указанные помещения требуют максимально тщательного планирования. И дело здесь не в том, что количество беспроводных клиентов может легко превысить все ограничения используемой точки доступа, сколько в том, что свои ограничения есть и у проводной поддерживающей инфраструктуры. Так, например, администратору придется заранее позаботиться о том, чтобы во время какого-либо мероприятия не произошло истощения DHCP-пула, либо переполнения мостовой таблицы коммутаторов. И, да, конечно же, без зонирования помещения и использования направленных антенн, обслуживающих только определенные сектора, не обойтись.
Вместо заключения
Если во время чтения данной статьи вы не нашли для себя ничего нового, значит, вы полностью готовы к созданию собственной беспроводной сети и, скорее всего, не допустите большинства стандартных ошибок.
Если же оказалось так, что о большей части упомянутых тонкостей вы даже не задумывались, лучше пригласить квалифицированного сетевого администратора или отправиться на курсы. Специалисты компании CompTek — дистрибутора сетевого и телекоммуникационного оборудования – готовы оказать содействие и помощь в процессе проектирования и построения беспроводных сетей любого масштаба, ответить на возникающие вопросы и в кратчайшие сроки предоставить необходимое оборудование.

Комментарии 5

    0
    Спасибо за общие рекомендации в начале статью, но жаль, что всё опять скатилось к рекламе Cisco.

    Лучше бы рассказали про эксплуатацию беспроводной сети от Arista (Mojo Network), дистрибьютором которых вы также являетесь.
      0

      Как показывает практика, выбор свободных каналов не из основных все же намного лучше, чем пытаться сидеть на 1,6 или 11.

        0
        На практике радиопланирование делают для 5 ГГц, хотя в домашней сети тоже замечал такой эффект.
        0
        AC Wave 2 самая современная технология? Про WiFi 6 (aka AX) не слышали?
        В целом статья «для самых маленьких сисадминов», которым при этом редко дают бюджет на Cisco.
          +1
          Ура! Спасибо за статью, теперь буду отправлять читать всех, потому что на пальцах и без рисунка, раньше невозможно было объяснить как работает вай-фай, особенно технически неподготовленному человеку. Теперь есть статья. Пусть читают и умнеют. Ну и циска да… Не сошёлся на ней свет, есть приборчики удобнее…

          Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.