"Всё, что вам нужно, блоггеры, – это выключить свои базовые станции, - раздражаясь всё больше и больше, сказал Стив Джобс (Steve Jobs) собравшимся зрителям на показе iPhone 4 в июне 2010 года. – Если хотите увидеть образцы, выключите ноутбуки, все точки доступа Wi-Fi и положите их на пол".
В толпе из 5 000 человек едва ли у 500 были рабочие устройства Wi-Fi. Это был настоящий беспроводной апокалипсис, и даже группа лучших специалистов из Силиконовой долины ничего не могла с этим поделать.
Если этот пример острой необходимости стандарта 802.11 покажется вам неприменимым к повседневной жизни, вспомните сентябрь 2009 года, когда команда THG впервые обратила внимание на технологию от компании Ruckus Wireless в своём обзоре "Технология формирования луча (beamforming): новые возможности WiFi". В той статье мы познакомили читателей с концепцией формирования луча и рассмотрели несколько результатов сравнительных испытаний в достаточно большой по площади офисной среде. На тот момент обзор оказался очень поучительным, но, как оказалось, осталось ещё много того, о чём можно рассказать читателям.
Эта мысль пришла к нам несколько месяцев назад, когда один из наших сотрудников установил для своих детей неттоп, использовав для подключения к своей точке доступа Cisco Small Business-Class 802.11n двухдиапазонный беспроводной USB-адаптер (2,4 ГГц и 5,0 ГГц) Linksys с поддержкой стандарта 802.11n. Производительность этого беспроводного устройства оказалась ужасной. Наш сотрудник даже не смог смотреть потоковое видео с сайта YouTube. Полагаем, проблема заключалась в слабых способностях неттопа к обработке информации и графическому отображению данных. Однажды он попытался заменить устройство на беспроводной мост 7811, описанный в нашей статье "Беспроводные маршрутизаторы 802.11n: тест двенадцати моделей", взяв его из использованного ранее оборудования. И сразу же почувствовал разницу, поскольку потоковое видео теперь можно было смотреть на достаточно неплохом уровне. Словно произошло переключение на проводное соединение Ethernet.
Что же случилось? Наш сотрудник не находился в аудитории вместе с 500 блоггерами, которые блокировали его соединение. Он использовал оптимальное, по общему мнению, оборудование для малого бизнеса Cisco/Linksys, которое лично тестировал и знал, что оно обладает бoльшей производительностью, чем большинство конкурирующих торговых марок. Нам показалось, что переключения на беспроводной мост от Ruckus было недостаточно. Без ответов осталось слишком много вопросов. Почему один продукт показал бoльшую производительность, чем другой? И почему в первоначальной статье указано, что на производительность оказывает влияние не только слишком близкое сходство между клиентом и точкой доступа, но также и форма самой AP (точка доступа)?
Вопросы, оставшиеся без ответа
Шесть месяцев назад компания Ruckus попыталась разработать тестовый сценарий, чтобы помочь нам разобраться с вопросами, оставшимися без ответа, путём анализа воздействия эфирных электромагнитных помех на производительность оборудования Wi-Fi, но, прежде чем тесты успели начаться, компания остановила эксперимент. Специалисты из Ruckus установили генераторы высокочастотного шума и стандартные клиентские машины, но измерение результатов теста, полученных в одну минуту, сменялось совершенно другими значениями через две минуты. Даже приведение к среднему значению пяти результатов измерений в заданном месте было бы бессмысленным. Вот почему вы никогда не видели, чтобы в прессе печатали реальные исследования помех. Настолько трудным оказывается управление средой и переменными, что тестирование становится абсолютно невозможным. Поставщики могут сколь угодно долго говорить обо всех тех значениях производительности, которые были получены в ходе тестирования оптимальных конфигураций в звуконепроницаемых камерах с высокочастотными колебаниями, но вся эта статистика бессмысленна в реальном мире.
Честно говоря, мы никогда не видели, чтобы кто-нибудь объяснял и исследовал данные вопросы, и потому решили перехватить инициативу, пролив свет на природу производительности устройств Wi-Fi и раскрыв их сокровенные тайны. Обзор будет достаточно большим. Нам есть что вам рассказать, поэтому мы собираемся разделить статью на две части. Сегодня мы с вами ознакомимся с теоретическими аспектами (как работает оборудование Wi-Fi на уровне данных и аппаратном уровне). Затем мы продолжим дополнять теорию практикой – собственно тестирование в большинстве экстремальных беспроводных сред, с которыми мы когда-либо сталкивались; сюда входят 60 ноутбуков и девять планшетов, все испытывались на одной точке доступа. Чья технология выдержит, а чья окажется далеко позади конкурентов? К тому моменту, как мы закончим наше исследование, вы не только получите ответ на этот вопрос, но и поймёте, почему мы получили именно такие результаты и каким образом работают технологии, скрывающиеся за этими результатами.
Перегрузка сети против захвата линии
Обычно мы используем слово "перегрузка", описывая случаи избыточной нагрузки беспроводного трафика, но, когда дело касается важных вопросов о сетях, перегрузка на самом деле ничего не означает. Лучше использовать термин "захват". Пакеты информации должны соперничать друг с другом за право быть отосланными или полученными в подходящий момент, когда при передаче трафика появляется свободный промежуток. Запомните, что Wi-Fi – это полудуплексная технология, и потому в любой заданный момент на канале может передавать данные только одно устройство: или AP, или один из её клиентов. Чем больше оборудования в беспроводной локальной сети, тем более важным становится управление захватом линии, поскольку за эфир соперничает много клиентов.
При склонности беспроводных сетей связи к постоянному быстрому росту, в высшей степени важным становится то, кто именно готовится передавать данные и когда. И здесь существует только одно правило: кто обменивается информацией в тишине, тот выигрывает. Если никто не пытается передавать данные в тот же момент, что и вы, тогда вы сможете взаимодействовать с нужными устройствами беспрепятственно. Но если два или более клиентов попытаются выполнить то же одновременно, возникнет проблема. Это как если бы вы разговаривали со своим приятелем при помощи переносной рации. Когда говорите вы, вашему другу приходится ждать и слушать. Если вы оба попытаетесь заговорить в одно и то же время, ни один из вас не услышит друг друга. Для эффективного общения и вы, и ваш друг должны управлять доступом к эфиру и захватом линии. Вот почему вы произносите что-то типа "приём", когда заканчиваете говорить. Вы подаёте сигнал о том, что эфир свободен и может говорить кто-то другой.
Если вы когда-нибудь отправлялись в дорогу с переносной рацией, то могли заметить, что у неё есть только несколько доступных каналов — а ещё вокруг очень много людей, кому тоже пришла в голову идея прогуляться с рацией в руках. Особенно это касается времени, когда ещё не было дешёвых сотовых телефонов - казалось, что у каждого встречного есть рация. Возможно, вы с другом и не поговорили бы, но рядом с вами находились и другие люди с рациями, которые, как потом выяснялось, использовали тот же канал. Каждый раз, как вы собирались вставить слово, кто-то уже занимал ваш канал, заставляя вас ждать... и ждать... и ждать.
Подобный вид помех называется "внутриканальными" помехами, при которых те, кто создаёт помехи, затрудняют обмен данными на вашем канале. Для того, чтобы решить проблему, вы можете попытаться переключиться на другой канал, но, если не будет доступно ничего лучше этого, вы будете вынуждены работать с очень, очень медленными скоростями передачи данных. Вам придётся передавать данные только тогда, когда все болтливые болваны вокруг вас замолкнут на мгновение. Возможно, вам и нужно-то сказать всего ничего, например, "Ну и дела! Опять эти внутриканальные помехи!", но вы должны будете ждать 15 минут до мгновения затишья, во время которого вы сможете отпустить краткое, лаконичное замечание.
Источники помех
Сложным в этой проблеме с внутренними помехами каналов является тот факт, что поток трафика Wi-Fi никогда не бывает равномерным. Мы имеем дело с высокочастотными (RF) помехами, случайным образом вмешивающимися в маршрут пакетов, наносящими удар в любом месте, в любое время и длящимися разное время. Помехи могут возникать из-за целого ряда различных источников, начиная с космических лучей и заканчивая конкурирующими беспроводными сетями. Например, микроволновые печи и беспроводные телефоны являются довольно известными "обидчиками" в диапазоне 2,4 ГГц.
В качестве иллюстрации представьте, что играете с другом в машинки Hot Wheels, и каждая машина, которую вы толкнёте по полу к другу, изображает пакет данных. Помехи – это ваш младший брат, играющий в шарики с другом напротив вашей транспортной колонны. Возможно, шарик и не ударится о вашу машинку в какой-то заданный момент времени, но очевидно, что в неё так или иначе попадут. Когда столкновение произойдёт, вам придётся прекратить игру, взять пострадавшую машинку и отнести её на линию старта, попытавшись снова запустить её. И, как и все сорванцы, ваш маленький братишка не всегда играет только в шарики. Иногда он бросает в вашу сторону надувной мяч для игр на пляже или плюшевую собаку.
Эффективная сеть Wi-Fi связана, прежде всего, с управлением беспроводного или радиочастотного диапазона — необходимо помочь пользователю как можно быстрее получить доступ к беспроводному "шоссе" и "покидать" его. Как вы заставляете свои машинки Hot Wheels ехать быстрее и направляете их точнее? Как делаете так, что всё больше и больше машин снуют туда-сюда, не обращая внимания на жалкие попытки младшего брата испортить вам настроение? В этом и заключается секрет поставщиков оборудования для беспроводных сетей.
Разница между трафиком и помехами Wi-Fi
Мы вернёмся к этому чуть позже, но прежде поймите, что стандарт 802.11 делает много такого, что позволяет регулировать управление пакетами. Вернёмся к автомобильным метафорам. Когда вы едете по дороге в автомобиле, то вы сталкиваетесь с правилами ограничения скорости передвижения и другими помехами, которые влияют на то, как именно ведёт себя ваша машина при определённых характеристиках. Но если на вашем месте окажется ваша прабабушка в своих очках с толстыми линзами, которая слушает Лоренса Уэлка (Lawrence Welk) и плетётся по федеральной восьмиполосной автостраде со скоростью 35 миль в час, то другие водители скоро потеряют терпение и начнут сигналить ей. Движение на дороге замедлится. Но все будут продолжать ехать, даже при такой сниженной скорости.
Это аналогично тому, что происходит, когда трафик Wi-Fi вашего соседа попадает в вашу беспроводную сеть. Поскольку весь трафик подчиняется стандарту 802.11, все пакеты управляются при помощи одних и тех же правил. Нежелательный трафик, встречающийся вам на пути, замедляет общее перемещение пакетов, но он не обладает тем же воздействием, как, например, излучение от микроволновой печи, которое не подчиняется правилам и просто проносится через различные полосы движения Wi-Fi (каналы), словно группа пешеходов-самоубийц.
Очевидно, относительное воздействие радиочастотного шума в устройствах Wi-Fi с границами диапазона частот 2,4 и 5,0 ГГц проявляет себя хуже, чем у конкурента – трафика WLAN (wireless LAN – беспроводная локальная сеть), но одна из целей при улучшении производительности идёт на пользу и той, и другой сети. Как мы увидим далее, для того, чтобы этого добиться, есть масса способов. А пока просто запомните, что все эти части трафика, конкурирующие между собой, и помехи, в конце концов, становятся фоновым шумом. Пакетированный поток данных, который начинает движение довольно мощно, при -30 дБ, в результате постепенно затихает, до -100 дБ и менее на некотором расстоянии. Такие уровни слишком низкие, чтобы быть чёткими для точки доступа, но они всё же могут нарушать трафик, также, как та старушка в очках с толстыми линзами.
На войне и в эфире все средства хороши
Давайте поговорим о том, как точки доступа (включая маршрутизаторы) управляют правилами передачи трафика. Вспомните обычный двухполосный въезд на скоростную автостраду. На каждой полосе выстраиваются в линию машины и на каждой из них есть светофор. Скажем, каждому потоку зелёный свет горит пять секунд.
Беспроводная сеть слегка изменила эту идею при помощи процесса, называемого эфирная равнодоступность. Точка доступа оценивает количество существующих клиентских устройств и устанавливает равные временные интервалы устойчивой связи для каждого устройства, как если бы камера, следящая за въездом на магистраль, смогла оценить количество машин, попавших в "пробку" и использовала бы эту информацию для того, чтобы решить, сколько должен гореть зелёный свет. До тех пор, пока свет остаётся зелёным, автомобили могут продолжать двигаться по въезду на магистраль. Когда свет переключится на красный, движение по данной полосе остановится, и тогда зелёный свет загорится для следующей полосы.
Предположим, на этой магистрали три полосы, по одной на каждый стандарт: 802.11b, 11g и 11n. Очевидно, что пакеты информации передаются с разными скоростями; это как если бы одна полоса была предназначена для передвижения на скоростных спортивных машинах, а другая – для медленных большегрузных трейлерах. За определённый интервал времени в своём трафике вы получите больше "быстрых" пакетов, чем медленных.
Без принципа эфирной равнодоступности трафик снижается до наименьшего общего знаменателя. Все транспортные средства выстраиваются на одной полосе в одну линию, и если быстрая машина (11n) оказывается в пробке за автомобилем со средними скоростями (11b), вся цепочка снижает скорость до скорости этого "среднего" авто. Вот почему, если вы довольно часто анализируете трафик при помощи потребительских маршрутизаторов и точек доступа, то приходите к выводу, что производительность может резко упасть, если вы подключаете старое устройство 11b к сети 11n; именно поэтому многие точки доступа имеют в наличии режим "только 11n". Такой подход, конечно же, заставляет точку доступа игнорировать более медленное устройство. К сожалению, большинство потребительских продуктов Wi-Fi пока ещё не поддерживают эфирную равнодоступность. Это свойство настолько быстро становится популярным в деловых кругах, что мы надеемся, что вскоре оно доберётся и до обычных пользователей.
Когда с хорошими пакетами случаются плохие вещи
Довольно о машинах. Давайте рассмотрим пакеты данных и помехи под другим углом зрения. Как говорилось раньше, помехи могут ворваться в эфир в любое время и длиться любое количество времени. Когда шум попадает в пакет данных, последний становится испорченным и его необходимо отсылать ещё раз, что приводит к задержке и увеличению общего времени отсылки.
Когда мы говорим, что хотим получить более высокую производительность, скорее всего, это означает, что мы хотим, чтобы наши пакеты данных были доставлены от точки доступа до клиента (или наоборот) намного быстрее. Для того, чтобы это произошло, точки доступа стремятся использовать одну или все три тактики: снижение скорости передачи данных на физическом уровне (PHY), снижение мощности передачи (Tx) и смена радиоканала.
PHY похожа на знак, предупреждающий об ограничении скорости (мы пытаемся отойти от примеров с машинами, честное слово!). Это теоретическая скорость передачи данных, при которой, как полагают, трафик начинает изменяться. Когда ваш беспроводной клиент говорит, что вы подключены к скоростям в 54 Мбит/с, фактически, вы не передаёте пакеты данных при такой скорости. Это всего лишь уровень одобренной скорости, при которой точка доступа и аппаратные средства всё ещё взаимодействуют. То, что происходит с пакетами и с реальными нормами выработки, мы поймём, после того как увидим это согласование.
Скорость передачи данных на физическом уровне (PHY)
Когда в беспроводной поток информации врывается шум, что приводит к началу повторных отсылок пакетов, точка доступа может перейти на скорость ниже физической. Это похоже на разговор в замедленном темпе с кем-то, кто не разговаривает на вашем языке бегло и в мире проводных сетей это работает замечательно. Наш пакет передавался до этого со скоростью 150 Мбит/с. Физическая скорость снизилась до 25 Мбит/с. Столкнувшись с появлением случайных шумов, мы задались вопросом, что происходит с вероятностью того, что наш пакет данных столкнётся с другим потоком помех? Она растёт, правильно? Чем дольше пакет данных находится "в воздухе", тем выше вероятность того, что он столкнётся с помехами. И потому да, методика снижения физических скоростей, которая так хорошо работала в проводных сетях, сейчас становится обязанностью беспроводных сетей. Что ещё хуже, низкие физические скорости делают связь каналов Wi-Fi (при которой два канала при 2,4 или 5,0 ГГц используются в тандеме для повышения пропускной способности) намного более сложной, потому что существует риск для каналов на разных частотах работать с разными скоростями.
Невероятно и печально то, что практика использования метода снижения физических скоростей всё увеличивается. Почти каждый вендор использует этот метод несмотря на то, что это приводит к обратным результатам в отношении производительности.
Что вы говорите?
В некоторой степени, беспроводные сети – это всего лишь "большая перебранка". Представьте, что вы находитесь на званом обеде. Сейчас 18:00, и пришли только несколько человек. Они о чём-то размышляют, негромко переговариваясь. Вы слышите шёпот голосов и гул кондиционера. К вам подходит ваш коллега, и у вас не возникает проблем с поддержкой разговора. Четырёхлетние малыши хозяина дома подходят к вам и начинают петь песенку из "Улицы Сезам". Но даже при этих трёх источниках помех у вас с партнёром нет проблем в понимании друг друга, частично из-за того, что ваш партнёр вырос в большой семье и разговаривает громко, словно в рупор.
В данном примере звуки разговора других людей и работы кондиционера являются "минимальным уровнем шума". Он всегда присутствует, всегда на этом уровне. Когда мы говорим о том, сколько помех воздействует на ваш разговор, то не принимаем во внимание минимальный уровень шума. Это как если бы мы поставили поднос на кухонные весы, а затем нажали кнопку, чтобы значение веса стало равным нулю. Поднос на весах и фоновый шум являются постоянными, совсем как фоновый радиочастотный шум, окружающий нас. В каждом окружении есть свой собственный минимальный уровень шума.
Тем не менее, ребёнок и его восхищение Большой птицей (Big Bird - персонаж "Улицы Сезам") являются помехами. Притом, что ваш партнёр громко разговаривает, вы всё же можете эффективно общаться, но что происходит, когда ваш учтивый друг подходит к вам и вступает в дискуссию? Вы оказываетесь тем, кто кидает раздражённые взгляды на танцы малыша и переспрашиваете у своего собеседника – "что?".
В противовес фоновому радиочастотному минимальному уровню шума мы поставили беспроводной телефон с измеренным значением шума на уровне -77 дБ в месте расположения нашего клиентского устройства. Это наш поющий четырёхлетний малыш. Если у вас есть внушающая доверие точка доступа, передающая только сигнал -70 дБ, то этого будет достаточно, чтобы клиент "услышал" эти данные, несмотря на помехи, но не слишком большие. Разница между минимальным уровнем шума и принимаемым (слушаемым) сигналом составляет всего лишь 7 дБ. Тем не менее, если у нас будет точка доступа, передающая данные с более громким звуком, скажем, при -60 дБ, тогда мы получим намного более существенную разницу в 17 дБ между помехами и принимаемым сигналом. В случае, когда вы сможете без каких-либо проблем услышать кого-то, разговор станет протекать в намного более эффективном ключе, чем тогда, когда вы едва слышите то, что вам говорят. Более того, подумайте, что произойдёт, когда другой четырёхлетний малыш захочет спеть что-нибудь из репертуара Леди Гаги. Два поющих ребёнка, скорее всего, заглушат вашего дружелюбного друга, тогда как вашего более говорливого собеседника всё ещё будет ясно слышно.
Что вы говорите? – Я говорю "SINR"!
В мире радио диапазон от минимального уровня шума до принимаемого сигнала – это соотношение сигнал/шум (SNR – signal-to-noise ratio). Это то, что вы видите распечатанным практически на каждой точке доступа, но это не совсем то, что вас заботит. В действительности, вас интересует промежуток начиная с верхнего уровня помех и заканчивая принимаемым сигналом, то есть отношение сигнала/шум с учётом их влияния друг на друга (SINR), вот что имеет смысл. Не то чтобы вы могли всегда узнавать заранее, каким окажется сигнал SINR, поскольку нельзя определить уровень помех в заданное время и место, пока вы их не измерите. Но зато вы можете почувствовать средний уровень помех отдельного окружения. Наряду с этим у вас появятся идеи получше о том, какой именно уровень сигнала необходим точке доступа для поддержания функциональности на высоком уровне.
Зная это, вы можете спросить: "Почему, скажите на милость, кому-то может понадобиться снижать силу передачи сигнала (Tx), несмотря на помехи?" Хороший вопрос, поскольку это одна из трёх стандартных реакций на повторную отсылку пакетов. Ответ заключается в том, что падение силы сигнала Tx уплотняет зону покрытия AP. Если у вас есть источник шумов с внешней стороны вашей зоны покрытия, эффективное исключение этого источника из диапазона осведомлённости AP освобождает последнюю от необходимости пытаться справиться с проблемой. При условии, что клиент находится в уменьшенной зоне покрытия, это может помочь значительно уменьшить внутриканальные помехи и улучшить общую производительность. Однако если ваш клиент также находится во внешнем диапазоне покрытия AP (как Клиент 1 на нашем рисунке), тогда он просто выпадает из поля зрения. Даже в самом благоприятном случае падение мощности передачи сильно снизит зону покрытия, то есть значение SINR, и оставит вас со сниженными скоростями передачи данных.
Так много каналов, а смотреть нечего
Как мы увидели, первые два общепризнанных подхода для работы с помехами снижают физическую скорость и уменьшают мощность. Третий принцип – это тот, которого касается пример с переносной рацией: изменение беспроводного канала, который, фактически, меняет частоту, на которой перемещается сигнал. Это ключевая идея, лежащая в основе технологии расширенного спектра, или скачкообразной перестройки частоты, которая была открыта Николой Тесла (Nikola Tesla) в 20 веке и получила весьма широкое применение в военных целях во время Второй мировой войны. В одно мгновение знаменитая и красивая актриса Хиди Ламарр (Hedy Lamarr) помогла открыть способ скачкообразной перестройки частоты, который помогал выводить из строя радиоуправляемые торпеды. Когда данный подход используется на большем диапазоне частот, чем тот, в котором обычно передаётся сигнал, тогда его называют уже расширением спектра.
В устройствах Wi-Fi используется технология расширения спектра, в первую очередь, для увеличения полосы пропускания, надёжности и безопасности. Всякий, кто когда-либо зависел от настроек своих устройств Wi-Fi, знает, что на полосе от 2,4 до 2,4835 ГГц есть 11 каналов. Тем не менее, поскольку общая ширина полосы пропускания, использованная для 2,4 ГГц Wi-Fi расширения спектра, составляет 22 МГц, вы получаете частичное наложение этих каналов друг на друга. На самом деле, скажем, в Северной Америке у вас в распоряжении окажутся только три канала — 1, 6 и 11, — которые не пересекутся. В Европе можно использовать каналы 1, 5, 9 и 13. Если вы применяете стандарт 2,4 ГГц 802.11n с 40 МГц шириной канала, то ваш выбор уменьшается до двух: каналов 3 и 11.
В 5 ГГц диапазоне дела идут чуть лучше. Тут мы располагаем 8 непересекающимися внутренними каналами (36, 40, 44, 48, 52, 56, 60 и 64.) Высокопроизводительные точки доступа обычно совмещают радиовещание как в диапазоне 2,4 ГГц, так и 5,0 ГГц, и правильно будет предположить, что на полосе пропускания 5,0 ГГц меньше помех. Всего лишь избавление от 2,4 ГГц помех Bluetooth может привести к большим изменениям. К сожалению, конечный результат неизбежен: спектр 5,0 ГГц в настоящее время наполняется трафиком, точно так же, как это было со спектром 2,4 ГГц. При 40 МГц ширине каналов, применяемой в стандарте 802.11n, число непересекающихся каналов резко сокращается до четырёх (динамический выбор частоты (dynamic frequency selection, DFS), каналы исключаются из-за возникающих у военных проблем, связанных с конфликтом сигналов радаров), и пользователи уже временами сталкиваются с ситуациями, когда в диапазоне нет ни одного достаточно открытого канала. Это как если бы у нас было больше телевизионных каналов, которые можно было бы смотреть целый день и по которым не показывали бы ничего, кроме рекламных роликов о личной гигиене. Такое мало кто захочет смотреть с утра до ночи.
Всенаправленные, но не всесильные
Что ж, пока мы сообщили вам достаточно плохих новостей. Но их больше. Пришло время поговорить об антеннах.
Мы упомянули уровень сигнала, но не направление сигнала. Как вы, вероятно, знаете, большинство антенн не имеют определённого направления действия. Как комплект колонок, выдающих громкие звуки одновременно во все стороны (с закреплёнными микрофонами, ловящими звуки равномерно со всех 360 градусов), всенаправленные микрофоны гарантируют вам отличное покрытие. Не имеет значения, где расположен клиент. Пока он находится в диапазоне покрытия, всенаправленная антенна будет в состоянии обнаружить и связаться с ним. Недостаток заключается в том, что та же самая всенаправленная антенна перехватывает ещё и любой другой источник шума и помех в заданном диапазоне. Всенаправленные системы улавливают всё – хороший звук, плохой, ужасный, — и с этим вы вряд ли что-нибудь сделаете.
Представьте, что вы стоите в толпе и пытаетесь поговорить с кем-то, кто находится в нескольких метрах от вас. Из-за окружающего вас шума вы едва ли можете что-нибудь расслышать. И что же вы предпримете? Ну конечно, поднесёте к уху ладонь. Вы попытаетесь лучше сфокусироваться на звуке, идущем с одного направления, одновременно блокируя звуки, исходящие с других направлений, то есть те, которые "закрыла" ваша ладонь. Ещё лучший звукоизолятор – это стетоскоп. Это устройство пытается блокировать все звуки окружающей среды при помощи наконечников-заглушек, вставляемых в уши и позволяющих проходить только звукам, исходящим из грудной клетки.
И снова о технологии формирования луча
Целью технологии формирования луча является создание в определённом месте зоны с повышенной энергией волн. Классический пример этого явления: капли воды, падающие в бассейн. Если бы над ним были два крана и вы открывали каждый кран в точно определённый момент так, чтобы они время от времени выпускали синхронизированные по времени капли воды, концентрические волны-кольца, расходящиеся от каждого эпицентра (там, куда попадают капли), создали бы частично накладывающиеся друг на друга узоры. Вы видите такую модель на иллюстрации выше. Там, где волна оказывается в высшей точке пересечения с другой волной, вы получаете дополнительный эффект, при котором энергия обеих волн объединяется и ведёт к образованию ещё большего гребня в форме волны. Из-за регулярности падения капель такие усиленные гребни ясно видны в определённых направлениях, они составляют нечто вроде "луча" усиленной энергии.
В данном примере волны расходятся во всех направлениях. Они равномерно стремятся наружу от точки возникновения, пока не достигнут какой-либо противодействующий объект. Сигналы Wi-Fi, испускаемые с всенаправленной антенны, ведут себя таким же образом, выпуская волны радиочастотной энергии, которая, при объединении с волнами от другой антенны, может образовать лучи повышенного уровня сигнала. Когда в фазе у вас есть две волны, в результате может получиться луч с почти удвоенным уровнем сигнала, по сравнению с первоначальной волной.
Используемые во всех направлениях
Как видно из предыдушей фотографии уровня помех, формирование лучей с всенаправленных антенн происходит в многочисленных, часто противоположных, направлениях. Изменяя синхронизацию сигналов на каждой антенне, можно контролировать форму модели формирования луча. Это неплохо, потому что позволяет сфокусировать энергию в меньшем количестве направлений. Если бы ваша точка доступа "знала", что её клиент находится в положении на три часа, было ли бы разумным посылать луч на 9 или 11 часов? Ну, да... если присутствие этого "потерянного" луча неизбежно.
На самом деле, если имеешь дело с всесторонне направленными антеннами, то подобная потеря действительно неизбежна. Говоря техническим языком, то, что вы видите в верхнем ряду, – это результат действия фазированной антенной решётки (ФАР) – группы антенн, в которой относительные фазы соответствующих сигналов, питающих антенны, различаются таким образом, что модель эффективного излучения решётки усиливается в требуемом направлении и подавляется в нескольких нежелательных направлениях. Это похоже на сжатие средней части не полностью надутого воздушного шара. При усилении сжатия получим часть шарика, чрезмерно выдающуюся в каком-то одном направлении, но также мы столкнёмся с соответствующим выбросом и в другом направлении. Вы можете это увидеть на рисунке выше, где верхний ряд показывает различные модели формирования луча, образованные двумя дипольными всенаправленными антеннами.
Внесение изменений в ходе формирования луча
Очевидно вы хотите, чтобы формируемая зона покрытия луча захватывала клиентское устройство. При формировании луча фазированной антенной решёткой, как проиллюстрировано на рисунках выше, в верхних строчках (на этот раз взяты три дипольных антенны), точка доступа анализирует сигналы, исходящие от клиента, и использует алгоритмы для изменения модели излучения, таким образом меняется направление прохождения луча для лучшего нацеливания на клиента. Данные алгоритмы высчитываются в контроллере точки доступа, вот почему иногда можно увидеть другое название этого процесса – "chip-based beamforming". Эта технология также широко известна под именем направленной передачи сигнала у Cisco и других компаний, и она остаётся дополнительным, не имеющим широкого распространения, компонентом спецификации 802.11n.
Фазированная антенная решётка с аппаратным управлением – это метод, используемый большинством производителей, которые в настоящее время широко рекламируют поддержку технологии формирования луча в своих товарах. Компания Ruckus не пользуется таким методом. В этом отношении, мы ошиблись в нашей предыдущей статье. На шестой странице наш автор утверждал, что "Ruckus использует метод формирования луча "на антенне" - технологию, разработанную и запатентованную Ruckus ... [при которой] применяется антенная решётка". Но это не тот случай. Формирование луча фазированной антенной решёткой требует использования большого количества антенн. Подход Ruckus отличается от этого метода.
По технологии Ruckus можно направлять луч на каждую антенну, независимо от других антенн. Это достигается путём намеренного размещения металлических объектов поблизости от каждой антенны в антенной решётке, чтобы самостоятельно влиять на модель излучения. Вскоре мы вернёмся к этому вопросу и постараемся более основательно его изучить, но несколько разных типов моделей формирования луча с применением подхода Ruckus вы можете увидеть во втором ряду на рисунках выше. Глядя на оба подхода одновременно нельзя определить, какой из них даст самую высокую практическую производительность. Фазированная решётка из трёх антенн формирует более сфокусированный луч, чем блоки относительного покрытия от Ruckus. Интуитивно мы можем предположить, что чем больше сфокусирован луч, тем выше производительность, если все остальные факторы равны. Будет интересно узнать, так ли это, в ходе наших тестов.
Я вас не слышу!
Помните эффект от прикладывания ладони к уху? Исключение помех, исходящих с нежелательной стороны, может улучшить качество приёма, даже несмотря на то, что клиент не изменял характер испускания сигналов. Согласно данным компании Ruckus, простое пренебрежение сигналами с противоположного направления может принести клиенту до 17 дБ дополнительно из-за исключения помех.
В то же время, улучшение силы передаваемого сигнала может добавить дополнительно 10 дБ. Учитывая предыдущее объяснение о влиянии силы сигнала на пропускную способность, вы поймёте, почему формирование сигнала может быть таким важным и почему нам очень жаль, что бoльшая часть производителей на рынке беспроводных устройств до сих пор не принимала в расчёт вышеупомянутые технологии.
Пространственное объединение
Одним из главных улучшений в спецификации 802.11n стало добавление пространственного объединения. Сюда входит использование так называемого естественного дробления одного первичного радиосигнала на подсигналы, которые достигают адресата в разное время. Если вы нарисуете точку доступа на одном конце гимнастического зала, а клиента – на другом, прямой путь радиосигнала к центру зала займёт чуть меньше времени, чем сигнал, отражённый от боковой стены. Обычно существует множество возможных путей прохождения сигналов (пространственных потоков) между беспроводными устройствами, причём каждый путь может содержать поток с разными данными. Приёмник получает эти подсигналы и рекомбинирует их. Этот процесс иногда называют разнесением каналов связи. Пространственное объединение (Spatial multiplexing, SM) очень хорошо работает в закрытых помещениях, но ужасно – в менее ограниченных средах, например, таких, как открытое поле, поскольку там нет объектов, от которых могли бы отражаться сигналы, чтобы создать подпоток. В том случае, когда это можно осуществить, SM служит для увеличения полосы пропускания канала и улучшения соотношения сигнал-шум.
Для того, чтобы ясно почувствовать разницу между потоковым объединением и формированием луча, представьте два ведра — одно наполнено водой (данными), а другое стоит пустое. Нам нужно передать данные от одного ведра к другому. Формирование луча задействует один шланг, соединяющий оба ведра, и мы увеличиваем давление воды, чтобы быстрее передать жидкость. С потоковым объединением (SM) у нас уже два (или больше) шлангов, перемещающих воду при обычном давлении. С единственной радиоцепью, то есть при передаче радиосигнала с одного устройства на одну или больше антенн, SM обычно показывает результаты лучше, чем у формирования луча. При двух или больше радиоцепях, чаще всего, всё происходит наоборот.
Можно ли использовать оба метода?
Нам не слишком нравится рисунок выше, но из него вы сможете понять, почему нельзя совместить потоковое объединение и формирование луча с использованием конструкции из трёх антенн (именно последний вариант мы имеем в настоящий момент во многих точках доступа). По сути дела, если две антенны заняты формированием луча в первом потоке, остаётся третья антенна для запуска второго потока. Вы могли подумать, что при двух входящих потоках у SM не должно быть никаких проблем. Однако направленный поток, скорее всего, обладает намного большей скоростью передачи данных — настолько большой, что принимающий клиент не может эффективно синхронизировать два потока. Единственный способ подвести оба потока к достаточно близким скоростям передачи данных для синхронизации – это снизить мощность направленного сигнала... что, в некотором роде, сводит на нет, прежде всего, всю затею с формированием луча. Вам достаются два потока со "стандартным давлением", как на нашей предыдущей иллюстрации.
А если бы у вас были четыре антенны? Да, может сработать. Две будут заниматься формированием сигнала, а две другие – потоковым объединением. Естественно, при добавлении ещё одной антенны увеличивается стоимость всего набора. В мире точек доступа для предприятий покупатели с готовностью могут принять повышение цены, но что делать тому, кому также понадобятся сразу четыре антенны? Только недавно мы получили три антенны для работы с ноутбуками – по этому поводу велись жесточайшие споры. А тут ещё и четвёртая? Что ещё важнее, что произойдёт с энергопотреблением? В отсутствие ответов и/или энтузиазма на этом рынке, производители просто отложили идею разработки конструкций с четырьмя антеннами.
Антенны и радиомодули
Ранее мы использовали термин "радиоцепь", но во многих случаях он не даёт достаточно глубокого и точного определения. Существует подходящее представление отношений между радиоцепями и пространственными потоками, которое важно помнить при оценке беспроводных механизмов.
Взгляните на выражение 1x1:1. Да, мы уже слышим, как "специалисты" произносят его: "один умножить на один и разделить на один". Не правда ли? Нельзя найти лучшего способа записи, чем с двоеточием?
Часть 1x1 относится к числу цепей, занимающихся передачей (Tx) и получением данных (Rx). А :1 связана с количеством используемых пространственных потоков. Таким образом, стандартную для данной индустрии точку доступа 802.11g можно обозначить выражением 1x1:1.
Скорость 300 Мбит/с, указанная в большинстве современных продуктов 802.11n, зависит от двух пространственных потоков. Эти продукты имеют обозначение 3x3:2. Вероятно, вы пока не сталкивались с конструкциями, в которых скорость передачи равна 450 Мбит/с. Это уже 3x3:3, но, несмотря на теоретическую скорость в 450 Мбит/с, у таких продуктов очень небольшое преимущество, если оно, конечно, есть, перед продуктами 3x3:2. Почему? Повторяем снова: вы не сможете в достаточно эффективной степени объединить формирование луча и пространственное объединение на трёх радиомодулях. Вместо этого вам придётся работать с тремя потоками со стандартным уровнем сигнала, который, как мы уже видели, ограничивает диапазон и приводит к тому, что пакеты приходится отсылать повторно. Вот почему маршрутизаторы со скоростью передачи данных 450 Мбит/с с трудом цепляются за отдалённые ниши на рынке товаров массового производства. При идеальных условиях продукты 3x3:3 будут намного лучше, но мы-то живём в несовершенном мире. Вместо этого мы имеем мир, в котором есть место конкуренции и помехам.
SRC против MRC: теперь-то вы меня слышите?
Очевидно, слушание – это ключ к эффективному общению, и многое зависит от того, как именно вы слушаете говорящего. Как в примере на нашей иллюстрации, если кто-то говорит на одном конце поля, а три человека слушают его на другом конце, странно то, что слушатели, по каким-то непонятным причинам, услышат совсем не то же самое. В беспроводных сетях вы можете спросить: "Ладно, кто из вас, слушатели, услышал то, что говорил передатчик, лучше всех?" И выбрать того, кто, кажется, услышал больше других. Это называется простое сложение соотношений (simple ratio combining, SRC), и оно тесно связано с идеей переключения между антеннами, при котором какая бы антенна ни обладала наилучшим сигналом, та и используется.
Более эффективный и широко используемый подход с множеством антенн – суммирование дифференциально взвешенных сигналов каждого канала (maximal ratio combining, MRC). В самых общих чертах, здесь задействованы три приёмника, "объединивших усилия" и сравнивающих присылаемую информацию, а затем приходящих к единому мнению по поводу того, "что было сказано". При подходе MRC клиент наслаждается лучшим покрытием в беспроводных устройствах и повышенным качеством обслуживания. Также клиент менее восприимчив к точному расположению антенн.
Почему бы не использовать миллион антенн?
...ну да, а почему бы не использовать сто тысяч миллиардов антенн?
Если отложить вопросы эстетического характера, то настоящая причина того, что производители не выпускают точки доступа-"дикобразы", подобные этому, потому что не могут ничего поделать с законом снижения эффективности (DR - diminishing returns). Данные тестов показывают, что рывок от двух антенн к трём уже не такой значительный, как от одной к двум. Опять же, мы возвращаемся к вопросу стоимости и (по крайней мере, со стороны клиента) энергопотребления. Потребительский рынок остановился на трёх всенаправленных антеннах. В деловом мире можно найти и больше, но обычно ненамного.
Компания Ruckus – одно из редких исключений в данном случае, поскольку она использует направленные антенны. В круглых точках доступа, которые вы уже видели на картинках в этом обзоре, дискообразная платформа вмещает 19 направленных антенн. Если объединить зоны покрытия всех 19 антенн, то получится охват в полные 360 градусов. Девятнадцать всенаправленных антенн – это было бы слишком, но 19 направленных (или около того, в зависимости от конструкции AP) могут обеспечить прирост производительности, который вряд ли можно было ожидать от простого увеличения числа антенн, но всё же эти антенны потребляют меньше энергии, поскольку очевидно, что в любой момент времени используются только несколько из них.
"Где Валли?"* и Wi-Fi
Мы уже видели, что точка доступа может настраивать фазы сигналов для получения максимального уровня сигнала в заданной точку, но как AP узнаёт, где именно находится эта точка (то есть клиент)? Всенаправленная точка доступа, обнаруживающая устройство-клиент с сигналом -40 дБ, выглядит так же в положении на 4 часа, как и на 10. В случае с многолучевым разнесением, при котором у вас есть разные сигналы, исходящие с разных направлений, у AP нет способа сообщить вам, передаёт ли клиент сигнал с высокой мощностью издалека или с низкой – с недалёкого расстояния. Если клиент движется, точка доступа не может определить, в какую сторону повернуться, чтобы обнаружить его. Эффект очень похож на ситуацию, когда вы не можете определить, откуда доносится сирена, если стоите между несколькими высотными зданиями. Звук кажется вам слишком сильным, чтобы точно определить направление, откуда он исходит.
Это одна из неотъемлемых опасностей технологии формирования луча. Оптимизация луча от точки доступа, который должен попасть на заданное устройство-клиент, требует знания того, где именно последний находится, в математическом смысле, если не в пространственном. AP получает множество сигналов и должна в течение какого-то времени отследить один или два из них, которые ей нужны. При таком большом количестве похожих типов сигналов и внешних отвлекающих факторов (говоря языком радиосвязи), результатом для точки доступа может оказаться поиск одного символа на объявлении с рекламой "Где Валли?". От того, насколько быстро AP может установить местонахождение своего глупого клиента, в большой степени зависит то, каким образом сам клиент пытается сообщить о своём положении AP, если вообще пытается.
* Примечание: "Где Валли/Уолдо?" ("Where's Wally/Waldo?" – игра на внимание для компьютеров и мобильных телефонов. Задача игрока – найти спрятавшегося в толпе Валли.)
Неявные и явные
Возвращаясь к идее о том, каким образом слух может вас обмануть: обычно мы изолируем звуки, напрямую связанные с разницей во времени между тем, когда звук достиг одного уха, и тем, когда достиг другого. Вот почему мы теряемся, услышав звук, отражённый от здания, так как не можем определить, сколько требуется времени, чтобы волна достигла каждого уха. Наш мозг воспринимает разницу фаз сигналов источника как ненормальную.
При наличии у точки доступа множества антенн, они используются ею как уши, затем оценивают разницу фаз сигналов для фиксации в направлении клиента. Это называется неявное формирование луча. Сигнал формируется в том направлении, которое неявным образом выводится из обнаруженной фазы сигнала. Тем не менее, AP может оказаться в тупике из-за "странных" отражающихся сигналов, совсем как мозг. Эту путаницу можно дополнить разницей в направлениях восходящей и нисходящей линий.
При явном формировании луча клиент точно сообщает, что ему нужно, словно размещает заказ на чашку с замысловатым эспрессо. Клиент посылает запросы, связанные с фазами передачи и энергией, а также другими факторами, имеющими отношение к текущей обстановке в его окружении. Результаты являются намного более точными и эффективными, чем при неявном формировании луча. Так в чём же загвоздка? Ни один продукт не поддерживает явное формирование луча, по крайней мере, ни одно из современных устройств-клиентов. Как неявный, так и явный метод должны быть встроены в чипсет Wi-Fi. К счастью, образцы с поддержкой явного метода формирования луча вскоре должны появиться.
Поляризация
Помимо всех вопросов о беспроводной связи, с которыми мы столкнулись, можно добавить в список ещё и поляризацию. Поляризация значит намного больше, чем подозревают некоторые, и мы получили возможность увидеть своими глазами все эффекты на iPad 2, так сказать, из первых рук. Но вначале немного теории...
Возможно, вы знаете, что свет распространяется волнами и у всех волн направленная ориентация. Вот почему поляризованные солнечные очки так хорошо действуют. Свет, отражённый от дороги или снега вам в глаза поляризуется в горизонтальном направлении, параллельно земле. Покрытие с поляризационными фильтрами в очках ориентировано на вертикальное направление. Представьте волну как большой, длинный кусок картона, который вы пытаетесь просунуть сквозь жалюзи. Если вы держите картон горизонтально, а шторки вертикальные, то картон не пройдёт в щели. Если же жалюзи горизонтальные, например, подъёмные, тогда картонке ничего не стоит беспрепятственно преодолеть препятствие. Солнечные очки сконструированы для того, чтобы отсекать слепящий свет, который, в большинстве своём, имеет горизонтальную направленность.
Но вернёмся к Wi-Fi. Когда с антенны посылается сигнал, он несёт ориентацию поляризации этой же антенны. И потому, если точка доступа находится на столе, а испускающая сигнал антенна указывает точно вверх, излучённая волна будет иметь вертикальную направленность. Следовательно, принимающая антенна, если она хочет иметь наилучшую возможную восприимчивость, также должна иметь вертикальную направленность. Верным является и обратное утверждение — принимающая AP должна располагать антенной (антеннами), которые подстроены по поляризации к посылающему клиенту. Чем дальше от настройки по поляризации находятся антенны, тем хуже приём сигнала. Хорошие новости заключаются в том, что большинство маршрутизаторов и точек доступа оснащены подвижными антеннами, которые позволяют пользователям найти наилучшее положение для получения сигнала с клиента, совсем как при использовании антенны с "рожками" для телевизоров. Плохая новость: из-за того, что очень мало людей понимает принципы применения поляризации в устройствах Wi-Fi, вряд ли кто-то выполняет эту оптимизацию поляризации.
Глядя на приведённую выше иллюстрацию, вспомнив всё, о чём мы вам рассказали, вы увидите, что точка доступа испускает как горизонтальные (вверху), так и вертикальные сигнальные волны на клиент iPad 2. При какой направленности мы получим лучшее качество приёма и производительности? Это зависит от того, сколько антенн связаны с клиентом и какая у них направленность.
При плохом отражении
А теперь о нашем опыте, полученном при поляризации iPad 2. Мы находились рядом с тем местом, где был фотоаппарат, когда была сделана эта фотография. На ней на заднем плане видна свисающая с потолка точка доступа Aruba, к которой мы подключились. Наш сотрудник держал планшет двумя руками за углы. Мы просто наблюдали за качеством приёма сигнала; вначале положение было вертикальным, а потом планшет повернули в горизонтальное положение. Сначала сигнал был хорошим и в течение длительного времени не пропадал. При повороте iPad 2 в вертикальное положение соединение оборвалось. Положение рук, хватку и расположение планшета в пространстве наш сотрудник старался не менять. Но сигнал исчез... только и всего. Мы бы не поверили в это, если бы не увидели собственными глазами.
Прочитав предыдущую страницу, вы можете догадаться о природе того, что произошло с нашим устройством. Как выяснилось, тогда как у первого iPad было две Wi-Fi антенны, у iPad 2 используется только одна, расположенная вдоль нижнего края корпуса. Очевидно, в горизонтальном режиме антенна планшета находилась в одной плоскости с антеннами точки доступа, которые, как вы видите, находятся в вертикальном положении. В горизонтальном антенны клиента и AP оказались в разных плоскостях.
Ещё парочка фактов, которые нужно запомнить: эффект линз на фотографиях выше приводит к тому, что точка доступа кажется нам находящейся ближе, чем на самом деле. Клиент и АР находились в прямой видимости друг от друга на расстоянии около 12 м, что больше тех расстояний, которые вы увидите в наших тестах на поляризацию во второй части данного обзора. Более того, отступив на пару шагов назад, мы не смогли воспроизвести эти результаты. Наша догадка заключается в том, что наш сотрудник находился в "мёртвой зоне" Wi-Fi... ну, может, в "полумёртвой". Для того, чтобы снова получить хороший сигнал, наш сотрудник отступил ещё на несколько шагов. Но не забывайте, что отражение сигнала может изменить направленность волны. Сигнал, который, возможно, был отлично подстроен по линии видимости, после одного или двух отражений мог "уйти" на много градусов в сторону, а это влияет на качество приёма сигнала.
Мобильное безумие
Прочитав про наш пример с iPad 2, попробуйте теперь подумать о поляризации сигнала на других мобильных устройствах. Как насчёт того смартфона — лежащего на столе, наклонённого для просмотра видео, прижатого к уху и т. д.? А теперь представьте, насколько сильно будет колебаться сигнал как от мобильного телефона, так и Wi-Fi, при малейшем движении. Мы воспринимаем сигналы с этих устройств как должное, но на самом деле беспроводные сети могут быть весьма капризными и требуют всё наше внимание для нормальной работы.
Говоря о сигналах с мобильных устройств, заметим, что, мы мало что можем поделать в этом случае, не имея телефона с внешней антенной (как, например, телефоны для машин). Фактически, любое портативное беспроводное устройство можно проверить только на разнесение поляризации (многолучевая направленность антенн) и определить прирост в скорости передачи, нормативы и/или срок работы батареи. Интересная картина складывается с ноутбуками. Большинство моделей оборудованы антенной (антеннами), расположенной в рамке по периметру ЖК-дисплея. Вы когда-нибудь задумывались о том, что можете значительно улучшить приём сигналов, отклонив экран назад или вперёд или, возможно, повернув ноутбук на несколько градусов?
Точно так же точка доступа, которая должна обслуживать множество клиентов, может предоставлять лучший сервис, если одна её антенна направлена вертикально, а другая – горизонтально. Конечно же, при таком расположении проблема заключается в том, что обе антенны не могут взаимодействовать и эффективно формировать направленный сигнал. Их поляризации не совпадают, и потому если клиент получает один сигнал очень хорошего качества, то другой ухудшается вследствие несовпадения плоскостей.
Если антенны Rx предназначены только для поиска волн в одном направлении, то это верный способ потерпеть неудачу. Именно поэтому важно иметь больше плоскостей на принимающем конце. Если у вас две принимающих антенны, причём одна расположена вертикально, а другая горизонтально, и две вертикальных антенны Tx, то вы сможете на достаточно хорошем уровне принимать только один поток.
Собираем все кусочки головоломки вместе
Материал, который вы прочитали на этих страницах, является необходимой базой для понимания результатов нашего анализа тестов, которые вы вскоре сможете прочитать во второй части обзора. Когда точка доступа показывает отличные результаты в каком-то тесте или, наоборот, не справляется с задачей, важно понять, почему. Теперь вы знаете, что для оптимальной работоспособности 802.11n, взаимодействие AP/клиента может выиграть в результате применения технологий формирования луча, пространственного объединения, разнесения антенн, оптимальной поляризации сигнала и других.
Некоторые из этих технологий, возможно, уже встроены в вашу точку доступа. В таблице выше показан перечень различных технологий, присущих большинству современных АР 802.11n. Пункты этой таблицы, которые мы посчитали важными для понимания данных из второй части обзора, были даны здесь, в части 1.
В прошлый раз в статье "Почему Wi-Fi плохо работает и как это исправить. Часть 1" мы долго и пространно объясняли читателям основы передачи сигналов Wi-Fi, рассмотрев много факторов, которые могут как навредить, так и улучшить производительность беспроводной сети. Сейчас пришло время связать всё в единое целое в реальном мире и позволить беспроводным технологиям окончательно нокаутировать соперников — иногда в буквальном смысле слова.
Как мы уже упоминали ранее, предыдущие попытки организовать проведение подобного теста провалились, поскольку результаты были слишком разными, чтобы считаться точными. И всё же мы провели перегруппировку и вернулись с новыми тестовыми методиками, которые оказались намного более надёжными и результативными. На рисунке ниже вы видите панорамную фотографию нашего тестового "стенда". По сути дела, это пустое офисное помещение, в котором мы расставили 60 ноутбуков Dell и девять планшетов iPad иiPad 2. Затем мы выбрали пять точек доступа и соответствующие контроллеры для них (где необходимо) и протестировали их по различным сценариям. В общем, арендная плата составила около $15 000, а команда испытателей проводила тесты три напряжённых дня. В обычных условиях в таком масштабе мало кто проводил тестирование на предмет помех в беспроводных сетях.
Мы упоминали в первой части этой статьи, что не знаем ни одного случая, когда бы тесты были проведены на таком уровне. Нашей целью было проверить производительность точки доступа в условиях серьёзных помех и из результатов вывести ответ: каким образом беспроводные технологии, предварительно изученные нами, ведут себя в реальном мире. Если вы не читали нашу предыдущую статью, настоятельно рекомендуем вам прочитать её сейчас. Иначе результаты, о которых мы расскажем позднее, не будут иметь смысла.
Далее мы рассмотрим наших конкурсантов – точки доступа; объясним, каким образом проводили тесты и анализировали результаты тестирования. Чтобы дать вам небольшую подсказку, скажем вот что: оказалось, что нет "однозначно-подходящего-везде" продукта. Самые лучшие результаты будут изменяться, согласно динамике расположения точки доступа/клиента. Какая технология окажется наиболее подходящей для вашей ситуации? Продолжайте читать - и узнаете!
Аппаратное обеспечение и методика
Вот менее красивый (но более информативный) взгляд на наши условия тестирования:
Как видите, мы провели тесты в пределах прямой видимости, один – в 3-х метрах от точки доступа и клиента, а другой - в 20 метрах. На схеме показаны настольные зоны и сектора в пределах маршрута в прямой видимости, но, как вы видите ниже, на самом деле, мы не столкнулись с какими-либо препятствиями. Третий тест, в 30 метрах, проводился в большой зоне комнаты отдыха, что исключало прямой маршрут пересылки данных.
Мы использовали проводную сеть, к которой подключили тестируемую точку доступа. Для всех тестов мы применяли AP (точку доступа) и всю сетевую инфраструктуру, необходимую для работы. Например, точки доступа Ruckus и Aruba потребовали применения беспроводных контроллеров, а HP и Apple – нет. Вдобавок к этому, в конечной точке IxChariot (версия 7.1) работал сервер базы данных – программа, посылающая данные в обе стороны, а также отправляющая отчёты о результатах обратно на управляющий компьютер, который работал на отдельном смонтированном узле связи. Мы также задействовали вторую конечную точку IxChariot на беспроводном клиенте, подключённом к точке доступа.
Наше аппаратное обеспечение было таким:
Испытываемые точки доступа
Мы добавили к тестируемым продуктам устройства от Apple по двум причинам. Во-первых, нам нужен был пример хорошего маршрутизатора/точки доступа потребительского уровня, как основы для сравнения с сетевым устройством уровня предприятия, поскольку многих потребителей и людей, работающих на малых предприятиях, озадачивает большой ценовой разрыв между этими двумя группами. Во-вторых, читатели жаловались, что мы часто пропускаем продукты от Apple и не тестируем их. Что ж... сегодня они присутствуют в нашем обзоре.
Из всех шести точек доступа (ТД) только Meraki и HP имеют трёхпотоковые конфигурации с тремя антеннами (3x3:3). По сути дела, это были две единственные 3x3:3 ТД, которые мы нашли на рынке как раз к моменту начала тестов. Aruba AP125 – это довольно стандартная модель для данной компании и она уже получила кое-какую известность. Точно так же и 2x2:2 ZoneFlex 7363 от Ruckus едва ли дотягивает до середины рейтинга в списке лучших продуктов компании. Cisco 3500 – это современная высокопроизводительная ТД от сетевого гиганта.
Также хотим указать на то, что большинство рассмотренных в этой статье точек доступа используют всенаправленные антенны, о чём мы многократно упоминали в предыдущей части обзора. Ruckus, о которой мы говорили в прошлый раз, и Meraki, описанная здесь, являются исключением. Для нетренированного глаза Meraki и Ruckus покажутся весьма схожими по конструкции, у каждого есть направленные антенны в, практически, круговой диаграмме направленности. Тем не менее, Meraki использует плоские инвертированные F-антенны (PIFA). Бoльшего размера предназначены для 2,4 ГГц, а маленькие – для 5 ГГц, оставляя при этом всего три антенны на каждую полосу частот. Далее мы узнаем, как влияет на продукцию вращение при подобном дизайне.
Клиенты
Для нашего одиночного клиента мы использовали Dell Latitude E6410 со следующими техническими данными:
Каждый тест на этом клиенте проводился по четыре раза, причём ноутбук поворачивали на 90 градусов для каждого случая. Значения пропускной способности представляют собой среднее арифметическое этих четырёх результатов.
Для наших 5 ГГц помех и тестов на нагрузку мы использовали ноутбуки 60 Dell Vostro 3500 со следующими техническими данными:
Не в последнюю очередь мы использовали пять планшетов Apple iPad 2 для лучшего изучения воздействия ультрамобильных устройств в смешанной беспроводной сети. Внимательные читатели, вероятно, помнят из первой части статьи, что мы говорили о наличии в нашей лаборатории девяти устройств iPad и iPad 2. Однако, честно говоря, закончилось тем, что мы использовали данные тестов только пяти планшетов iPad 2. Оставшиеся четыре устройства iPad не фигурируют в результатах, которые мы в итоге записали, так как все дизайны антенн клиентов должны были быть одинаковыми. По крайней мере, они отлично смотрятся на фотографиях.
Какое-то время мы обсуждали, проводить ли основные тесты при 2,4 ГГц или 5,0 ГГц, и в конечном счёте остановились на последнем варианте, руководствуясь двумя причинами. Во-первых, тогда как большинство потребительских товаров явно используют 2,4 ГГц, предприятия переходят на 5 ГГц, потому что это наименее используемая полоса частот. Тестируя преимущественно оборудование для предприятий, мы хотели использовать наилучший на данный момент диапазон для современного поколения, и сейчас это 5 ГГц. В этой полосе просто намного меньше трафика, что означает (в общем) лучшую производительность клиента. Во-вторых, вы видите всё растущее число двухдиапазонных маршрутизаторов и точек доступа, появляющиеся в широкой продаже, поскольку поставщики стараются нести высокие технологии на рынок массового потребления. В конце концов, как бы сказал Уэйн Грецки (Wayne Gretzky), мы решили направиться туда, куда полетела шайба, а не туда, где она была.
Для проведения тестов при 2,4 ГГц мы поместили все устройства на канал 1. Для 5 ГГц мы работали с каналом 36.
Что представляют собой помехи
При проведении тестов на влияние помех при 5 ГГц, помехи и неблагоприятные условия для конкуренции создавались при помощи 60 клиентов от компании Dell, каждый из которых был подключён к ТД, закреплённой на потолке приблизительно над серединой группы клиентов. В углу нашего офиса, показанном зелёной точкой на предыдущей схеме расположения оборудования, мы установили тестируемую точку доступа, закрепив её на потолке. Итак, у нас в распоряжении оказались две отдельные беспроводные локальные сети (БЛС), причём маленькая (одиночный клиент и испытываемая ТД) должна функционировать отдельно от 61 устройства Wi-Fi, вносящих помехи. Фактически, такая настройка похожа на двух человек, пытающихся завязать обычный разговор во внутреннем дворике, выходящем на открытую местность, где проходит рок-концерт. Нам понадобились две отдельных беспроводных ЛС, чтобы выделить помехи в качестве нашей главной переменной, а не помехи и нагрузку на клиента.
Для тестов при 2,4 ГГц мы рассматривали сценарий наихудшего развития событий, поэтому объединили расстояние в 30 метров от клиента к ТД, добавив к этому препятствие в зоне прямой видимости, а также генератор шума, работающий в диапазоне Wi-Fi радиочастот, который мы разместили прямо на точке, где находился наш клиент в ходе проведения тестов с расстоянием в 20 метров на частоте 5 ГГц. Такая ситуация напомнила нам один интересный вопрос из обсуждения в первой части статьи о разнице между типами помех и их воздействием на эффективность передачи информации.
Используя Metageek's Chanalyzer Pro, мы сделали несколько измерений рядом с нашей испытываемой точкой доступа. На первой картинке вы видите воздействие работающего не-Wi-Fi генератора помех. В реальности это могло бы походить на микроволновую печь — некое устройство, выпускающее много помех, появилось на той же частоте, которую использует канал 1 в 2,4 ГГц спектре. Как видите, при рабочей нагрузке почти 30% доступной полосы частот нашего канала исчезало из-за шума. Также примите во внимание, что амплитуда этого шума была зарегистрирована на уровне где-то около -80 дБм.
Далее мы добавили один клиент, подключённый к нашей целевой ТД. Амплитуда не изменилась, но мы заметили, что нагрузка резко увеличилась до более чем 80%.
Наконец, мы добавили сюда же помехи от передачи данных со всех наших 60 клиентов Vostro. Амплитуда подпрыгнула на значение выше -60 дБм, а рабочая нагрузка практически достигла максимального уровня, остановившись на 95%. Вы знаете, как работает ваш ПК, когда загрузка ЦП составляет 90% или около того? Представьте что-нибудь аналогичное при соперничестве устройств Wi-Fi. Теперь вспомните наш разговор о конкуренции в первой части нашей статьи и подумайте, насколько обычным делом для пакетов данных будут всё новые и новые запросы на повторную отправку в такой среде. То, каким образом точка доступа справляется с подобной ситуацией, будет решающим фактором при определении производительности для конечного пользователя.
Зоны покрытия
Прежде чем мы перейдём к тестированию, не можем не отметить, что для нас было важно проверить беспроводное покрытие от каждой из наших шести точек доступа. Вы видели, где в данном окружении находятся ноутбуки. Если бы у нас был обычный офис, логическое место расположения ТД было бы прямиком над серединой нашей группы из 60 клиентов (куда мы установили вторую ТД, не ту, которую испытывали в ходе теста на воздействие помех). Итак, для того, чтобы понять, насколько хорошо может работать каждая точка доступа в подобной среде с точки зрения покрытия, мы работали с коммерческим поставщиком беспроводных решений Connect802 для полного изучения покрытия всех шести ТД.
При подключённом проводе к ноутбуку и запущенной программе AirMagnet Survey Professional Edition наш технический специалист из Connect802 шесть раз полностью обошёл наш офис вдоль и поперёк. На картинках, приведённых ниже, вы можете увидеть путь, по которому он шёл, обозначенный маленькими красными стрелками на каждой схеме.
Мы всё же внесли одно изменение в стандартные настройки программного обеспечения. Когда наш специалист из Connect802 упомянул, что точке доступа потребуется сигнал, равный примерно от -70 до -75 дБм, чтобы поддерживать нормальное Wi-Fi-соединение, мы попросили его изменить шкалу цветности на его схемах так, чтобы значение светло-синего оказалось на уровне -75 дБм, а светло-синего/зелёного – -70 дБм. Таким образом, можно предположить, что зеленоватые тона (и их переход в более сильные жёлтые и красные зоны) представляют собой зоны устойчивого сигнала.
В диапазоне 2,4 ГГц HP явно показал себя хуже всех. Стoит похвалить разработчиков из Apple за создание достаточно сравнимой с Aruba, Cisco и Meraki точки, хотя, надо заметить, что у продуктов Apple, Aruba и Meraki есть одна странная зона в достаточно неплохих зонах покрытия. У Cisco и Ruckus такой проблемы замечено не было. Относительно зелёной зоны покрытия до дальней стены здания, у Ruckus оказалось наибольшее площадь.
Что касается 5 ГГц, этот вариант работает очень схоже с первым, только на этот раз мы бы хотели отметить Cisco за наибольшую – на уровне -70 дБм и выше – зону покрытия. Из-за большей длинны волны, в 2,4 ГГц диапазоне, сигнал в некотором роде, проникает дальше, чем 5 ГГц. Хотя, в любом случае, такие карты размещения зон покрытия беспроводных сетей на большой площади необходимы, потому что нужно знать, сколько точек доступа вам понадобится, чтобы обслуживать своих пользователей. Лучшее покрытие – это один из факторов, благодаря которым приходится заказывать меньшее количество ТД.
Результаты тестовБлижнее расстояние, нет помех
Мы начали с проведения теста на приём с одним клиентом при 5 ГГц на расстоянии в 3 метра в зоне прямой видимости. И здесь самым быстрым устройством, благодаря способности передавать данные по трём потокам, оказалось HP. Принимая это во внимание, неудивительно, что продукт от Meraki оказался на втором месте. Эти две ТД единственные, кто оказался способен использовать все три потенциальных потока клиента.
В тесте 3-х метрового канала связи на передачу, устройство Meraki резко увеличило производительность, показав 157 Мбит/с, отчего следующим четырём конкурсантам ничего не осталось, кроме как сгруппироваться в диапазоне значений 130 Мбит/с, а продукт от Cisco оказался последним со значением 114 Мбит/с. С чего бы это в данном случае трёхпотоковому устройству HP сдавать свои позиции? У нас нет логичного объяснения. Теоретически, оно должно было справиться с задачей лучше. Единственное наше предположение связано с тем, что, возможно, у продукта от HP до некоторой степени несимметрично ориентированны всенаправленные антенны. Это может объяснить запаздывание, которое мы наблюдали, также как и скачок, о котором мы написали выше, — в том случае, если клиент попал в зону наилучшего приёма сигнала данной ТД.
После всех многочисленных оптимизаций, которые мы обсуждали в первой части нашей статьи, почему бы продукту от Ruckus не оказаться лидером в этом тесте? Точки доступа Ruckus сконструированы с учётом способности подстраиваться. Не забывайте, что тестируемая ТД не знает, на каком расстоянии от клиента она находится. Она просто распознаёт интенсивность сигнала. Итак, если ТД запрограммирована на проведение непрерывного поиска лучшего направления, она будет тратить свои ресурсы весьма основательно, словно бы говоря: "Могу ли я услышать вас лучше в этом направлении? Нет? Тогда я вернусь в прежнее положение. А в этом направлении? Нет. Снова вернусь к прежнему значению. А что насчёт...?" В таком коротком диапазоне есть только один наилучший маршрут: по прямой в зоне видимости. Попытки оптимизировать устройство в каком-либо другом направлении приведут только к снижению производительности, но сотрудники Ruckus продолжают работу над этим вопросом. Вот такой здесь компромисс. Вдобавок к этому, преимущества формирования луча на одной антенне и управления сигналом исчезают при таком расстоянии.
Cреднее расстояние, нет помех
Нужно ли говорить, что любой результат свыше 100 Мбит/с – это очень приличный показатель для стандарта 802.11n? И всё же, у нас есть расхождение приблизительно в 30% с самого низкого (HP) до самого высокого значения (Ruckus) в этом тесте, так что, очевидно, нас вскоре ждёт что-то интересное, раз уж две трёхпотоковых точки доступа следуют по пятам за двухпотоковым ТД Ruckus. Продукт от Meraki показал хорошие результаты, оказавшись на втором месте, но теперь последней оказалась ТД HP. Это могло оказаться случаем, когда точка доступа неспособна поддерживать все три потока одновременно.
Представьте, что вы стоите в открытом поле, стараясь запустить три потока в режиме пространственного объединения. У вас не получится, не так ли? Нет ничего, от чего эти вторичные сигналы могли бы отразиться. Единственный доступный поток – это по прямой в зоне прямой видимости между ТД и клиентом. В некоторой степени, этот принцип мог повлиять на результаты. Если точка доступа не может эффективно использовать близлежащие стены и другие объекты, чтобы способствовать распространению трёх потоков с приемлемыми показателями, тогда ей придётся снизить свою производительность до двух потоков, или даже до одного (мы полагаем, что в данном случае это всё же два потока). В то же время разница между 3-мя и 20 метрами для Ruckus достаточная и теперь эта ТД может воспользоваться своим арсеналом функции по улучшению приёма/передачи сигналов с тем, чтобы справится с текущей ситуацией. Опять же, заметьте, что здесь мы получили 10%-ный отрыв по показателям Cisco от остальных конкурентов всего с двумя потоками.
И это, определённо, в некотором роде, странно. В то время, как нет ничего необычного в том, что каналы передачи данных в восходящем направлении стремятся не отставать от нисходящих, и у Aruba, и у HP были замечены улучшения. Мы не исключали идею о каких-либо случайно обнаруженных зон лучшего приёма, которые воздействовали на обе ТД, но вероятность того, что подобное объяснение окажется верным, показалась нам слишком маленькой.
Также мы должны отметить разницу больлее чем в 45 Мбит/с между скоростями в восходящих и нисходящих линиях связи у Ruckus. Вероятно, ответ заключён в способе формирования луча. Этот процесс имеет дело с передачей данных, а не с получением. Формирующая луч точка доступа может управлять передачей сигналов, но у неё нет возможности контролировать то, каким образом поступают сигналы с устройства клиента.
Иными словами, вы можете прикрыть уши ладонями, но не попросить кого-то говорить громче, или же приложить ладонь к уху трубочкой, чтобы лучше слышать. В первой части нашей статьи, в самом начале, мы упомянули о радикальном отличии, которое наблюдали, когда подключили нетбук адаптером Cisco 802.11n и ТД к беспроводной точке Ruckus. Отчасти мы сделали это, потому что обе стороны беспроводного подсоединения использовали одинаковые технологии подстройки. Оба адаптера применяли и пространственное объединение, и поляризацию, и все остальные приёмы (не говоря уже о работе с 5 ГГц, а не 2,4 ГГц), чтобы получить оптимальную скорость соединение в обоих направлениях. Тем не менее, понятно, что нам пришлось остановиться на адаптере, который наилучшим образом соответствует тому, что будут использовать обычные люди.
Cреднее расстояние, 1 точка против 60 клиентов
А теперь мы переходим к самой интересной части нашего обзора. Если у кого-то из вас раньше и был вопрос, могут ли находящиеся поблизости устройства вызвать помехи в вашем Wi-Fi соединении, то эти тесты должны стать для вас ответом. Сравните результаты от 102 до 136 Мбит/с, о которых вы прочитали выше в тестах нисходящих линий связи без помех, с этими числами. HP, Cisco и Aruba показали довольно неплохие результаты, уступив всего 30 или 40 Мбит/с. Meraki и Apple не справились с этим заданием.
Скорость предачи при 61 создающем помехи устройстве оказалась в такой же ситуации, даже ещё хуже. Точка доступа Apple умудрилась медленно, с трудом завершить тест. Устройство Meraki просто выбыло из этого тура, сдавшись на полпути.
В таких обстоятельствах способность к подстройке у ТД Ruckus может проявить себя в полной мере. Формирование луча, пространственное объединение, поляризация и все остальные приёмы помогают в случае с приёмом данных. По крайней мере, способность отфильтровывать помехи путём использования направленных антенн (смотрите первую часть нашего обзора) ясно показывает на превосходство по производительности Ruckus при передаче.
Опять же, точное определение причин, почему та или иная точка доступа потерпела неудачу, было бы, в значительной степени, предположительным. Мы могли бы упомянуть, что Apple и Meraki являются двумя самыми дешёвыми ТД в нашей группе устройств, и, возможно, принцип "за что купил, то и получил" в данном случае серьёзно повлиял на результаты. В конце концов, что бы ни говорилось в рекламных кампаниях, вы не получите роскошный седан по цене малолитражки.
Более того, вы, вполне вероятно, начинаете узнавать Cisco. Как и Ruckus, Cisco сдаёт позиции в коротком диапазоне, но на более длинных расстояниях показывает хорошую производительность, даже несмотря на неимоверное количество помех. Несомненно, Cisco обращает много внимания на усовершенствование чувствительности к приёму сигналов, что объясняет позицию модели 3502i на втором месте в нашем тесте передачи данных.
Дальнее расстояние, нет помех
Мы решили протестировать пять имеющихся у нас точек доступа в наихудших условиях и здесь нам пригодился тест на расстоянии 30 метров при нахождении устройств не в зоне прямой видимости. Также мы использовали этот тест для тестирования в диапазоне 2,4 ГГц — опять же, для моделирования наихудших условий.
В отсутствие помех устройство Meraki вновь вернулось в соревнование и показало неплохую производительность, вероятно, каким-то образом оно справилось с приёмом всех трёх потоков на большом расстоянии, с преградами. Точка доступа HP не смогла догнать соперницу и потерпела неудачу где-то в середине теста. Модель Apple замыкает список с результатом 27 Мбит/с, но это довольно приличный результат для потребительских товаров в таких условиях эксплуатации.
История повторилась и с передачей данных. Интересно то, что ТД Aruba оказалась последней, а модель Apple переместилась вверх, на четвёртое место. Meraki снова показала неплохую производительность, а ТД Ruckus довольно легко справилась с дальними расстояниями.
В ходе проведения теста мы задавались вопросами о факторах, лежащих в основе различий в производительности у разных продуктов. В частности, почему модель Cisco значительно превзошла относящиеся к той же категории двухпотоковые ТД Aruba и Apple. Конечно, однозначного ответа мы не нашли, но качество аппаратной начинки может значительно изменяться от одной точки доступа к другой — и компания Cisco известна своими отличными (в противоположность сотрудникам, приглашённым извне) конструкторским отделом и отделом контроля качества.
Например, если расположенные на плате дорожки сконструированы так, что не выдают точное такое же значение электрического сопротивления, то с каждым соединением будет наблюдаться небольшая потеря энергии. Радиочастотное отражение и шумы в печатной плате также могут привести к снижению производительности. Добротно сконструированная точка доступа сведёт к минимуму или совсем устранит такие факторы.
Дальнее расстояние, 1 точка против 60 клиентов, плюс дополнительные помехи
С помехами от наших 60 клиентов Wi-Fi (и подключённой точки доступа) мы снова увидели предсказуемый и достаточно жёсткий удар по производительности устройств. Нас опять впечатлила модель Apple – тем, что с трудом, но продолжала выполнять задание, тогда как бедная Meraki в который раз застряла на месте, не в состоянии завершить тест. И снова ТД Cisco показала преимущества своей конструкции, заработав почти 19% отрыв в производительности, по сравнению с моделью HP. Для нас это послужило примером того, что серьёзное качество конструкции намного превосходит все маркетинговые и рекламные трюки, такие как поддержка трёх потоков. Если устройства HP и Meraki являются представителями с наилучшей производительностью, которые можно получить от "450 Мбит/с" точек доступа, тогда мы в любой момент готовы переключиться на более надёжные двухпотоковые решения.
И снова мы наблюдаем ту же историю, только с ещё более драматичным финалом, в тестах передачи данных. ТД Ruckus едва справилась с тем, чтобы не подпустить Cisco слишком близко. Оба лидера намного опередили остальных конкурсантов, причём Aruba и HP шли почти нога в ногу, так что оказались на третьем месте.
Не забывайте, что на всех этих уровнях ни одна из проверяемых нами точек доступа, вероятно, не смогла бы обеспечить передачу HD-видео. К сожалению, показатель, который мы измеряли, – это средняя установившаяся пропускная способность в ходе двухминутного тестового прогона. У нас просто не было достаточно времени в графике проведения тестов, чтобы проверить продукцию ещё и на уровне минимальной установившейся пропускной способности. После того, как мы увидели преобладание ТД Ruckus в предыдущих тестах, нам в самом деле хотелось убедиться, могут ли конкуренты уровня предприятия показать тот же результат, что и модель Ruckus, или превзойти её в нашей среде, особенно в связи с тем, что потоковое видео, кажется, начинает играть всё более важную роль в обучении школьников. Школам необходимо понять свои технические возможности, то есть каким образом и где они могут развернуть беспроводные сети, особенно когда в них, вероятно, будут вовлечено очень много клиентов. Даже в домашней среде 70 метров для видеопотока не является чем-то необычным, хотя количество помех, которые появятся у потребителей, похоже, должно быть ниже, чем тот объём, с которым мы столкнулись при проведении тестов.
60 ноутбуков: суммарная производительность
В современном доме у увлечённого техникой энтузиаста мы с большой долей вероятности встретим дюжину устройств Wi-Fi, подключённых к одной-единственной точке доступа. Если посчитать только ноутбуки и смартфоны, сколько устройств, подключённых к беспроводной сети, вы насчитаете в своём местном кафе? А представьте, сколько их окажется в школьном гимнастическом зале при проведении какого-либо общешкольного мероприятия или в зале заседаний корпорации на общем собрании управленческого персонала. Так что условие подключения 60 ноутбуков к одной точке доступа, когда все они передают данные одновременно в двух направлениях, не такое уж и надуманное. То, как выбранная ТД справляется в таких условиях с нагрузкой, не только определяет удовлетворённость конечного пользователя, но также и то, сколько ТД придётся покупать организации, чтобы выдерживать ожидаемую нагрузку в заданной зоне.
И здесь мы в первый раз задумались о том, каким образом сравнивать наши точки доступа, когда их "бомбардируют" 60 клиентов-ноутбуков. Пытаясь отобразить реалистичный сценарий использования, мы установили соотношение трафика на уровне 75% для приёма и 25% - для передачи. Только четыре точки доступа выдержали это испытание.
Принимая во внимание первые полученные результаты, мы знаем, что оптимальная пропускная способность для одного клиента находится в диапазоне от 160 до 170 Мбит/с. Из информации о работе iPad, которую вы получите далее, вы узнаете, как увеличивается суммарная пропускная способность для многочисленных, действующих одновременно клиентов. Но всё же есть и ограничения. Любая заданная ТД может переносить только такой объём трафика, при котором она не перегрузиться. Даже при сравнении общей суммарной производительности одного ноутбука в сравнении с десятью, Ruckus, Aruba и HP показали всего от 10% до 20% прироста общей пропускной способности для группы ноутбуков. Общая суммарная производительность для моделей Apple и Meraki в действительности значительно упала, причём уже десять клиентов практически перегрузили данные устройства.
Шестьдесят ноутбуков, непрерывно передающих тестовые файлы объёмом 1 Мбайт, – это довольно большая нагрузка — слишком большая, чтобы ТД Apple и Meraki справились с ней. Давайте изучим реальные данные IxChariot, чтобы узнать, что происходит в действительности.
Одно из качеств, которые потребители ищут у точек доступа или маршрутизаторов, – это стабильность их соединений. С точки зрения пропускной способности относительно времени, вам не нужны многочисленные сумасшедшие взлёты и падения. Вы хотите, чтобы у пользователей была стабильная скорость соединения, и нижний предел диапазона пропускной способности, так же важен. Подумайте, каким будет воздействие на воспроизведение 10 Мбит/с видеопотока, когда средняя пропускная способность 15 Мбит/с падает на уровень от 3 до 5 Мбит/с.
И здесь стабильность скорости у ТД Cisco выглядит впечатляюще. Проблема лишь в том, что эта скорость слишком маленькая. Невероятно, но модели Cisco и Apple достигли намного лучших результатов по производительности при передаче, а не при приёме, без сомнения потому, что передаваемого трафика было намного меньше.
ТД Ruckus показала наиболее однородные и самые высокие результаты в обоих направлениях передачи данных, а прогонка устройств HP и Aruba также дала впечатляющие результаты. Таблица с данными модели Apple выглядит плачевно, словно устройство сумело выдержать только одно единственное мгновение нагрузки при приёме, прежде чем отключиться. По крайней мере, точка доступа Meraki, даже когда для неё всё было кончено, некоторое время ещё пыталась справиться с заданием.
Пять iPad 2: производительность одного устройства и суммарная производительность
Теперь, когда мы знаем, как ведут себя ноутбуки в общей массе, давайте перейдём к планшетам, которые занимают всё больше места на рынке, пытаясь заменить собою вышеупомянутые ноутбуки. Вот где в игру вступает целый ряд устройств iPad и iPad 2.
Плохая новость, касающаяся iPad 2, заключается в том, что это довольно медлительный клиент. Хорошая – это надёжный медлительный клиент даже в самых тяжёлых условиях. Нижеприведённые картинки используют ту же цветовую схему точек доступа, которую мы использовали на предыдущей странице. Удивительно то, что модель Cisco оказалась отстающей в данной группе примерно при 10 Мбит/с, а все остальные попали в тот самый небольшой промежуток диапазона со скоростью передачи данных от 12 до 14 Мбит/с.
Если бы суммарная производительность превосходно масштабировалась, мы бы увидели результаты пяти iPad 2 на уровне примерно 60 Мбит/с. Вместо этого наши точки доступа с наилучшей производительностью в данном тесте смогли преодолеть отметку всего лишь в 40 Мбит/с. А устройство Cisco нерешительно остановилось у отметки 28 Мбит/с.
Судя по полученным нами ранее результатам, даже ноутбук среднего уровня намного превосходит iPad 2 по скорости в беспроводных сетях, отчасти благодаря тому, что у него есть три антенны вместо одной. Может быть, это и не совсем честное сравнение, поскольку ожидаемое применение у обоих типов устройств сильно отличается. И всё же, справедливо ожидать, что планшеты продолжат покорять рынок и работать с новыми, более ресурсоёмкие приложения по мере их выпуска. Очевидно, способности к беспроводной передаче данных у планшетов не развиваются наравне с улучшением процессора и графики, и это положение необходимо изменить — причём быстро.
Возвращаясь к теме статьи, отметим, что наличие точки доступа, способной показать наилучший результат при недостаточно производительных устройствах, станет ещё более важным, поскольку мы продолжаем переходить с бoльших систем (настольных ПК и ноутбуков) на карманные клиентские устройства c их пониженныvb способностяvb передачи данных по беспроводным сетям. Смартфоны оборудованы даже меньшими одиночными антеннами, чем устройства iPad. Вспомните также из первой части нашей статьи, как работает равнодоступность эфирного времени. Если вы допускаете эти медленные карманные устройства в свою беспроводную локальную сеть без использования функции равнодоступности эфирного времени в точке доступа, то эти устройства "перетянут" на себя значительную долю пропускной способности бoльших, более быстрых систем. На следующей странице мы проиллюстрировали эту ситуацию.
Среднее расстояние, устройства iPad и ноутбуки в совокупности
Мы уже знаем, что модели Apple и Meraki с треском провалили тест с 60 клиентами, но, применительно к остальным соперникам, что случится, когда вы подключите к сети ещё пять планшетов iPad 2? Для начала, кажется, устройство HP справилось с задачей на удивление хорошо. Разочаровав нас в тесте с помехами, точка доступа HP, кажется, вернула наше расположение, когда дело дошло до способности выдерживать сверхвысокие нагрузки по трафику... или всё же нет?
Когда мы получили данные для ноутбуков, в сравнении с устройствами iPad 2, нам открылась другая картина. Вспомните про сравнение одного ноутбука с устройством iPad. Тогда мы получили пропускную способность ноутбука, примерно в 7,5 раз превысившую ту же характеристику у планшета. К тому же, ноутбуков у нас в 12 раз больше, чем планшетов. Каким должно быть верное соотношение диапазона частот для ноутбуков и планшетов в данном тесте — 7,5x, 12x или где-то между этими двумя значениями? Идеального ответа может и не быть, но будет безопаснее предположить, что наилучшим вариантом будет середина между двумя вышеназванными значениями. Точки доступа Ruckus и Cisco оказались как раз в этой зоне, показав пропускную способность ноутбуков на уровне, примерно в 11 и 9 раз соответственно превышающем результаты пяти подключённых планшетов. Однако ТД HP завершила тест с результатом примерно 60x, оставив устройствам iPad жалкие крохи каналов для работы. Здесь мы не увидели какой-либо равнодоступности эфирного времени.
Модель Aruba пошла по другому пути, предоставив устройствам iPad намного больше времени, чем они заслуживали, — свыше 1/3 общей ширины полосы частот. Учитывая это, вероятно, никого не удивит то, что в модели Aruba по умолчанию отключена равнодоступность эфирного времени. Мы можем только заключить, что это большая оплошность со стороны компании Aruba, но наша цель – использовать для точки доступа только настройки по умолчанию, пока результаты при запуске не станут недвусмысленными. Несмотря ни на что, это выдвигает на первый план важность равнодоступности эфирного времени в переполненной Wi-Fi-среде со смешанными типами устройств.
Равнодоступность эфирного времени при нагрузке
Только для того, чтобы ещё яснее показать эту ситуацию с равнодоступностью эфирного времени, давайте ещё дальше углубимся в анализ производительности точек доступа. Возвращаясь к нашим тестам приёма при наличии 60 ноутбуков, заметим, что первоначальный график пропускной способности для четырёх выдержавших испытание конкурентов в программе IxChariot выглядит так:
Как мы видим, исходя из столбцов диаграммы, лидером стала точка доступа Ruckus, второе место поделили модели HP и Aruba, а устройство Cisco осталось позади, медленно, но с упорным постоянством продвигаясь к завершению теста на уровне 40 Мбит/с. Дополнительное понимание, которое мы получили в данном случае, это то, что точка доступа HP имела более узкую полосу пропускания, чем её соперница Aruba, что позволило сделать выбор между этими двумя устройствами проще.
Теперь посмотрим на то, каким образом все четыре ТД распределяют свои полосы пропускания, исходя из нужд каждого клиента. Нажмите на рисунок, чтобы рассмотреть его в полном размере.
И Cisco, и Ruckus великолепно справились с обеспечением каждого клиента справедливой равной долей доступной полосы пропускания. Модель HP показала довольно стабильную работу, сохранив при этом за одним клиентом долю в 9,4%. ТД Aruba, у которой не включена функция равнодоступности эфирного времени, отклонилась ещё дальше и предоставила около 20% "пирога" – полосы пропускания – всего лишь двум клиентам, отдав остальное другим 58-ми.
Но даже такую большую разборчивость ТД Aruba можно простить, если взглянуть на вопиющие, бессистемные распределения полосы частот у точки доступа Meraki. Мы провели ряд тестов на MR24, ожидая получить ответ, как ТД справляется с принципом равнозначности в условиях повышенной нагрузки. Результаты говорят сами за себя.
Заметьте, что суммарная полоса частот у пяти ноутбуков почти равна той же характеристике всего лишь у двух ноутбуков. Тем не менее, даже при наличии только пяти ноутбуков, один клиент получает 45% полосы частот, в то время как другой – всего 2%. Вспомните, что эти ноутбуки все идентичны как по аппаратному обеспечению, так и по конфигурации ПО. У точки доступа нет абсолютно никаких причин, чтобы выделять одного клиента в ущерб другим. При наличии 10 клиентов ситуация становится просто нелепой. Один клиент получает 85% полосы частот, а восемь не получают ничего. Всё же суммарная пропускная способность зафиксирована на уровне почти 90 Мбит/с, что звучит неплохо. Из 60 ноутбуков (прежде, чем ТД оставила свои попытки справиться с тестом) только три получили какую-либо ощутимую полосу частот, остальные 54 не получили данных вообще.
Заключение
Подробный анализ, подобный тому, что мы провели в данной статье, — свыше 300 тестовых прогонов при множестве переменных — имеет важное значение, если покупатели желают получить верное понимание производительности клиента. Что касается общей полосы частот для заданного окружения, эти большие усреднённые цифры Мбит/с, которые вы видите в большинстве обзоров маршрутизаторов и точек доступа, даже близко не отражают полной картины.
В нашем, состоящем из двух частей обзоре, мы попытались подробнее изучить производительность, сфокусировавшись на двух основных факторах внешней среды, которые имеют большое значение для производительности Wi-Fi-сетей — помехах и нагрузке на клиента, — а также многочисленные методы, которые могут применять точки доступа, чтобы преодолеть эти факторы. Отчасти из-за того, что помехами в беспроводных сетях так сложно управлять, большинство обозревателей никогда не пытались связать рассматриваемые объекты с реальным окружением. И, конечно же, наши результаты не следует принимать за истину в последней инстанции. Едва ли кто-то из вас сможет повторить наши тесты и, вследствие изменяющихся условий, получит другие результаты, если только не проведёт тонкую настройку продуктов. Как мы уже отметили выше, в данных тестах мы не применяли подстройку — мы просто провели тесты и записали результаты. Если бы мы принялись подстраивать устройства, мы бы так и сидели до настоящего момента в нашем офисе, записывая баллы по пропускной способности.
К этому времени результаты уже должны были привести вас к собственным неизбежным выводам. Компания Apple создала отличный маршрутизатор для потребительского сегмента, но разница между оборудованием бизнес-класса и устройствами для потребителей в нашем случае слишком большая. Это должно стать сигналом опасности для ползователя, размещающим всё больше и больше устройств Wi-Fi у себя дома, а также для любого предприятия, стремящегося сэкономить деньги и покупающего устройства для домашнего использования в ближайшем компьютерном магазине. Уровни конструкции и качества компонентов у продуктов этих двух классов несравнимы.
В то же время, очевидно, что существуют качественные различия и среди точек доступа бизнес-класса. Если вам необходима производительность в условиях постоянных "нападений" из окружающей среды (в виде помех), то устройства Cisco и, в особенности, Ruckus – вот два ваших наилучших варианта выбора из нашей группы. То же утверждение применимо к равнодоступности эфирного времени и обеспечению гарантий того, что все клиенты получают приблизительно равную долю полосы частот в любое заданное время. Что касается расстояний, вам придётся получше изучить условия окружающей среды и особые отличительные свойства ваших беспроводных устройств.
В оптимальном, наиболее близком диапазоне, при отсутствии или небольшом количестве помех и всего одном клиенте, стремящемся добиться внимания точки доступа, устройство Meraki MR24 неожиданно превратилось в нашего лучшего исполнителя, вероятнее всего, благодаря своей конструкции с тремя потоками, хорошо согласующейся с нашим 3x3:3 клиент-адаптером от Intel. Как только мы начали увеличивать расстояние и количество помех, ситуация изменилась. Также имеет значение, хотите ли вы сделать упор на приём или передачу данных для своей точки доступа. Модели Aruba и HP показали себя не то чтобы совсем плохо, но и не вызвали особых восторгов, но ещё раз повторимся — дальность передачи может изменяться, согласно тому, как вы проведёте подстройку устройства.
Хорошее Wi-Fi устройство не то, у которого слишком большая мощность или высокая скорость. Всё дело в понимании природы радиочастот и принятии решений, которые приведут к увеличению производительности. Модели, которые превзошли других по определённым характеристикам в ходе наших тестов, не были самыми большими или самыми дорогими и даже не всегда использовали бoльшее количество потоков. Устройство Ruckus сделало всё возможное и стало лидером в большинстве наших тестов, хотя у этой модели обычная схема 2x2:2, однако она стала лидером именно благодаря своей схеме и пристальному вниманию разработчиков к факторам, необходимым для обеспечения высококачественной беспроводной связи в условиях постоянно растущих РЧ-помех. Cisco – это ещё один поставщик из нашей группы, который постарался обеспечить ещё больший уровень внимания к факторам и управлению.
Представитель Ruckus как-то рассказал нам, что его компания собиралась вести переговоры, по меньшей мере, с одним производителем панелей, заинтересовавшимся идеей переноса технологии Ruckus, касающейся антенн, на печатные платы, устанавливаемые за ЖК-панелью ноутбука, встроенные прямо в крышку. Вы можете себе представить, насколько может увеличиться производительность у клиента и у точки доступа, использующих одинаковые адаптивные технологии? К сожалению, переговоры ни к чему не привели, поскольку тот производитель отказался заплатить цену, в которую компания Ruckus оценила свою технологию. Даже в мире обычных потребителей, мы знаем, что был случай, когда Netgear вывела технологию Ruckus на рынок в одном из своих продуктов стандарта 802.11g, но вскоре это начинание было забыто по схожим причинам. Люди не понимают качественную разницу у разных беспроводных решений. Вместо этого они видят такие величины, как Мбит/с и время доступа, и это сводит на нет всё желание продолжать дискуссию о преимуществах одних беспроводных устройств над другими.
Такого быть не должно. В сфере применения Wi-Fi мы столкнулись с дилеммой, касающейся полосы пропускания, довольно схожей с нависшей над нами глобальной проблемой нехватки нефти. Поскольку спрос и применение продолжают расти, наша способность эффективно и рационально использовать эти ресурсы будет снижаться. Интеллектуальная, адаптивная технология применения антенн, конечно, не является аналогом экологически чистых нетрадиционных источников энергии, но она позволяет сделать гигантский скачок вперёд в изучении вопроса, насколько продуктивно мы можем использовать существующие ресурсы диапазона частот.
Покупайте с умом и, по возможности, требуйте самого лучшего от производителей беспроводных устройств.
|
заходим в админку нашего роутера меняем IP адрес на нужный нам, он должен быть из подсети ТД, к которой мы хотим подключиться, но отличным от адреса ТД и не попадать в пул адресов, выдаваемых в аренду в той сети... после чего перезагружаемся и для дальнейшей настройки будем заходить уже по новому адресу... отключаем на нашем роутере DHCP сервер... включаем WDS и сканируем сеть для обнаружения доступных беспроводных ТД... в полученном списке находим ТД, к которой мы хотим подключиться и нажимаем на Connect... в списке появляется SSID и MAC адрес этой точки, проверяем способ шифрования и вводим пароль (на соединение с wi-fi) по необходимости перезагружаем настраиваемый роутер и повторно пробуем подключиться.
Комментарии
Отправить комментарий