Альтернативные решения для БЛВС

    Пользователи предъявляют все более высокие требования к беспроводным ЛВС (БЛВС), и хорошо, если для удовлетворения этих требований бывает достаточно установить несколько дополнительных точек доступа (ТД), а что делать, если это не помогает?

    Есть хорошие новости. Предприятия — первопроходцы в области сетей Wi-Fi, многие из которых сейчас имеют БЛВС второго поколения (на базе контроллеров, а не автономных ТД), на практике демонстрируют возможности использования, например, в академических институтах и крупных универмагах инновационных решений таких фирм, как Extricom, Meru Networks и Xirrus. И хотя ни одна из них не может соперничать по доле рынка с компаниями Aruba Networks и Cisco Systems, они оказывают определенное давление на лидеров, демонстрируя большой прогресс в деле обеспечения необходимых пользователям радиопокрытия и емкости БЛВС.

    Значительные успехи также наблюдаются в разработке антенных решений. Здесь следует особо отметить интеграцию распределенных антенных систем (Distributed Antenna Systems — DAS) с оборудованием Wi-Fi. Раньше такие системы использовались только для расширения зон радиопокрытия сетей сотовой связи. Специалистам стоит отслеживать и разработку стандарта 802.11П/М1МО (Multiple-Input, Multiple-Output), время перехода на который еще не настало. Мы слышали о том, что компания Cisco обещала к концу текущего года выпустить оборудование корпоративного класса, соответствующее этому стандарту, но оно будет базироваться на его проекте версии 2.0, а не на окончательном варианте. Появление последнего ожидается в середине 2008 г., однако, учитывая, что проект стандарта версии 2.0 поддерживает организация Wi-Fi Alliance, за Cisco без колебаний последуют многие другие производители продуктов корпоративного назначения.

    Итак, если производитель БЛВС предложит вам оборудование, сертифицированное организацией Wi-Fi Alliance на соответствие проекту стандарта 802.1 In версии 2.0 и при этом пообещает, что переход на окончательный вариант стандарта потребует только лишь обновления ПО, то стоит ли покупать такую продукцию? Поскольку вам, скорее всего, придется изрядно переплатить за более высокую скорость передачи данных, на это можно пойти только в том случае, если вам незамедлительно нужно решить проблемы с нехваткой емкости БЛВС.

РАСПРОСТРАНЕНИЕ БЛВС

    Наш многолетний опыт анализа рынка показывает, что реальные темпы распространения БЛВС все время отстают от соответствующих прогнозов производителей и аналитиков. ИТ-отделы многих предприятий, особенно в отраслях с жесткими требованиями к информационной безопасности, не реагируют на рекламные акции и не спешат с широкомасштабным внедрением БЛВС на своих предприятиях, осторожно реализуя пилотные проекты в офисах руководителей, переговорных комнатах и помещениях для посетителей. В ходе опроса читателей, проведенного нами в конце июня 2006 г., 30% респондентов заявили, что у них нет БЛВС. Из тех, у кого они были, только 20% имели крупномасштабные (более 15 ТД) производственные системы, и только 3% опрошенных полностью заменили проводные сети беспроводными во всех или некоторых подразделениях своих фирм.

    Однако если в компании настольные ПК и устаревшие ноутбуки заменяются новыми моделями со встроенными радиомодулями Wi-Fi, то неравномерное радиопокрытие ее территории перестает устраивать пользователей. У них появляется желание самим покупать и устанавливать недорогие ТД (предназначенные для небольших и домашних офисов), что создает угрозу информационной безопасности. В такой ситуации ИТ-отдел должен либо расширять радиопокрытие БЛВС и увеличивать ее емкость, либо для выявления нелегальных ТД разворачивать беспроводную систему обнаружения и предотвращения вторжений в сеть. Похоже, что большинство ИТ-отделов выбирают первый вариант. Как показали исследования, проведенные компанией Forrester Research в ноябре 2006 г., 58% североамериканских предприятий планируют значительно увеличить затраты на развитие своих БЛВС в ближайший год.

    На вопрос о том, какие же технологические решения для БЛВС сегодня являются самыми передовыми и эффективно действующими, многие, даже самые высокооплачиваемые, консультанты не дают прямого ответа. И их вполне можно понять, ведь при развертывании корпоративной системы Wi-Fi нужно учитывать множество конкретных факторов и хорошо разбираться в принципах функционирования таких систем.

    Мы знаем несколько уникальных подходов к расширению радиопокрытия и увеличению емкости БЛВС, но компании-производители, реализующие их в своих продуктах, не заняли сильных позиций на рынке корпоративных БЛВС. И это объяснимо: далеко не каждый ИТ-отдел отважится внедрять инновационные решения, которые так сильно отличаются от предложений других участников рынка, что кажутся просто чем-то невероятным. К тому же эти решения предлагают небольшие компании, а не факт, что они останутся не рынке. Тем, кто не хочет рисковать, мы предлагаем использовать проверенные временем антенные решения, позволяющие расширить радиопокрытие сети, а в некоторых случаях и увеличить ее емкость.

ВОЗМОЖНОСТИ АНТЕНН

    Антенны, получая сигнал из радиочастотного кабеля и превращая его в электромагнитные волны, способны фокусировать радиоизлучение в определенном направлении. Одним из распространенных заблуждений является представление о том, что антенна увеличивает излучаемую мощность, на самом деле это функция усилителя, а не антенны.

    Существует четыре основных типа антенн: ненаправленные, пластинчатые (patch), директорные и параболические. Антенны двух последних типов почти никогда не используются для организации радиосетей внутри помещений, особенно на базе технологии Wi-Fi. Большинство ТД комплектуются ненаправленными штыревыми антеннами с пространственной диаграммой направленности в форме тороида, ось которого совпадает с осью антенны. Такие антенны задействуют в центре здания.

    В последнее время много говорят об использовании DAS как о новом подходе к построению БЛВС. Суть его такова: вместо того, чтобы размещать ТД там, где требуется обеспечить радиопокрытие, беспроводное оборудование сосредотачивают в одном месте, а антенны распределяют по обслуживаемой территории. Раньше такие решения применялись только для улучшения радиопокрытия сотовых сетей и систем обеспечения общественной безопасности внутри зданий, а теперь их задействуют и для развертывания БЛВС.

    Назовем три основные разновидности DAS: активную, пассивную и гибридную. Активная система преобразует радиосигнал в цифровую форму, кодирует и передает его (по обычной медной проводке категории 5 или оптоволоконному кабелю) в нужное место, где осуществляется обратное преобразование цифрового сигнала в радиосигнал, который подается на антенну. Основным достоинством активных систем является отсутствие потерь мощности сигнала при транспортировке к антенне, что позволяет относить последнюю на большое расстояние от базового радиооборудования и обеспечивает более высокую степень его концентрации. Кроме того, благодаря передаче цифровых сигналов взаимные помехи между радиоканалами отсутствуют.

    К недостаткам же такого рода систем относятся их высокая стоимость и необходимость устанавливать (в месте обратного преобразования цифрового сигнала) активное оборудование, а оно может выходить из строя и нуждается в электропитании. Кроме того, активные DAS предназначены для работы только в определенных частотных диапазонах, а значит, для передачи данных в диапазонах 2,4 (стандарты 802.1 lb/g) и 5 ГГц (стандарты 802.11а/п) потребуются разные комплекты оборудования.

    В пассивных системах используется излучающий коаксиальный кабель, в экране которого имеются прорези — через них и излучается сигнал. В общем случае такие системы являются широкополосными, работают они на частотах от 1 до 3 ГГц. Потери мощности радиосигнала, передаваемого по коаксиальному кабелю, довольно высоки. К достоинствам же пассивных систем относится и тот факт, что в них нет активных компонентов, и это снижает риск возникновения отказов. Последние возможны только в результате значительного повреждения самого излучающего кабеля. DAS на его основе оптимальны для построения сетей небольшой емкости, так как при распределении по обширной территории радиоизлучение становится все более слабым (по мере удаления от передатчика). В гибридной системе для передачи информации используется оптоволокно, на конце которого имеется активное оборудование, модулирующее радиосигнал и подающее его в излучающий коаксиальный кабель. С экономической точки зрения не выгодно развертывать DAS только для передачи трафика сети Wi-Fi. По оценкам специалистов аналитической компании Gartner, затраты на создание DAS составят от 0,5 до 2 долл. на квадратный фут зоны радиопокрытия (от 5,4 до 21,5 долл. на квадратный метр). Но если в вашем здании, помимо организации БЛВС, требуется улучшить радиопокрытие сотовых сетей и вы имеете хорошие деловые отношения с их операторами, то проект создания DAS может стать экономически эффективным, особенно при условии, что один из сотовых операторов согласится субсидировать его реализацию.

    Поставщиком пассивных DAS является компания InnerWireless, имеющая много заказчиков среди учреждений здравоохранения. Фирма LGC Wireless выпускает активную DAS, которую она продает главным образом через операторов связи, не обеспечивая интеграции с ней каких-либо БЛВС-продуктов. При этом, будучи партнером компании Cisco, она предлагает и БЛВС-решения. Фирма MobileAccess Networks поставляет гибридную систему. В ее архитектуре предусмотрен центральный шкаф, агрегирующий сигналы систем пейджинговой и сотовой связи и передающий их трафик по оптоволокну в промежуточные распределительные пункты этажей здания, где к ним добавляются сигналы ТД Wi-Fi. Оборудование пунктов преобразует оптические сигналы в электрические радиочастотные, для излучения которых вместо излучающего коаксиального кабеля используются отдельные широкополосные антенны. Этот производитель теснее большинства других сотрудничает с компанией Cisco — его устройство МА-850 WLAN Module прошло официальное тестирование на совместимость с решением Cisco Unified Wireless LAN.

    И наконец, стоит отметить компанию Powerwave Technologies, поставляющую активные DAS. Она гордится тем, что на базе ее продуктов реализованы крупномасштабные и сложные сети. Аналогично решению фирмы MobileAccess Networks в решении этой компании сигналы оборудования Wi-Fi добавляются к сигналам других беспроводных служб в аппаратном шкафу этажа здания после преобразования (установленным в нем концентратором) оптического сигнала в электрический. О каких-либо партнерских связях с поставщиками Wi-Fi-продуктов эта компания не объявляла.

ДРУГОЙ ПУТЬ

    По мере увеличения плотности расположения клиентов и повышения интенсивности трафика в работе традиционных БЛВС (с микросотами и клиентским управлением) возникают серьезные проблемы. Разрабатывая сложные методы проектирования сетей и антенны улучшенной конструкции, большинство поставщиков традиционных решений в той или иной мере справляются с трудностями. Но две компании — Xirrus и Meru — пошли другим путем, интегрируя множество радиомодулей в одной ТД.

    Компания Xirrus предлагает ТД серии Wi-Fi Array с 4, 8 и 16 радиомодулями. Каждая из них содержит 4 радиомодуля стандартов 802.Ha/b/g, к которым в более емких моделях добавлены 4 или 12 радиомодулей стандарта 802.11а. Радиомодули обслуживают узкие перекрывающиеся секторы (см. рисунок). Поскольку очень трудно обеспечить достаточно хорошую радиочастотную изоляцию между находящимися на таком близком расстоянии друг от друга радиомодулями (даже при их функционировании на неперекрывающихся частотных каналах), в ТД реализована координация их работы на МАС-уровне. В результате радиомодули передают и принимают данные по очереди. Благодаря этому передаваемые сигналы не искажаются, а чувствительность приемников не снижается.

    Точки доступа, о которых идет речь, оснащены направленными антеннами, которые (по сравнению со штыревыми) имеют более высокий коэффициент усиления и способны передавать сигнал на большее расстояние. Это означает, что для радиопокрытия нужной территории потребуется меньшее число ТД и расходы на развертывание сети тоже будут меньше. При хорошем планировании сети уровень внутриканальных помех может быть снижен, так как сигналы излучаются в определенных направлениях, а не во все стороны сразу.

    К достоинствам конструкции рассматриваемых ТД также относятся возможности выравнивания нагрузки между соседними радиомодулями и их взаимного резервирования. Безусловно, наличие большого числа узких секторов означает увеличение числа случаев роуминга клиентов между радиомодулями, что может быть источником возникновения проблем со связью по технологиям VoWLAN. Впрочем, интеграция радиомодулей в рамках одной системы позволяет в значительной мере оптимизировать процедуру роуминга.

    Компания Meru разработала ТД семейства Radio Switch с 4, 8 и 12 радиомодулями. Можно предположить, что в большинстве развертываемых ТД 2 или 3 радиомодуля будут работать в диапазоне 2,4 ГГц по стандартам 802.1 lb/g, а остальные — в диапазоне 5 ГГц по стандарту 802.11а. Помимо реализации технологии Meru Air Traffic Control, которая благодаря специальному МАС-механизму обеспечивает нужный уровень QoS, продукт Radio Switch балансирует трафик между радиоканалами, игнорируя зондирующие запросы от тех клиентов, которые должны работать на другом канале.

    В отличие от решения компании Xirrus, в котором каждый радиомодуль снабжен отдельной направленной антенной, в продукте компании Meru имеется всего две ненаправленные антенны — передающая и приемная. С целью уменьшения нежелательной электромагнитной связи между ними одна антенна размещена в нуле диаграммы направленности другой. Для соединения радиомодулей с этими антеннами используются сумматоры и делители мощности радиочастотного сигнала. Будучи ненаправленными, антенны не увеличивают дальность действия ТД, как это делают антенны систем фирмы Xirrus, но и с такими антеннами в устройствах компании Meru не возникают проблемы, связанные с внутриканальными помехами, поскольку работа радиомодулей координируется в масштабе ТД и сети в целом. Вместо установки двух или трех обычных ТД поблизости одна от другой с целью повышения емкости соты можно задействовать одно устройство Radio Switch, способное обслуживать большое число пользователей.

    Критики такого рода решений указывают на их повышенные стоимость и энергопотребление и на то, что эффективность их работы еще не доказана на практике (в многочисленных конкретных сетях). Действительно, сами продукты с множеством радиомодулей дороже обычных ТД, но все сетевое решение в расчете на один радиомодуль обходится дешевле. Правда и то, что дополнительные радиомодули увеличивают общее энергопотребление многомодульных ТД. В связи с этим производители последних предлагают использовать локальный источник питания от сети переменного тока, специальный адаптер для получения электропитания от нескольких портов PoE (Power over Ethernet) или фирменный инжектор электропитания.

    В компаниях Meru и Xirrus большое внимание уделяют вопросам организации электропитания своего оборудования. При столь большом числе радиомодулей максимальной мощности средств РоЕ, равной 15,4 Вт, определенной стандартом IEEE 802.3af, недостаточно. К счастью, фирма PowerDsine и другие производители уже выпустили устройства РоЕ следующего поколения, называемые РоЕ Plus. В новом стандарте IEEE 802.3at (намечен к принятию в середине 2008 г.) будет предусмотрено двукратное, если не четырехкратное увеличение выходной мощности.

    Последняя претензия критиков к производителям многомодульных ТД — неподтвержденность эффективности работы последних в реальных условиях. И действительно, не являются ли эти ТД слишком уж специфическими продуктами, чтобы получить признание на массовом рынке? Компания Meru анонсировала системы Radio Switch примерно два года назад, но поставлять их начала только в середине прошлого года. Согласно полученной от нее информации, несколько тысяч таких систем закупил школьный округ Филадельфии. А фирма Xirrus объявила о стратегическом альянсе с компанией ADC и заключении ряда сделок на поставку 36 систем, эквивалентных 276 обычным ТД. Таким образом, мы видим, что определенный спрос на эти решения существует.

    Реализация микросотовых БЛВС на базе решений компаний Cisco, Aruba и подобных им повышает вероятность возникновения внутриканальных помех, что приводит к росту числа коллизий и снижению производительности сети (см. «Микросотовые структуры»). Поскольку основным методом управления доступом клиентов к среде передачи сигналов является DCF (Distributed Coordination Function), а не PCF (Point Coordination Function), клиенты приступают к передаче всякий раз, когда определяют, что несущая свободна. Этот метод хорошо работает при малой плотности клиентов, но с повышением нагрузки на сеть производительность последней начинает снижаться. Кроме того, клиенты сами решают, с какими ТД им ассоциироваться, а значит, они могут устанавливать неоптимальные с точки зрения пропускной способности соединения.

    Поможет ли стандарт 802.1 In решить эти проблемы и будут ли в результате этого вытеснены с рынка такие производители, как Extricom, Meru и Xirrus? На наш взгляд, это маловероятно. Мы готовы поспорить что БЛВС, реализованная на основе соответствующего стандарту 802.11а оборудования компании Meru, с сотней клиентов будет работать лучше, чем первые корпоративные продукты стандарта 802.1 In с тем же числом пользователей. Характеризуя работу сети, мы оцениваем не только ее общую пропускную способность, но также джиттер и стабильность пропускной способности. Решение компании Meru будет работать стабильнее, чем БЛВС стандарта 802.1 In, имеющая традиционную архитектуру.

МОБИЛЬНОСТЬ БЕЗ РОУМИНГА

    В результате совершенствования инфраструктур корпоративных БЛВС на смену автономным ТД пришли ТД, управляемые коммутатором или контроллером БЛВС. Такого рода сетевая архитектура позволяет управлять доступом ТД к нисходящему каналу. Эта возможность помогла специалистам компаний Meru и Extricom разработать уникальные решения для БЛВС.

    Компания Meru первой сформулировала концепцию более детерминированного доступа инфраструктурных и клиентских устройств БЛВС к среде передачи сигналов. И хотя методы ее реализации вызвали жаркие споры среди сетевых специалистов (см.: Сети и системы связи. 2007. № 5. С. 22; № 6. С. 36), результаты тестирования наглядно показали, что по сравнению с оборудованием Cisco решение Meru обеспечивает более высокую общую пропускную способность сети и лучшее качество обслуживания голосового трафика.

    Вся инфраструктура БЛВС, построенная на оборудовании компании Meru, работает на одном частотном канале с одним идентификатором BSSID (МАС-адресом ТД). В результате клиенты не осуществляют процедуру роуминга между ТД, вместо этого инфраструктура сама «решает», какая ТД соединяется с тем или иным клиентом. Когда клиент передает данные, все расположенные рядом ТД и другие клиенты «слышат» его (ведь они функционируют на одном канале) и воздерживаются от передачи своих данных до освобождения канала. Специалисты компании Meru утверждают, что реализовали алгоритм работы сетевых устройств, сводящий к минимуму риск их блокировки. В связи с этим хочется задать вопрос: а сможет ли нормально функционировать традиционная инфраструктура БЛВС, в которой для организации микросот выходная мощность ТД установлена на уровне 10 мВт и к которой подключаются клиенты с выходной мощностью 100 мВт, создающие помехи в микросотах, работающих на тех же частотах, что и эти клиенты?

    Самым очевидным недостатком технологического решения компании Meru является использование в нем одного-единственного частотного канала, что ограничивает общую пропускную способность сети. Для ее повышения специалисты Meru предлагают развертывать наложенные сети с ТД, работающими на других неперекрывающихся каналах, или использовать системы Radio Switch. Однако не ясно, как в этом случае исключить роуминг клиентов между разными сетями. Впрочем, число таких системных событий можно минимизировать, если расположить ТД достаточно плотно, чтобы уровень принимаемого клиентом сигнала всегда оставался высоким.

    Решение компании Meru хорошо работает при большой плотности клиентов. По результатам нашего обзора БЛВС в университетах США компания Meru оказалась единственным производителем, на базе оборудования которого реализовано несколько сетей, обеспечивающих комфортную работу более 50 пользователей на каждой ТД.

    Компания Extricom реализует другой подход к построению БЛВС, предлагая «сверхтонкие» ТД (только радиоинтерфейс и антенна), не имеющие собственных адресов MAC и IP. Для их работы требуется прямое физическое соединение с БЛВС-коммутатором этой компании. Подобно решению фирмы Meru, в данной системе тоже предусмотрена функция координации доступа ТД к нисходящему каналу, позволяющая коммутатору определять, какая ТД должна соединяться с конкретным клиентом. Емкость сети масштабируется путем «наложения» на нее еще одного набора радиомодулей, работающих на другом неперекрывающиемся частотном канале. Компания Extricom рекламирует имеющуюся в ее решении возможность одновременной передачи данных соседними ТД по одному и тому же частотному каналу, если они не мешают друг другу.

    Это трудно проверить, но концепция, положенная в основу работы системы компании Extricom, кажется разумной и позволяет предположить, что и у других производителей есть все возможности для оригинального решения проблем с нехваткой емкости БЛВС. Компания Extricom никак не характеризует клиентскую емкость своего решения и его возможности по обеспечению QoS в восходящем канале.

НЕ СПЕШИТЕ

    За последние два года на потребительском рынке появилось множество моделей ТД с поддержкой технологии MIMO, соответствующих проекту стандарта 802.1 In. В этом нет ничего удивительного: раз ТД стандартов 802.1 lb/g стали товарами широкого потребления и цены на них упали ниже 50 долл., производителям микросхемных наборов и устройств Wi-Fi нужно было найти новые способы поддержания уровня своих доходов. К счастью, когда возникла такая необходимость, разработка стандарта 802.1 In уже шла полным ходом, а фирма Airgo Networks, входящая теперь в состав компании Qualcomm, выпустила микросхемный набор с поддержкой технологии MIMO, в которой эффект многолучевого распространения радиосигналов используется для увеличения скорости передачи данных посредством нескольких антенн.

    Говоря о новом стандарте 802.1 In, мы вовсе не имеем в виду, что все предприятия незамедлительно должны заменить свои нынешние БЛВС-контроллеры. Да, нагрузка на БЛВС непрерывно растет, но вряд ли даже через год компании станут заменять свои БЛВС-контроллеры из-за нехватки емкости сети. Чтобы постепенно наращивать емкость, можно устанавливать дополнительные БЛВС-контроллеры и распределять нагрузку между ними.

    Отсюда вывод: не действуйте раньше, чем это необходимо. Предприятия не требуют от производителей оборудования для БЛВС, систем MIMO или ТД, соответствующих проекту стандарта 802.1 In, пока не испытывая острой нужды в этих новых решениях. В настоящее время для улучшения работы своих БЛВС они оптимизируют расположение их ТД и используют новые антенные системы, в том числе и распределенные.