802.11ac

Very High Trhoughput (VHT). Только 5ГГц. До 6.933Гбит/с (до 1.3.Гбит/с для трех пространственных потоков). Модуляция до 256QAM, ширина канала до 160МГц, только explicit бимформинг, 10 возможных MCS, multiuser MIMO.

Может использоваться как один 160МГц канал, так и два 80МГц канала параллельно.

До восьми пространственных потоков на точку, до 4 на одно устройство.

Dynamic bandwidth: если на точке настроен канал 40МГц и шире, перед тем как передавать она проверяет занятость кажого 20МГц канала, и, если один или более заняты, использует только свободные. Т.о. точки ac могу адаптироваться к условиям среды, используя максимально широкий канал.

QAM256 - различные сочетания 16 сдвигов фаз и 16 сдвигов амплитуды. Каждое сочетание кодирует различные битовые последовательности.

В обозначении модуляций, например QAM256 5/6, вторая часть обозначает уровень кодирования, используемый для исправления ошибок. Первое число - количество бит пользовательских данных относительно числа бит в канале (второе число). Чем больше это отношение, тем выше пропускная способность, и тем меньше избыточности (например, при ширине канала 20МГц, QAM 256 3/4 позволяет добиться битрейта 86.7Мбит/с, а QAM256 5/6 - 96.3Мбис/с).

В ac убрана поддержка unequal modulation. Используется A-MPDU

Точки ac могут использоваться RTS/CTS фреймы для совместной работы в более широкой полосе. В основном (primary) 20МГц канале передается контрольный трафик. Если дополнительные каналы свободны, точка может использовать для передачи дополнительные 20МГц каналы, увеличивая тем самым пропускную способность.

Из соображений энергосбережения, многие мобильные устройства поддерживают только один поток (spatial stream). В связи с этим   MU-MIMO (multiuser) стремится к тому, чтобы передавать максимальное количество потоков, неважно для четрыхе клиентов, поддерживающих один потом, или одного клиента, поддерживающего четыре. Только downstream (от точки к клиенту).

Соответствующим образом работает multiuser бимформинг. Находящиеся поблизостои клиенты могут испытывать проблемы (помехи, создаваемые сигналами, направленными соседним устройствам). После того, как точка передала данные, она по очереди запрашивает у клиентов block ack (отправляя Block Acknowledgement Request).

При переходе на ac следует учитывать, что реальная скорость будет примерно 2/3 от максимально заявленной. Следует учитывать требования к PoE и пропускной способности аплинков. Также следует помнить, что многие устройства не поддерживающие 5ГГц будут неспособны подключиться к новой точке ac. Также следует принимать во внимание:
1. А нужно ли вообще переходить на ac, учитывая то, как ходит трафик в сети? Например, если только предоставляется доступ в интернет клиенстским устройствам, аплинк будет ниже, чем пропускная способность точки доступа
2. Если в сети используются одновременно устройства поддерживающие и не поддерживающие несколько пространстсвенных потоков, велика вероятность что производительность первых будет сильно снижена. Следует оценить а стоит ли полученный прирост пропускной способности затрат на переход.
3. Высокая пропускная способность MU-MIMO недостижима, если клиенты недостаточно разнесены в пространстве.

Обязательные требования Wi-Fi Alliance:
1. Ширина канала 20, 40, 80 МГц
2. MCS 0-7
3. Не менее двух пространственных потоков для точек и не менее одного для клиентов
4. Защитный интервал 800нс (400 - опционально)

Beamforming feedback, STBC, LDPC, MU-MIMO - опциональные требования.


D. Coleman, D. Wescott - Certified Wireless Network Administration Official Study Guide

802.11n

802.11n-2009 описывает HT (high throughput) радио (clause 20), использующее MIMO и OFDM. Повышенные дальность и пропускная способность.
Обратно совместимы с предыдущими версиями. Работают ка в 2.4 (b/g/n) так и в 5 (a/b/g/n)

Требования альянса Wi-Fi к устройствам "n":
-поддержка двух пространственных потоков (точка доступа). Клиенты должны передавать и принимать по крайней мере в одном потоке. Три потока - опционально.
-Поддержка A-MPDU для снижения оверхеда на 2 уровне (аггрегация нескольких Ethernet фреймов в один фрейм 802.11).
-Поддержка Block ACK
-Работа в диапазонах 2.4 и 5 ГГц, втч одновременная (опционально)
-Поддержка каналов 40МГц (channel bonding) - опционально
-Совместное использование каналов 20/40МГц - опционально
-Преамбула Greenfield - повышает эффективность сети, не может быть первана преамбулой более старых устройств - опционально
-Короткие защитные интервалы 400нс вместо 800нс - опционально
-Space-time block codeing (STBC) - улучшает прием путем кодирования данных в виде блоков с использованием нкскольких антенн - опционально
-HT duplicate mode - позволяет точке посылать одни и теж еданные одновременно в 20-мегагерцовых каналах в пределах одного канала 40МГц - опционально
Подробнее: http://www.wi-fi.org/discover-wi-fi/wi-fi-certified-n

MIMO существует на 1 уровне (PHY). Одно из необходимых условий работы - многолучевое распространение. Если сигналы будут приходить на применик в одно и то же время, они будут гасить друг друга и производительность будет такой же как в не-MIMO системах.

Передача нескольких потоков методом пространственного мультиплексирования (spatial multiplexing) позволяет добиться более высокой пропускной способности используя феномен многолучевого распространения.

Существуют различные технологии разнесенной передачи и приема: 1. Передача: STBC (только устройства 802.11n), CDS (как 802.11n nтак и legacy устройства), TxBF 2.Прием: MRC

Чейны (chains).Передача до 802.11n: SISO. В MIMO радио чейнов несколько. Например MIMO 2x3 - 2 чейна на передачу, 3 на прием.
Каждый отдельный поток - spatial stream. Каждый поток имеет свой путь распространения, т.к. антенны разнесены как минимум на половину длины волны.  Каждый уникальный поток передает свои данные. Такая передача называется пространственным мультиплексированием (SM) или мультиплексированием с пространственным разнесением (spatial divesity multiplexing, SDM).

Как правило, при обозначении MIMO систем используется три числа: (количество приемников)x(количество передатчиков):(количество стримов), например 3х3:2 Отдельные потоки могут использовать одинаковые или разные модуляции (equal/unequal modulation).

Maximal Ratio Combining - не-MIMO устройство отправляет данные MIMO устройству. При этом MIMO устройство позволяет использовать для приема несколько антенн, выбирать лучшую копию сигнала и "собирать" таким образом переданные данные. Повышает дальность, снижает количестсво поврежденных данных.

STBC - если количество чейнов превышает количество пространственных потоков, одни и те же данные могут передаваться по нескольким чейнам, что повышает чувствительность.Только устройства 802.11n. SDS - аналог для сетей где есть как MIMO так и legacy устройства.

TxBF - сигналы отправляются таким образом, чтобы усиливать друг друга на принимающем устройстве (т.е. прибывать в одной фазе). Передатчик, использующий бимформинг подстраивает фазу передаваемых сигналов обмениваясь информацией с принимающей стороной (sounding frames). По итогу оценки канала создается т.н. steering matrix, т.е. набор оценочных данных, позволяющих корректировать передачу для достижения наилучших характеристик линка.
Implicit feedback - передающая сторона (beamformer) оценивает канал по принципу радара и на основании этого создает steering matrix. Explicit feedback - steering matrix строится принимающей стороной (beamformee) и передающая сторона корректирует свою работу на основании этих данных.

802.11n также как и 802.11g использует OFDM, но n может использовать больше поднесущих.

Клиенты могут сообщать, что они "Fourty megahertz intolerant" с использование управляющих фреймов. Точка доступа, использующая канал 40МГц, принявшая такие фреймы будет вынуждена сменить канал на 20МГц (т.е. иначе она создает помехи во всех каналах диапазона 2.4).

Для цифровых сигналов, сигнал модулируется для передачи битов или наборов битов, т.н. символов (symbols). Когда радио 802.11a/g передает 54Мбит/с, каждый символ OFDM содержит 288 бит, 216 из них - данные, 72 - биты для коррекции ошибок. При этом используется 48 поднесущих в 20МГц канале (не-HT). В 802.11a/g между символами используются защитные интервалы в 800нс. Защитный интервал требуется для того, чтобы при многопоточном распространении все "запаздывающие" символы были получены раньше, чем будут получен новый символ, другими словами, чтобы избежать межсимвольной интерференции (ISI). Защитный интервал должен быть в 2-4 раза больше задержки распространения (delay spread). Т.о. стандартный защитный интервал составляет 800нс. В 802.11n может быть использован укороченный интервал в 400нс, что позволяет получить прирост пропускной способности примерно на 10% но повышает риск возникновения ISI, следовательно укороченный интервал следует использовать там где многолучевое распространение отсутствует или невелико.

Modulation coding scheme (MCS). не-HT устройства определяют битрейт (data rate) от 6 до 54Мбит/с на основании используемой модуляции и метода кодирования. HT устройства определяют битрейт на основании гораздо большего количества факторов, как то модуляция, метод кодирования, количество пространственных потоков, размер канала, защитный интервал.  Какждая MCS является вариацией этих фаторов. Всего для каналов 20 и 40МГц их 77. Для каналов 20МГц существует 8 обязательных MCS.

Преамбула требуется для синхронизации перадчи на физическом уровне. Заголовок первого уровня содержит информацию о том, сколько времени требуется на передачу фрейма 802.11(MPDU) и какая MCS будет при этом использована.

Существует 3 вида PPDU и три вида преамбул:
1. Non-HT legacy
2. HT-Mixed Cодержит элементы legacy преамбулы для совместимости c legacy устройствами
3. HT Greenfield может быть декодирована только устройствами 802.11n-2009

A-MSDU (aggregated MAC service data unit) - агрегация нескольких Ethernet фреймов в один радио фрейм для уменьшения оверхеда. Все агрегированные фреймы должны принадлежать к одной категории QoS, например в одном фрейме не могут быть агрегированы голосовые данные и best-effort.

A-MPDU (aggregated MAC protocol data unit) - агрегирование нескольких фреймов 802.11, которые имеют одинаковый адрес получателя. data unit) - агрегация нескольких Ethernet фреймов в один радио фрейм для уменьшения оверхеда. Все агрегированные фреймы должны принадлежать к одной категории QoS. Генерирует больше оверхеда, т.к. каждый фрей имеет собственный MAC заголовок и трейлер. При повлении CRC ошибок, повторяется отправка не всего агрегированного фрейма, а только поврежденного, т.о. A-MPDU более устойчив к помехам, чем A-MSDU. Большинство вендоров использует A-MPDU.

Block acknowledgement. Подтверждается получение только юникаст фреймов. Использование одного ACK для группы фреймов (frame burst).

Reduced interfame space (RIFS) - уменьшенный временной промежуток между фреймами (2нс), может быть использовать во время frame burst. Можно использовать только в сетях greenfield HT.

Энергосбережение (Power save) - поддерживается как традицонный режим энергосбережения, так и новый SM (spatial multiplexing) power save. В этом режиме MIMO устройство отключает все приемники кроме одного (может работать в статическом или динамическом режиме). Еще одни режим энергосбережения - PSMP (расширение APSD).

Несколько режимов каналов. Режим 20/40 позволяет устройствам n и a/g одновременно работать с одной точкой доступа. Т.е. устройства n полностью обратно совместимы с legacy устройствами.

D. Coleman, D. Wescott - Certified Wireless Network Administration Official Study Guide

PoE

Прообразом PoE был телефон, получающий питание через телефонную сеть.
В сетях Ethernet 10 и 100 Мбит/с две пары используются для передачи данны, еще две - для подачи питания. Гигабитный Ethernet использует все четыре пары для передачи данных, однако для подачи питания могут использоваться те же пары, которые используются для подачи питания.

Поправка 802.3at включена в IEEE 802.3-2012 (clause 33).

Два вида PoE устройств: 1. Питаемые устройства (powered devices, PD) 2. Питающие устройства (power-sourcing equipment, PSE).

Устройства, способные получать повышенную мощность (802.3at) называют устройствами Тип 2 (Type 2), неспособные получать повышенную мощность (802.3af) - Тип 1(Type 1).

PoE A и PoE B - разные полярности.
PoE A: 1Positive voltage(+),Negative voltage(-) 2+- 3-+ 4  5 6 -+ 7  8 
PoE B: 1  2  3  4+- 5+- 6  7-+ 8-+

PD должно поддерживать принимать до 57 вольт с любой полярностью (как A так и B)
PD должен отправлять PSE т.н. detection signature, сообщая таким образом о готовности получить питание и сообщая о своеей совместимости с 802.3-2012. Если PD определено как несовместимое, питание подаваться не будет.

Если устройство готово получать питание, оно может (опционально) отправлять т.н. classification signature уведомляющее питающее устройство о том, какая требуется мощность.
Устройства Типа 2 путем обмена данными на 2 уровне (т.е. отправки classification signature)  позволяют PSE определить что оно подключено они к устройству Типа  2. Если взаимная идентификация не может быть приозведена, устройство будет работать только как Тип 1.

Различаются 5 классов (от 0 до 4) PD. В зависимости от класса PSE регулирует характеристики питания, что позволяет более эффективно расходовать энергию.
Максимальное энергопотребение устройств 802.3af 12.95Вт, 802.3at - 25.5Вт.
Устройства Типа 2 всегда принадлежат к классу 4.

+++++++++++
Класс 0        14.5 до 20.4В        0 до 4 мА        0.44 до 12.95 Вт
Класс 1        14.5 до 20.4В        9 до 12 мА        0.44 до 3.84 Вт
Класс 2        14.5 до 20.4В        17 до 20 мА        3.84 до 6.49 Вт
Класс 3        14.5 до 20.4В        26 до 30 мА        6.49 до 12.95 Вт
Класс 4        14.5 до 20.4В        36 до 44 мА        12.95 до 25.5 Вт
++++++++++++

Чем ниже качество кабеля, тем больше потери. Т.о. чем выше категория кабеля, тем большую мощность фактически получает PD. С этой точки зрнеия, кабель пятой категории предпочтительнее, например, третьей. Мощность фактически подаваемая PSE будет выше реально нужно PD, чтобы компенсировать потри в кабеле и коннекторах.

Два вида PSE: конечные (endpoint) и промежуточные (midspan). Конечные устройства обеспечивают как подачу питания, так и передачу Ethernet данных. Промежуточноые PSE пропускают через себя данные, добавляя питание - инжекторы. Промежуточные устойства могут быть в том числе многопортовыми (inline power patch panel).

Для того, чтобы проверить достаточно ли мощности PoE коммутатора для подключения устройтсв, следует узнать энергопотребление аналогичного коммутатора без PoE и добавить 15.4 (или 30Вт) на каждое подключаемое устройство.

Некоторые устройства для работы требуют меньше 15Вт, поэтому следует ограничивать мощность в настройках коммутатора, чтобы иметь возможность запитать больше устройств.

Если потребляемая мощность подключенных устройств превосходит мощность PoE коммутатора, это может привести к перезагрузкам устройств.

По умолчанию, PSE не будет подавать питание, если подключенное устройство не определено как PoE-совместимое. Однако если отключить PoE-совместимое устройство, коммутатор продолжит в течении нескольких секунд (5-10) подавать питание. Поэтому если сразу же включить устройство не поддерживающее PoE, можно его повредить.

MIMO точки доступа, как правило, требуют больше 15Вт, поэтому для n и ac точек рекомендуется использовать PoE+ (at).

IEEE планирует выпустить в 2018г новый стандарт 802.11bt стандарт для устройств с повышенным элергопотреблением 60W и более. 

Источник: D. Coleman, D. Wescott - Certified Wireless Network Administration Official Study Guide

Проектные обследования (site survey)

Перед началом обследования, необходимо провести интервью с клиентом, в процессе которого:
-описать клиенту преимущества и недостатки беспроводных технологий
-объяснить что реальная пропускная способность может составлять всего 50-70 процентов от заявленного производителем оборудования битрейта
-объяслинть, что Wi-Fi - полудуплексная технология
-объяснить зачем требуется обследование
-выяснить какие приложения будут использовать беспроводную сеть
-выяснить кто будет пользоваться беспроводной сетью (роли, сегментация, SSID)
-выяснить какие устройства будут подключаться к сети (будет ли реализован BYOD, нужно ли для этого решение по управлению беспроводными устройствами (MDM), какие требования у этих устройств к задержке и пропускной способности)
-выяснить где требуется покрытие, для каких устройств.
-материал стен, плотность расположения клиентов
-общая емкость беспроводной сети
-количество клиентов на точку (примерный предел для двухдиапазонной точки 802.1n - порядка 50 активных клиентов)
-обследование имеет смысл проводить в рабочее время, когда пользователи присутствуют на рабочих местах, т.к. человеческое тело может поглощать радиосигналы, таким образом, при большом скоплении людей затухание будет больше
-уточнить о периодах пиковой нагрузки
-уточнить насчет существующих беспроводных устройств, а также устройств, способных создавать помехи: микроволновки, беспрводные телефоны/наушники/клавиатуры/мыши, офисная техника с беспроводными интерфейсами и т.п.
-уточнить требуется ли переносимость (portability, возможность возобновить сессию в другой точке с разрывом связи) или мобильность (возможность передвигаться между точками без потери связи).
-уточнить требуется ли обратная совместимость
-получить схему проводной сети
-получить планы помещений

Обследование существующей беспроводной сети:
-Какие проблемы есть у существующей беспроводной сети
-Есть ли известные источники помех?
-Есть ли "мертвые зоны" где отсуствует покрытие
-Есть ли данные с предыдущих обследований?
-Какое оборудование установлено в данный момент

Подключение беспроводных устройств к существующей сетевой инфраструктуре:
-требования к роумингу
-позволяет ли расположение активного существующая сетевая инфраструктура соблюсти требования к длине Ethernet-кабеля?
-получить техусловия на монтаж внешних антенн (если таковые требуются, например, на крыше здания)
-типы и возможности имеющихся коммутаторов
-организация питания точек
-сегментация, адресный план
-именование устройств, маркировка
-управление учетными записями и доступом
-управление клиентскими устройствами (права доступа и т.п.)
-управление точками доступа (протоколы, мониторинг и т.п.)

Обязтельно обговорить требования к безопасности и гостевому доступу.

По окончании обследования клиенту должен быть предоставлен отчет:
-purpose statement - формулировака требований клиента и коммерческое обоснование
-анализ спектра
-анализ покрытия
-размещение и конфигурация оборудования
-анализ емкости и производительности
Дополнительно:
-рекомендации по выбору производителя
-схемы расположения нового оборудования и их интеграция в существующую сеть
-bill of materials (BOM) - спецификация
-оценка сроков и стоимости реализации проекта
-рекомендации по безопасности
-рекомендации по созданию политики управления беспроводной сетью
-рекомендации по обучению администраторов и конечных пользователей

Инструменты:
-анализаторы спектра и анализаторы протоколов (protocol analyzer)
спектроанализатор необходим, так как фоновый шум, даже с низким уровнем сигнала порядка -85dBm может существенно снижить производтиельность беспроводной сети вплоть до того, что устройства, "слышащие" источник сильных помех во время CCA не будут передавать вообще. Возможные источники помех в 2.4: микроволновки, беспроводные телефоны, флюоресцентные лампы, двигатели эскалаторов, ламинаторы, устройства Bluetooth, устройства для плазменной резки металла.

В связи с высокой загруженностью диапазона 2.4 многие компании переходят на n/ac в 5ГГц.
Потенциальные источники помех в диапазоне 5ГГц: беспроводные телефоны, радары, датчики контроля периметра, спутниковые сигналы, уличные беспроводные устройства в диапазоне 5ГГц.

Устройства и ПО для планирования покрытия. Уровень сигнала  при планировании зон покрытия должен быть выше уровня шума на 18 (данные) - 25 (голос) дБ. Разница между сотами в одинаковом канале должна быть не меньше 20дБ. По итогу на план должны быть нанесены зоны покрытия точек, их точное расположение, мощность передатчика на точках в момент проведения измерений.
Следует помнить о том, что в некоторых случаях следует использовать направленные антенны вместо дефолтных омни а также их сочетания. Для хорошего обследования следует иметь такие антенны при себе.

При обследовании рекомендуется использовать те же устройства, которые планируется устанавливать.
Для аутдорных обследований рекомендуется иметь устройства для тестирования ВЧ кабелей, инклинометр для измерения высоты объектов, фотоаппарат, спектроанализатор.

При обследовании рекомендуется проводить как пассивную оценку покрытия (измерение уровня сигнала и соотношения сигнал/шум), так и активную (установить соединение между точкой и клиентом, произвести оценку задержки и количества повторов).

AirMagnet WiFi Analyzer

Predictive survey - программное моделирование покрытия, выполняемое специальным ПО на импортированных в него планах. Не способно полностью заменить реальное обследование.

В настоящее время производители предлагают решения с RRM (radio resource management) которые позволяют точкам динамически менять свои настройки для обеспечения оптимального покрытия в автоматическом режиме. Не может заменить обследования и должен использоваться уже после установки для того, чтобы адаптироваться к изменяющимся условиям.

После установки, необходима тщательная проверка беспроводной сети на соответствие запроектированным параметрам. Можно использовать специализированные устройства (handled RF scanners).

Источник: D. Coleman, D. Wescott - Certified Wireless Network Administration Official Study Guide