Wi-Fi, Радиообследование (Site Survey)
Радиообследование (Site Survey) зоны покрытия сети стандарта Wi-Fi.
Проект беспроводной сети Wi-Fi всегда должен включать в себя радиообследование объекта на стадии проектных работ и до начала инсталляции оборудования. Это единственная действительно реальная возможность, при правильном проведении, получить достаточно оснований для создания работоспособного решения беспроводной сети с предсказуемыми характеристиками.
В беспроводных системах очень сложно предсказать распространение радиоволн и определить наличие интерференции без использования тестового оборудования. Даже если вы используете всенаправленные омни-антенны в действительности радиоволны не распространяются на одинаковое расстояние во всех направлениях. Вместо этого различные препятствия, как например стены, двери, лифтовые шахты, люди и т.п. вводят различный уровень затухания сигнала, что является причиной того, что диаграмма направленности радио становится неоднозначной и непредсказуемой. В результате часто необходимо выполнять радиообследование зоны покрытия к сети стандарта Wi-Fi (Site Survey) для полноценного понимания поведения и распространения радиосигналов до начала развертывания Точек Доступа беспроводной сети WiFi.
Основная цель радиообследования (Site Survey) это получение достаточного объема информации, чтобы определить количество и позиции Точек Доступа WiFi для предоставления требуемого покрытия внутри всей целевой зоны. В большинстве случаев требуемое покрытие определяется обеспечением минимальной скорости передачи данных (data rate). Радиообследование также определяет присутствие интерференции идущей от других источников, которая может снизить производительность сети Wi-Fi.
Требования и сложность радиообследования объекта будут варьироваться в зависимости от самого объекта и его характеристик. Например небольшой офис, состоящий из нескольких комнат открытого типа, может вообще не требовать радиообследования. Хотя интерференцию, тем не менее, проверить стоит (полезные приложения для базового анализа частотного спектра). Этот сценарий, вероятно, может быть реализован путем установки одной Точки Доступа WiFi где-то в офисе и можно ожидать, что покрытие для общих задач будет адекватным. Если же Точка Доступа столкнется с интерференцией от БЛВС соседнего офиса, то, вероятнее всего, переход на соседний неперекрывающийся канал может решить проблему. Но живое Радиообследование никогда не надо замещать кабинетной аналитикой даже в случае проектирования небольших сетей.
Большие помещения, такие крупные офисы, жилые дома, больницы, ангары, цеха и пр. обычно требуют детального радиообследования. Без обследования очень вероятно пользователи столкнутся с недостаточным покрытием и будут испытывать проблемы с производительностью сети (пропускной способностью) в некоторых зонах. Определенно вряд ли захочется заново менять места установки нескольких десятков Точек Доступа, а также все их подключения, если возникшая проблема потребует редизайн радиоподсистемы уже после развертывания.
При проведении Радиообследования объекта (Site Survey) для развертывания будущей сети стандарта Wi-Fi можно рекомендовать следующий план действий:
1. Получите план помещения
До начала радиообследования получите план всей территории и зоны покрытия будущей сети стандарта WiFi, включая поэтажные планы Всех помещений, где предполагается иметь покрытие. Если нет ничего доступного, то нарисуйте свой план с размерами и укажите положение всех стен, переходов, окон, лифтов и т.п.
2. Визуально осмотрите весь объект
До начала любых тестов пройдите по всему объекту и проверьте точность планов помещений. Это также хороший момент для выявления потенциальных препятствий, которые могут влиять на распространение радиосигналов. Например, визуальное обследование поможет выявить такие препятствия для радиосигнала, как металлические шкафы и перегородки и т.п., которых обычно нет на плане помещения.
3. Определите места нахождения будущих пользователей сети Wi-Fi
На плане помещения отметьте зоны нахождения пользователей с проводным и беспроводным соединением. Дополнительно проиллюстрируйте где может потребоваться роуминг для беспроводных/мобильных пользователей , а также куда они не ходят. Возможно удастся обойтись меньшим количеством Точек Доступа, если удастся ограничить зоны роуминга или вообще перейти к модели организации «горячих зон» Wi-Fi, а не сплошного покрытия, как представлено в примере тренингового задания сети Кампуса в Wi-Fi-Решебнике на нашем сайте.
4. Определите тип и модель Точек Доступа в будущей сети WiFi
Исходя из первичного полного обследования объекта и собранной информации необходимо определиться с типами Точек Доступа Wi-Fi, Антеннами и т.п. для будущей беспроводной сети. Это может зависеть от большого количества факторов, например: необходимость использования интегрированных антенн, когда есть требования по эстетике; высокие потолки, соответственно решения с внешними антеннами; зоны высокой плотности пользователей, необходимо увеличение емкости путем формирования узких ячеек, соответственно точки с внешними антеннами с узкой диаграммой направленности и т.д..
5. Определите предварительные места установки Точек Доступа WiFi
Предварительно можно оценить местоположение и количество Точек Доступа WiFi для обеспечения адекватного покрытия требуемой зоны путем анализа мест положения пользователей сети WiFi, ожидаемой зоны покрытия и величины ячеек, сервисов на сети и самих элементов радиоподсистемы. Для обеспечения сплошного покрытия необходимо планировать некоторое перекрытие ячеек смежных Точек Доступа, но надо помнить, что при назначении каналов для Точек Доступа WiFi (при ручном конфигурировании или при предварительном планировании) Точка с идентичным частотным каналом должна быть достаточно далеко от данной, чтобы отсутствовала или была минимальной интерференция от доходящего излучения через соседнюю Точку Доступа WiFi. Помните, что в частотном спектре WiFi 2.4GHz у нас доступны всего три неперекрывающихся частотных канала 1, 6 и 11. Также стоит добавить, что достаточным уровнем перекрытия ячеек можно считать:
- перекрытие порядка 10-15% при предоставлении сервиса передачи данных, как основной услуги,
- перекрытие порядка 20%, когда на сети предоставляются голосовые услуги VoIP через Wi-Fi,
Хорошим подспорьем в деле предварительного и обоснованного определения положения Точек Доступа может стать специальный программный модуль для планирования сети Wi-Fi. Подобный программный модуль встроен, например, в известную систему управления сети WiFi-стандарта от Cisco: Prime Infrastructure. Кстати, Prime изначально доступен в полноценной демо-версии. В демо-версии это полнофункциональная система управления сети WiFi от Cisco с ограниченным сроком действия. Cisco Prime можно скачать с сайта Cisco для тестов, а позже купить. Или обращайтесь к партнерам Cisco. Некоторые такие компании (Системные Интеграторы), которые имеют соответствующую экспертизу, представлены на нашем сайте. НО это только облегчает проведение радиообследования Не замещая его. С оценкой расположения ТД на плане помещения необходимо проводить обследование и проверять и корректировать рекомендованные положения ТД.
Необходимо выявить подходящие монтажные позиции для инсталляции Точек Доступа, Антенн, кабелей передачи данных и кабелей питания.Также учитывайте необходимость применения различных типов антенн, когда принимаете решение о позиции Точки Доступа WiFi. Например если предполагается монтировать ТД рядом с внешней стеной здания, то в этом случае возможно лучший подход это использование направленной Панельной антенны с относительно высоким усилением внутрь здания. Если предполагается использовать Точки Доступа с интегрированными антеннами, то они часто имеют диаграмму направленности такую что наиболее правильно их располагать на потолке (не за фальшпотолком, а обязательно выступающими внутрь помещения). Естественно в данном случае высота потолков должна быть обычной для обычных офисов. Для помещения с высокими потолками или в цехах/ангарах используйте ТД с направленными антеннами. Некоторые примеры на эту тему рассмотрены в Примере сети Wi-Fi для Кампуса на нашем сайте в Wi-Fi-Решебнике.
6. Проверка мест положения Точек Доступа WiFi и реального уровня параметров сети
Это происходит при начале реальных тестов. Обычно размещается несколько Точек Доступа WiFi в предварительно спланированные позиции на объекте и проводятся натурные тесты с использованием специализированных инструментов для проведения радиообследования. Например можно порекомендовать посмотреть и использовать инструменты для радиообследования от таких известных производителей как:
- Ekahau, программа: Ekahau Site Survey,
- Fluk/AirMagnet, программа: AirMagnet Survey PRO
и т.п.
Очень важно использовать при обследовании именно те модели Точек Доступа и Антенн WiFi, которые впоследствии будут на реальной сети, а также выполнять тесты с учетом самых худших по радиохарактеристикам пользовательских устройств, которые Вы ожидаете увидеть на своей сети. Также очень важно проводить не просто пассивные тесты снимая характеристики именно радиосети, а надо делать Активные тесты с формированием реальной нагрузки от трафика (обычно есть встроенные механизмы в инструменты с активным функционалом радиообследования), т.к. только это проявит реальную картину будущего поведения сети.
Очень полезно также иметь в арсенале анализатор спектра для частотных диапазонов WiFi: 2.4GHz и 5GHz. Это позволит выявить и точно представлять себе интерференционную картину в зоне покрытия.
7. Документируйте свои результаты
С того момента, как получены удовлетворительные результаты тестов и определена правильная позиция Точки Доступа и/или антенн необходимо внести эти данные на план объекта.Это потребуется для будущих работ по инсталляции. Также необходимо сохранить и приложить к отчету логи уровней сигналов, скорости передачи данных и т.п. вплоть до ожидаемой границы ячейки каждой Точки Доступа. Это позволит иметь базовую информацию для будущих работ по редизайну сети.
Описаные здесь шаги направят Вас в верном направлении, но реальный опыт не заменят. Если для Вас это первые шаги в направлении WLAN/БЛВС, то имеет смысл обратиться в компании с соответствующей экспертизой. Например многие Системные Интеграторы имеют в своем штате подготовленных сотрудников и смогут провести данные работы на платной основе.
8. Специальный раздел - для тех кто проектирует внешнюю Wi-Fi сеть, например Outdoor Mesh Wi-Fi
Очень важно иметь ввиду следующее:
- еще до проведения Радиообследования надо найти системного интегратора, который знает территорию развертывания сети и имеет специальных людей, которые умеют договариваться с местными административными органами и владельцами недвижимости; также возможен вариант, при котором нанимается на работу или берется на контракт специальный человек, который хорошо знает эту работу и данную территорию (часто из надзирающего за беспроводными сетями органа).
- при проведении предварительного анализа проекта и обработке входных данных на специализированном ПО по дизайну наружных сетей будут определены предварительные места установки Точек Доступа WiFi. Эти предварительные позиции должны быть очень внимательно проанализированы на предмет реальности установки там Точек Доступа WiFi. Реальность по технической возможности и реальность по административному ресурсу. Например, техническая возможность существует, если для монтажа есть подходящая позиция по высоте, наличию электропитания 24 ч, отсутствию существенных препятствия для распространения сигналов. Например, административная возможность существует, если при развертывании реальной сети, именно на данную по дизайну позицию можно будет инсталлировать и запустить Точку Доступа WiFi (часто возникают сложности при необходимости использования крыш зданий в чужой собственности, а использование элементов недвижимости в коллективной собственности практически нереально - ТСЖ, кооперативные варианты и т.п. -т.к. люди просто боятся радиотехнологий вблизи и не соглашаются на установку оборудования; часто возникают сложности и с фонарными столбами, т.к. их много, но электропитание в основном подается только в вечерне-ночное время, поэтому здесь более реальны, например, светофоры и т.п.).
На данном этапе имеется реальный практический смысл корректировать предварительный дизайн сети до того момента пока предварительные позиции ВСЕХ ТД WiFi будут признаны хотя бы как потенциально реальными для монтажа. Чем более детально и точно будет выполнена данная фаза, тем меньше затрат возникнет впоследствии в условиях развертывания реальной сети и меньше будет необходимо выполнять коррекций в полевых условиях.
-во время проведения полевого Радиообследования при уточнении предварительных позиций ТД Wi-Fi, если возникает необходимость корректирования этих позиций, то все обновленные позиции также необходимо проводить через подробный анализ на возможность последующего развертывания ТД Wi-Fi. В идеале Site Survey в данном случае должен вестись не только с целью обеспечения требований по покрытию и емкости сети, но и с четким фокусом на возможность последующего развертывания Точек Доступа WiFi в спланированных позициях.
Помните простую вещь - чем подробнее и практичнее проведено предварительное проектирование, тем меньше проблем возникнет позже, при строительстве реальной инфраструктуры.
Далее приводится полезная информация, которую неоходимо помнить при проведении Радиообследования и последующего Проектирования Решения сети стандарта Wi-Fi
Диаграммы направленности основных типов антенн для устройств стандарта Wi-Fi
Омни-антенна (всенаправленная)
Диаграмма направленности такой антенны WiFi выглядит как Тор (в западных источниках часто можно видеть название Donut, как известный пончик), с Точкой Доступа или ее антеннами в центре.
Наиболее часто такая диаграмма встречается у Точек Доступа WiFi с интегрированными антеннами, у ТД Wi-Fi с внешними антеннами типа Диполь, Монополь, с внешними многоэлементными Омни-антеннами с разнесением излучающих элементов для поддержки MIMO. Специфика излучения антенны такого типа всегда накладывает свои условия на размещение в зоне покрытия. Например надо быть очень аккуратными с размещением вблизи металлических стен и конструкций (стена ангара, мет. шкафы, лифтовые шахты, силовые конструкции зданий и т.п.), чтобы не получить мощное переотражение и многолучевое распространение собственных сигналов (multipath), что приведет к интерференции и деградации производительности.
Направленная антенна
Диаграмма направленности выглядит как груша с ТД в узкой части этой "груши".
Чаще всего, как "направленная", используется Панельная (Patch), хотя есть масса других типов, например Яги и т.п.. Если ТД поддерживает 802.11n, то она должна поддерживать MIMO. Подробнее о MIMO. Современные ТД поддерживают MIMO вплоть до 4х4, что означает наличие четырех передатчиков и четырех приемников. Для максимальной эффективности системы и использования возможностей разнесения (diversity) лучше использовать рекомендованные производителем антенны (это касается и случая с Омни).
Антенны направленного типа широко применяются для обеспечения покрытия в помещениях с высокими потолоками (при монтаже ТД на потолке или в Пленуме/за фальшпотолком), в дизайнах WLAN с высокой плотностью пользователей, где необходимо создавать узкие ячейки и повышать общую емкость сети и т.п..
Некоторые уроки из установок Точек Доступа WiFi и Антенн помещены на нашем сайте здесь.
Подход к формированию схемы расположения ячеек сети стандарта Wi-Fi
1. Развертывание сети WiFi в одной плоскости / 2d (например все на одном этаже здания).
Помните, что количество частотных каналов очень ограничено:
- в частотах 2,4GHz в РФ (и большинстве стран) доступно только 3 неперекрывающихся канала по 20MHz: 1, 6, 11.
- в частотах 5GHz в РФ доступно 5 частотных каналов по 20MHz внутри частотной полосы 5150-5250 MHz. См. Регуляторику здесь.
Покажем пример того как можно планировать Плоскую развитую сеть Wi-Fi с обеспечением сплошного покрытия и минимизацией интерференции:
Важно помнить, что часто необходимо планировать перекрытие ячеек и определенные характеристики на границе ячейки в зависимости от целей и задач под которые проектируется сеть. Эти рекомендации представлены ниже.
2. Развертывание трехмерной сети WLAN / 3d (например несколько этажей в здании).
В случае проектирования трехмерной сети стандарта Wi-Fi важно понимать, что очень часто затухание сигнала в перекрытиях недостаточно для того, чтобы существенно снизить шум (и интерференцию) от точек с этажа ниже или выше, поэтому это надо проверять в ходе радиообследования и соответствующим образом проектировать будущую сеть. Необходимо как минимум учитывать следующие факторы, если радиообследование показало наличие такой проблемы:
- не располагать Точки Доступа с одинаковым частотным каналом друг под другом на трехмерной модели,
- стараться не использовать максимальную мощность излучения на ТД. Существуют рекомендации крупных производителей не планировать сети с излучением более чем на 50-75%. Это позволит как иметь меньше проблем в трехмерном проектировании, так и иметь резерв мощности для случая когда необходимо быстро затянуть "дыру в покрытии" соседними точками при выходе одной из строя (обычно этим управляет Контроллер WLAN).
Покажем пример того как можно планировать Объемную развитую сеть Wi-Fi с обеспечением сплошного покрытия и минимизацией интерференции:
Далее мы хотели бы добавить рекомендации компании Cisco Systems по вопросу проведения Радиообследования для WLAN, взятые из открытых источников.
Для сети стандарта WiFi, проектируемой для предоставления голосовых услуг (использования Wi-Fi IP-телефонов), Cisco рекомендует следующие минимальные характеристики границы ячейки:
- RSSI: -67 dBm,
- SNR: 25 dB,
- Скорость передачи (data rate): 11 Mbps.
Если сеть предназначена только для передачи данных, то значения параметров могут быть значительно снижены. В таблице представлены некоторые примеры минимальных значений на границе ячейки:
Схема идеального дизайна (по Cisco для телефонов 7920) для сети, предоставляющей сервис Голоса/VoIP через сеть доступа стандарта Wi-Fi:
- перекрытие между ячейками 15-20%,
- граница одной ячейки имеет уровень -67dBm,
- такая же граница ячейки с идентичным частотным каналом достаточно далека и видится в спектре не лучше чем -86dBm,
- межканальное разнесение на уровне SNR: 19dB, RSSI: 20dBm,
- перекрытие ячеек 15-20%
Показанное перекрытие в 15-20% для голоса (для сети только с передачей данных перекрытие ячеек сети составляет 10-15%) выполняется для того, чтобы иметь достаточно емкости для качественного предоставления голсовой услуги, более эффективного роуминга между ячейками и лучшей балансировки нагрузки. Однако важно избегать и превышения данных значений перекрытия, т.к. это может привести к слишком частому роумингу телефона между ячейками и, соответственно, к деградации качества голоса.
При проведении радиообследования следует придерживаться описанных рекомендаций под конкретную задачу для поиска правильных позиций Точек Доступа и ориентации Антенн.
Оригинальный документ с рекомендациями от Cisco (на английском) находится здесь.
Интересные рекомендации из wikipedia по расположению Точек Доступа
(мы не проверяли, но стоит иметь ввиду, хотя о 90 гр факт известный)
Немногие знают, что при прохождении сигнала через стену под углом 25 градусов его потери удваиваются, а при угле равном 2 градуса, толщина стены для сигнала увеличивается более чем в 20 раз. Само собой разумеется, что перепланировкой офиса или квартиры ради усиления сигнала wifi никто заниматься не будет. Поэтому при проектировании сети wifi нужно заранее продумать места расположения точек доступа, а именно: по возможности сократить количество стен и перекрытий, препятствующих прохождению сигнала. Добиться этого можно установив точку доступа, например, в коридоре между комнатами; следить за тем, чтобы угол распространения сигнала относительно преграды был как можно ближе к 90 градусам; удалить от точки доступа на несколько метров все источники радиопомех (системные блоки компьютеров, мониторы, печи СВЧ и т.д.)
