Interferencje w sieciach bezprzewodowych
11 kwietnia 2008 14:17
Kamil Folga
Administratorzy wdrażający sieci WLAN, bardzo często w pełni polegają na środowisku bezprzewodowym, jako podstawowym źródle dostarczania usług sieciowych - wydajnym i bezpiecznym. W każdej sieci bezprzewodowej niezwykle istotna jest solidna warstwa fizyczna. Gdy warstwa fizyczna nie zachowuje się poprawnie, protokoły warstw wyższych nie działają efektywnie i zgodnie z założeniami projektantów.
Zawsze gdy uruchamiamy przewodową lub bezprzewodowa sieć, warto zweryfikować początkowo warstwę fizyczną. Potencjalne problemy z warstwą fizyczną w Wi-Fi są zdecydowanie trudniejsze do usunięcia, niż w sieciach kablowych. W świecie RF jakość warstwy fizycznej może zmieniać się co kilka godzin. Rozwiązywanie problemów zawsze powinniśmy zaczynać od najniższej warstwy sieciowej. W przypadku sieci Ethernet, będzie to sprawdzenie łączności kablowej. W przypadku sieci bezprzewodowej, weryfikacja warstwy fizycznej to sprawdzenie występowania interferencji w paśmie RF.
Najistotniejsze jest jednak zrozumienie zmienności fizycznego środowiska. Konstrukcje lub przemieszczające się elementy, mogą niekorzystnie wpłynąć na sieć bezprzewodową. Każda nowa instalacja będzie wymagała większej niż planowana ilości urządzeń, w celu osiągnięcia lepszego zasięgu i zwiększenia pojemności systemu. Przy dużej ilości urządzeń pracujących w pasmach Wi-Fi, nie unikniemy zjawiska interferencji. W zakresie działania sieci bezprzewodowej z pewnością znajdą się także urządzenia niezgodne ze standardem Wi-Fi, ale wykorzystujące identyczne częstotliwości. W rzeczywistości każdy z tych elementów tworzy interferencje, które stanowią zagrożenie dla wydajności oraz bezpieczeństwa sieci bezprzewodowej.
Fluke Networks opublikował dokument demaskujący powtarzane mity, związane z interferencjami w sieciach Wi-Fi. Administrator próbując zrozumieć problemy z zarządzaniem pasmem RF, nie zawsze poprawnie interpretuje obserwowane zjawiska. Przedstawimy wybrane i najczęściej spotykane błędne założenia, dotyczące zjawiska interferencji w sieciach bezprzewodowych.
Mit 1 - Problem interferencji pochodzi wyłącznie od innych sieci 802.11.
Istnieje wiele urządzeń 802.11, które mogą powodować interferencje w danej sieci bezprzewodowej. Wszystkie urządzenia 802.11, wykorzystują ten sam protokół, więc będą kooperowały w danym środowisku. Dwa punkty bezprzewodowe pracujące na tym samym kanale, będą współdzieliły pojemność kanału.
Istnieje jednak wiele urządzeń pracujących w nielicencjonowanym paśmie ISM (przemysł, nauka, medycyna), także wykorzystujących częstotliwości sieci 802.11. Do takich urządzeń należą kuchenki mikrofalowe, telefony bezprzewodowe, Zigbee, bezprzewodowe kontrolery gier, itp. Są to źródła interferencji, które nie pochodzą od urządzeń 802.11.
Mit 2 - Moja sieć pracuję poprawnie, więc interferencje nie są problemem.
Protokół 802.11 stworzono do realizacji ochrony przed interferencjami. Gdy urządzenie 802.11 wykryje interferencje przed rozpoczęciem transmisji, wstrzyma ją na czas pojawiających się interferencji. Jeżeli interferencje pojawią się w czasie trwania transmisji, problemy z potwierdzeniem odbioru pakietu, zostaną rozwiązane przez ponowne wysłanie (retransmisję).
Wynikiem opisywanej retransmisji jest zmniejszenie ogólnej przepustowości sieci. Jeżeli jedyną funkcją sieci jest transmisja danych, straty przepustowości mogą nie być zauważalne. Jeżeli jednak dodamy do sieci aplikacje wrażliwe na opóźnienia jak głos (VoWLAN), kontrola wpływu interferencji stanie się krytycznym elementem zarządzania.
Mit 3 - Analizowałem pasmo RF przed wdrożeniem. Znalazłem wszystkie źródła interferencji.
Jednym z największych problemów związanych z interferencjami jest ich nieokreślona natura. Interferencje mogą pojawiać się w wybranych częściach dnia lub w wybranych dniach tygodnia. Jeżeli przeszukiwanie częstotliwości nie jest wykonywane okresowo, bardzo łatwo pominąć niektóre źródła interferencji. Nie można lekceważyć problemu interferencji. Potrzebujemy szybkiej i prostej metody do okresowego sprawdzania problemów z interferencjami, wpływającymi na sieć bezprzewodową.
Mit 4 - Moja infrastruktura automatycznie poradzi sobie z interferencjami.
Wiele nowszych urządzeń (przełączniki WLAN) próbuje automatycznie rozwiązywać problem interferencji. Infrastruktura potrafi wykryć obecność interferencji, których źródłem nie są urządzenia 802.11. W odpowiedzi na te zjawiska, podejmowana jest próba automatycznej zmiany kanału 802.11 dla danego punktu bezprzewodowego. W rzeczywistości nie rozwiązujemy problemu do końca. Niektóre urządzenia jak telefony bezprzewodowe, czy moduły Bluetooth przemieszczają się ("skaczą") po kanałach. Pełne rozwiązanie problemu może stanowić wyłącznie zlokalizowanie takiego urządzenia i usunięcie. Automatyczna reakcja na interferencje jest pożądanym zjawiskiem, ale przy dzisiejszym stanie techniki jest zadaniem bardzo trudnym w realizacji.
Mit 5 - Mogę zmniejszyć wpływ interferencji przez gęsto rozmieszczone AP.
Niska cena punktów bezprzewodowych 802.11 skłania administratorów do gęstego rozmieszczenia urządzeń. Niektóre sieci zbudowane są z punktów bezprzewodowych, umieszczonych w każdym pokoju. Taka konfiguracja przynosi korzyści w postaci znacznego zwiększenia dostępnej pojemności sieci. Gdy wdrażamy taką infrastrukturę, niezbędne jest zredukowanie mocy wysłanego sygnału przez każdy punkt dostępowy. Jeżeli nie zredukujemy mocy, punkty dostępowe będą interferowały ze sobą wzajemnie. Gęsto rozmieszczone AP są dobrym rozwiązaniem zwiększającym pojemność sieci, ale nie rozwiązują problemu interferencji.
Mit 6 - Mogę analizować problem interferencji przy pomocy sniffera pakietów.
Sniffery pakietów 802.11 spotyka ten sam problem, co sprzęt infrastruktury WLAN. Potrafią zobaczyć informacje przekazywane przez protokół 802.11 i mogą przekazać drugorzędne informacje o interferencjach (przykładowo zwiększone retransmisje oraz niska przepustowość). Niestety nie potrafią nazwać problemu interferencji, określać źródła interferencji lub pomóc w odnalezieniu fizycznej lokalizacji interferujących urządzeń.
Mit 7 - W paśmie 5GHz interferencje nie istnieją.
Informacja o mniejszej ilości interferujących urządzeń w paśmie 5GHz w stosunku do pasma 2.4GHz jest zgodna z prawdą. Z pewnością sytuacja zmieni się z upływem czasu. Niektóre urządzenia już wykorzystują pasmo 5GHz - bezprzewodowe telefony, radary, czujniki. Interferencje w paśmie 5GHz mogą nie stanowić problemu teraz, ale będą problemem w przyszłości.
Mit 8 - Nie mogę nic zrobić z odnalezionymi źródłami interferencji.
Najczęściej stosowanym rozwiązaniem zapobiegającym interferencjom jest wymiana lub usunięcie interferującego urządzenia. Przykładowo możemy wymienić starą kuchenkę mikrofalową lub bezprzewodowy zestaw słuchawkowy na inny model. W wielu przypadkach interferencje są tworzone przez użytkowników, przyłączających do sieci różne urządzenia bezprzewodowe, przykładowo kamery. Problem w ramach korporacji można rozwiązać stosując ograniczenia. Innym sposobem walki z interferencjami będzie zmiana lokalizacji punktu bezprzewodowego lub zmiana częstotliwości. Niektóre urządzenia "skaczą" po częstotliwościach (Bluetooth), więc nie zawsze istnieje możliwość uniknięcia interferencji przez zmianę kanału. Ostatecznym rozwiązaniem będzie przeniesienie lub usunięcie przeszkadzającego urządzenia. Jeżeli przeniesienie urządzenia nie jest możliwe, warto wykonać dodatkowe ekranowanie, ograniczające propagację źródła interferencji do małego obszaru.
Mit 9 - Prędkość niezbędna do transmisji głosu jest niska, więc wpływ interferencji na VoWLAN będzie minimalny.
Przy wykorzystaniu nowoczesnego kodowania głosu, prędkość transmisji pojedynczej rozmowy głosowej może wynosić 8 kb/s. Porównując do maksymalnej przepustowości sieci WiFi, wartość wydaje się trywialna i łatwo wnioskować, że punkt bezprzewodowy może przesyłać wiele jednoczesnych wywołań VoIP. Wiele innych czynników redukuje jednak liczbę możliwych do przeprowadzenia rozmów. Istnieje znaczny narzut protokołu VoIP, który zwiększa typowy strumień rozmowy nawet do 100 kb/s. Następnie nakładane są narzuty protokołów związanych z WiFi. Ruch głosowy jest bardzo wrażliwy na opóźnienia i ich zmienność. Wymaga jednocześnie dodatkowej przepustowości do zminimalizowania strat. Typowo producenci określają ilość rozmów możliwych do przeprowadzenia przez jeden AP na 15. Gdy pojawiają się interferencje, liczba ta znacznie się zmniejsza.
Podsumowując - nawet znikoma liczba interferujących urządzeń, poważnie wpływa na jakość głosu VoWLAN. Efektywny zasięg telefonu VoWLAN zmniejsza się o 50%, gdy interferujące urządzenie znajduje się w okolicach 50 metrów od punktu dostępowego.
Mit 10 - Systemy 801.11n doskonale radzą sobie z dowolnymi interferencjami.
Systemy wykorzystujące wiele anten mogą zwiększać niezależność od interferencji, przez wzmacnianie sygnału słyszanego przez odbiornik. Gdy sygnał jest mocniejszy, stosunek sygnału do interferencji także wypada lepiej. Efektywnie redukujemy w ten sposób powiązany z danym typem interferencji obszar działania. Wzmocnienie wprowadzane przez systemy inteligentnych anten może zredukować prawie dwukrotnie poziom zjawiska interferencji w stosunku do tradycyjnych anten. Problem jednak pozostaje.
Większość raportów wskazuje, że ponad 50% wszystkich problemów z sieciami Wi-Fi powstała w wyniku interferencji. Yankee Group w raporcie z kwietnia 2007 potwierdza, że interferencje są główną przyczyną wszystkich awarii Wi-Fi, a ich źródłem są czynniki naturalne (drzewa, budynki) oraz nienaturalne (kuchenki mikrofalowe, bezprzewodowe telefony). Interferencje to ważny problem dla środowiska WLAN, który może kosztować każde przedsiębiorstwo utratę znacznych środków. Specyficzna konfiguracja odpowiednich produktów korporacyjnych może ułatwić lub utrudnić walkę ze zjawiskiem. Wybór dostawcy sprzętu WLAN i odpowiedniego oprogramowania jest często krytycznym elementem poprawnie funkcjonującej sieci bezprzewodowej. Warto być świadomym problemów, które mogą się pojawić.
* * *
Artykuł powstał na podstawie materiałów IDG oraz Fluke Networks.
Zobacz w PPS: Sieci WLAN
AudioBot - odsłuchaj materiał
wydrukuj
wyślij do znajomego
