Channel utilization wifi что это

Поиск неисправностей в Wi-Fi сетях для их быстрого устранения

Для круглосуточной организации связи и предоставления бизнес-услуг в условиях современной цифровой экономики предприятия полагаются на сети Wi-Fi. Поэтому недоступность сети или недостаточная скорость передачи данных отрицательно влияют на эффективность и продуктивность работы всего предприятия. И это не единичная или случайная ситуация. Распространенность и важность беспроводных сетей можно оценить по работе людей в удаленных офисах или складских помещениях, или в любом другом месте, где нужно иметь надежную и бесперебойную связь. Деловой мир меняется, в том числе и за счет развития Интернета Вещей (IoT). Мир Интернета Вещей не возможен без повсеместного беспроводного доступа к сети. Медицинские мониторы в больницах, роботы и датчики на заводах, погрузчики и сканеры в логистических центрах – все это и подобное оборудование нуждается в надежных и производительных сетях Wi-Fi.

Предприятия розничной торговли, гостиничного бизнеса, здравоохранения, образования или любой другой отрасли просто обязаны использовать технологию Wi-Fi для привлечения внимания и улучшения взаимодействия с покупателями и клиентами. Доступность сети Wi-Fi может стать именно тем дифференцирующим фактором, по которому люди выбирают место, где потратить свое время и деньги. Использование специфических для бизнеса приложений с доступом через сеть Wi-Fi может привести к более длительным посещениям, увеличению числа покупок и повышению уровня продаж для магазина или ресторана, предоставляющего своим клиентам доступ к Wi-Fi.

При использовании бизнес-приложений и люди, и устройства зависят от сети Wi-Fi. Речь тут идет не только о разочаровании от того, что приложение не открывается или работает слишком медленно. Здесь нужно говорить о том, что не выполняется работа, не идут продажи или даже не обрабатывается информация, важная для спасения человеческих жизней. Управляющие сетями Wi-Fi ИТ-специалисты сталкиваются с обычными для этих сред проблемами. Радиочастотные (RF) помехи в совмещенных каналах, интерференция от соседних RF-каналов или от не сетевого электрооборудования, ошибки в настройке точек доступа — поиск и устранение подобных проблем в сети Wi-Fi представляет собой достаточно сложный процесс.

Даже с учетом существования потенциальных недостатков технологии Wi-Fi многие проблемы, о которых сообщается как о проблемах с Wi-Fi, на самом деле не относятся к самим сетям Wi-Fi. Проблемы, ошибочно принимаемые за неисправности Wi-Fi, могут возникать и в любой проводной сети от LAN и WAN, до приложения на сервере, в облаке или ЦОДе. Ожидание жалоб пользователей с последующим привлечением специалистов для обсуждения причин их появления не является лучшей стратегией. Быстрое обнаружение реальной проблемы, влияющей на пользователей и устройства, с последующим определением той части сложной сети, которая имеет неисправность, позволяет сократить время, когда услуга не предоставляется или всё работает слишком медленно.

Метод компании NETSCOUT позволяет ИТ-специалисту сосредоточиться на решении проблем, связанных непосредственно с Wi-Fi

Рис. 1. Метод компании NETSCOUT позволяет ИТ-специалисту сосредоточиться на решении проблем, связанных непосредственно с Wi-Fi.

Модель развертывания физического зонда nPoint 3000 для проведения тестирования через Wi-Fi и Ethernet

Рис. 2: Модель развертывания физического зонда nPoint 3000 для проведения тестирования через Wi-Fi и Ethernet

Метод NETSCOUT

Платформа обеспечения качества услуг NETSCOUT® Service Assurance обеспечивает четкое представление о производительности службы во всей ИТ-среде с точки зрения сети, приложения и пользователя. Тот же подход используется при мониторинге доступности бизнес-услуг и тестировании производительности соединения Wi-Fi.

Решения NETSCOUT

Сервер NETSCOUT nGeniusPULSE® — это постоянно включенное и автоматизированное решение, использующее синтетическое тестирование для мониторинга доступности и производительности бизнес-услуг. Обеспечивая круглосуточный мониторинг критически важных приложений и служб из любой точки предприятия, сервер nGeniusPULSE делает прозрачной всю сеть без исключения, при этом сопоставляя предоставление услуг с состоянием поддерживающей инфраструктуры. Благодаря развертыванию подходящих для различных сценариев устройств nPoint тестирование можно выполнять из упомянутых выше мест или отовсюду, где людям необходимо получать доступ к услугам.

Зонд nPoint 3000 поддерживает расширенное тестирование служб, подключаясь к ним по Wi-Fi и Ethernet, что дает ИТ-специалистам возможность сравнивать результаты для локализации неисправностей и определения возможного влияния сети Wi-Fi на работу службы. Тесты также позволяют измерять разницу в задержке при передаче по Wi-Fi и Ethernet для одного и того же устройства nPoint 3000. Подобные тесты помогают понять причину возникновения проблемы и определить место её возникновения – сеть Wi-Fi, само клиентское устройство или проводная сеть.

Если тесты выявляют проблему с сетью Wi-Fi, сервер nGeniusPULSE можно использовать и для дальнейшей диагностики и локализации неисправности. При этом для сбора таких показателей точки доступа, как использование канала (Channel Utilization), частота повторных попыток передачи (Retry Rate) и частота ошибок фреймов (Error Frame Rate), используется мониторинг беспроводной инфраструктуры. Подобные ключевые показатели эффективности позволяют пролить свет на такие общие проблемы, как помехи в совмещенных каналах и радиочастотные помехи. Локализация проблемы до конкретной точки доступа сети Wi-Fi позволяет быстро ее устранить и восстановить предоставление услуг.

Польза для предприятий

Для любой организации, предоставляющей доступ в сеть Wi-Fi сотрудникам, клиентам или устройствам IoT, разработанный компанией NETSCOUT сервер nGeniusPULSE предоставляет прозрачность, необходимую для оценки потребностей в информационных технологиях. Он позволяет гарантировать доступность и производительность критически важных бизнес-услуг при подключении к Wi-Fi сети. Сервер nGeniusPULSE значительно облегчает устранение проблем с сетью Wi-Fi и дает ИТ-специалистам возможности, которые необходимы для:

Повышения удобства использования сети Wi-Fi за счет обнаружения проблем по ключевым показателям работы конкретных служб и приложений.
Проактивного устранения проблем до того, как они затронут пользователей. Тестирование зондами выполняется круглосуточно, даже если в системе никого нет.
Повышения производительности работы ИТ-специалистов отвечающих за Wi-Fi, за счет более раннего обнаружения и локализации проблем с сетью, которые влияют непосредственно на пользователя.
Уменьшения среднего времени восстановления после сбоев и упрощения устранения неисправностей в Wi-Fi за счет быстрого определения первопричины.

Появились вопросы или нужна консультация? Обращайтесь!

Антон Кочуков

Вечный параноик, Антон Кочуков.

Wi-Fi CERTIFIED 6

Wi-Fi CERTIFIED 6 provides the foundation for a host of current and emerging uses from streaming ultra high-definition movies, to mission-critical business applications requiring high bandwidth and low latency, to staying connected and productive while traversing large, congested networks in airports and train stations.

Wi-Fi 6E extends Wi-Fi CERTIFIED 6 into 6 GHz

Wi-Fi operation in the 6 GHz frequency band enables Wi-Fi to continue delivering positive experiences for the most bandwidth intensive applications. Wi-Fi 6E certification as part of Wi-Fi CERTIFIED 6 offers the features and capabilities of Wi-Fi 6, extended to the 6 GHz band. Several nations around the globe are making the 6 GHz band available for unlicensed use, and Wi-Fi CERTIFIED 6 provides worldwide interoperability certification for devices in these markets.

Wi-Fi 6E can utilize up to 14 additional 80 MHz channels or seven additional superwide 160 MHz channels in 6 GHz for applications such as high-definition video streaming and virtual reality. Wi-Fi 6E devices leverage these wider channels and additional capacity to deliver greater network performance and support more Wi-Fi users at once, even in very dense and congested environments. Wi-Fi 6E will bring greater technology advancements in Wi-Fi that will introduce new use cases, such as unified communications, cloud computing, and telepresence, and accelerate the next generation connectivity with 5G networks.

Wi-Fi 6E and incumbent devices

Wi-Fi Alliance seeks global harmonization of 6 GHz spectrum to ensure the performance of Wi-Fi devices in 6 GHz spectrum all over the world. To accomplish this goal, it is important that Wi-Fi and incumbent devices utilizing the 6 GHz band can successfully coexist.

Wi-Fi Alliance is leading the development of specifications, test plans, and training modules to enable the implementation of 6 GHz standard power devices under the control of the AFC system, ensuring that standard power Wi-Fi devices operate in 6 GHz spectrum under favorable conditions, avoiding interference with incumbent devices. In the U.S., the Federal Communications Commission (FCC) requires that unlicensed devices in standard power in the 6 GHz spectrum band are controlled by an Automated Frequency Coordination (AFC) system to protect incumbent operations. To achieve this, Wi-Fi Alliance added testing protocols to Wi-Fi CERTIFIED 6 to support the regulatory authorization process of 6 GHz standard power devices pursuant to recently published FCC guidance. The release of this new testing allows product vendors and service providers to verify that 6 GHz standard power devices meet the technical requirements of the FCC rules pertaining to operations under the control of the AFC system to more efficiently complete their regulatory testing.

Certification for Wi-Fi 6E devices, as part of Wi-Fi CERTIFIED 6, helps ensure products meet high standards for interoperability, security, and a range of application-specific protocols, and also promotes worldwide innovation and a diverse 6 GHz ecosystem. With the new standard power device testing capability, members can leverage nine Wi-Fi Alliance accredited Authorized Test Laboratories (ATL) – that are also FCC-recognized accredited test labs – to efficiently complete regulatory testing of their 6 GHz standard power devices and ensure their devices meet high Wi-Fi CERTIFIED™ standards.

Innovation and performance in challenging environments

The ubiquity of Wi-Fi and its ability to complement other wireless technologies helps bring the promise of connecting everyone and everything, everywhere, closer to reality. Wi-Fi popularity has also created very diverse and densely populated Wi-Fi conditions, requiring technological advances to meet the needs of users. Wi-Fi CERTIFIED 6 delivers improvements and new features that enable Wi-Fi devices to operate efficiently in the most dense and dynamic connectivity settings.

Orthogonal frequency division multiple access (OFDMA) effectively shares channels to increase network efficiency and lower latency for both uplink and downlink traffic in high demand environments
Multi-user multiple input, multiple output (multi-user MIMO) allows more data to be transferred at one time, enabling access points (APs) to concurrently handle more devices
160 MHz channel utilization capability increases bandwidth to deliver greater performance with low latency
Target wake time (TWT) significantly improves network efficiency and device battery life, including IoT devices
1024 quadrature amplitude modulation mode (1024-QAM) increases throughput for emerging, bandwidth intensive uses by encoding more data in the same amount of spectrum
Transmit beamforming enables higher data rates at a given range to increase network capacity

Wi-Fi CERTIFIED 6 devices bring enhanced performance to emerging applications such as virtual and augmented reality used in e-Learning, telepresence, and healthcare. Wi-Fi CERTIFIED 6 also provides carriers and public Wi-Fi operators with more capabilities to support advanced connectivity in retail, stadiums, and transportation hubs, including a growing array of location-based applications and services.

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КАНАЛА И МЕТОД ОПТИМИЗАЦИИ ЧИСЛА КАДРОВ В БЛОКЕ A-MSDU ДЛЯ СЕТИ IEEE 802.11AC Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

БЕСПРОВОДНАЯ СЕТЬ ДОСТУПА / IEEE 802.11AC / АГРЕГИРОВАНИЕ КАДРОВ / A-MSDU / ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КАНАЛА / СХЕМА МОДУЛЯЦИИ И КОДИРОВАНИЯ / ВРЕМЯ ПЕРЕДАЧИ КАДРА / WIRELESS ACCESS NETWORK / FRAME AGGREGATION / CHANNEL UTILIZATION EFFICIENCY / MODULATION AND CODING SCHEME / FRAME TRANSMISSION TIME

Аннотация научной статьи по компьютерным и информационным наукам, автор научной работы — Викулов Антон Сергеевич, Парамонов Александр Иванович

В данной статье проведён обзор существующих методов агрегирования кадров и рассмотрено влияние механизма агрегирования кадров A-MSDU на эффективность функционирования ячейки сети для стандарта IEEE 802.11. Предложена модель данного механизма, связывающая его основные параметры с условиями применения. Получена аналитическая модель для зависимости вероятности успешного приёма кодового слова от вероятности битовой ошибки. Также получена аналитическая модель зависимости эффективности использования канала от числа кадров в блоке A-MSDU и вероятности битовой ошибки для стандарта IEEE 802.11ac. Предложенные аналитические модели могут быть использованы для оценки эффективности сети в задачах проектирования новых и анализа работы существующих беспроводных локальных вычислительных сетей (БЛВС). Предложен метод определения оптимального числа кадров в блоке A-MSDU с точки зрения максимальной эффективности использования канального ресурса.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

THE EFFICIENCY OF CHANNEL UTILIZATION AND OPTIMIZATION METHOD OF FRAME COUNT IN A-MSDU UNIT FOR IEEE 802.11AC NETWORK

Frame aggregation in today’s Wi-Fi networks, i.e. their transmission by blocks, has become one of the main mechanisms aimed at improving channel resource efficiency. Currently, this is especially important in view of the expected new addition to IEEE 802.11ax standard for improving efficiency. This article gives an overview of the existing methods of frame aggregation and it demonstrates that various frame aggregation methods are suitable for solving the problem from the standpoint of reducing the technological overhead costs from different positions. A-MSDU frame aggregation procedure effect on the efficiency of the network element for IEEE 802.11ac standard is examined and the model of this procedure is proposed, which connects its main parameters with the application conditions. The analytical model is obtained within the framework of this problem for the dependence of the codeword successful reception probability on the bit error probability, which in turn enabled to estimate the successful reception probability of both a single frame and a frame unit. The assessment problem of using the channel resource in view of the aggregation procedure is examined considering the data channel utilization efficiency as a relation between the actual useful data transmission rate to the nominal modulation and coding rate defined via MCS index value. The analytical model is obtained by solving the optimization problem that is finding the conditions under which the maximum efficiency of the channel datalink level is achieved and that makes it possible to assess the optimal frame count in A-MSDU unit for the known bit error probability and the traffic nature. The problem solution has a significant practical value, since the proposed analytical models can be used to assess the network efficiency for the engineering new networks and analysis of the existing WLANs.

Текст научной работы на тему «ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КАНАЛА И МЕТОД ОПТИМИЗАЦИИ ЧИСЛА КАДРОВ В БЛОКЕ A-MSDU ДЛЯ СЕТИ IEEE 802.11AC»

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КАНАЛА И МЕТОД ОПТИМИЗАЦИИ ЧИСЛА КАДРОВ

В БЛОКЕ A-MSDU ДЛЯ СЕТИ IEEE 802.11ac Викулов Антон Сергеевич

аспирант кафедры сетей связи и передачи данных Санкт-Петербургского государственного

университета телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича.

Парамонов Александр Иванович

доктор технических наук, профессор кафедры сетей связи и передачи данных Санкт-Петербургского государственного университета телекоммуникаций

им. проф. М.А. Бонч-Бруевича. E-mail: alex-in-spb@yandex.ru.

Адрес: 193232, г. Санкт-Петербург, пр. Большевиков, 22/1.

Аннотация: В данной статье проведён обзор существующих методов агрегирования кадров и рассмотрено влияние механизма агрегирования кадров A-MSDU на эффективность функционирования ячейки сети для стандарта IEEE 802.11. Предложена модель данного механизма, связывающая его основные параметры с условиями применения. Получена аналитическая модель для зависимости вероятности успешного приёма кодового слова от вероятности битовой ошибки. Также получена аналитическая модель зависимости эффективности использования канала от числа кадров в блоке A-MSDU и вероятности битовой ошибки для стандарта IEEE 802.11ac. Предложенные аналитические модели могут быть использованы для оценки эффективности сети в задачах проектирования новых и анализа работы существующих беспроводных локальных вычислительных сетей (БЛВС). Предложен метод определения оптимального числа кадров в блоке A-MSDU с точки зрения максимальной эффективности использования канального ресурса.

Ключевые слова: беспроводная сеть доступа, IEEE 802.11ac, агрегирование кадров, A-MSDU, эффективность использования канала, схема модуляции и кодирования, время передачи кадра.

Одной из основных целей нововведений в группе стандартов IEEE 802.11 является повышение скорости передачи данных и эффективности использования радиоресурсов для повышения качества оказания услуг связи. Под эффективностью использования канала передачи данных будем понимать отношение фактически имевшей место скорости передачи полезных данных к номинальной скорости модуляции и кодирования.

В сетях Wi-Fi ключевым ресурсом является время занятия среды распространения, в течение которого все клиенты, проассоциирован-ные с точкой доступа (ТД), по очереди осуществляют передачу. Однако, ввиду ощутимых накладных расходов на передачу, кадры не передаются поодиночке. Вместо этого используются различные механизмы агрегирования кадров с целью повышения эффективности

использования радиочастотного ресурса. Ниже будет рассмотрен механизм агрегирования кадров A-MSDU для версии стандарта IEEE 802.11-2016 [1].

Стандарт предполагает три механизма агрегирования кадров. Сверху вниз по модели OSI: A-MSDU, A-MPDU и A-PPDU. Последний применяется только в сетях дополнения 802.11ad (DMG-сети) и здесь рассматриваться не будет. Что касается различий между A-MPDU и A-MSDU в дополнениях 802.11n и 802.11ac, то рассмотрим их более детально.

Пакет, переданный с уровня L3 на уровень MAC, попадает на подуровень MAC-LLC (logical link control layer) или upper MAC. Иначе это называется MAC service access point (MAC-SAP). Рассматриваемый в таком ключе кадр (MAC service data unit — MSDU) — это единица передачи, используемая на MAC-уровне, при приёме с вышестоящего

MAC Header I MSDU subframe . MSDU subframe I A-MSDU

MPDU delimiter MPDU Padding

PHY Header 1 мрпи cnhfrar

Рис. 1. Принятые в IEEE 802.11n/ac механизмы агрегирования кадров на канальном уровне

уровня. В результате агрегирования MSDU напрямую на MAC-уровне, конструируются блоки Aggregated MSDU (A-MSDU) [2]. A-MSDU передаются на нижележащий физический уровень (PHY-уровень), где они обрабатываются как MPDU. Каждый A-MSDU содержит общий заголовок для нескольких кадров MSDU, которые назначены одному клиенту и относятся к одному классу сервиса 802.11e. Каждый MSDU (кроме последнего) при агрегировании дополняется до размера кратного 4 байтам.

В дополнении стандарта 802.11n размер A-MSDU был ограничен 3839 или 7935 байт, в зависимости от соответствующего значения таблицы HT Capability Information [1]. В дополнении стандарта 802.11ac размер A-MSDU ограничен максимальным размером MPDU, равным 11454 байта. Число MSDU внутри A-MSDU может быть равным 8, 16, 32 или не иметь ограничений в зависимости от соответствующего значения таблицы Extended Capabilities Element [1].

Основная цель этого режима агрегирования состоит в том, что, поскольку для подавляющего большинства клиентов ethernet является исходным форматом кадров, представляется удобным объединять в рамках одной передачи несколько кадров, адресованных одному клиенту, для формирования одного A-MSDU. Т.е. оптимизируются накладные расходы на заголовки канального уровня, которые для од-

ного клиента идентичны для большого числа кадров.

Дополнением к данному механизму в стандарте, начиная с расширения стандарта IEEE 802.11n, является более низкоуровневый, относительно предыдущего, механизм агрегирования A-MPDU. Оба механизма с точки зрения канального уровня приведены на рис. 1.

MAC Protocol Data Unit (MPDU) — это блоки данных, переданные с MAC-уровня на уровень PHY. В дополнении стандарта 802.11n размер MPDU ограничен значением в 4095 байт. В дополнении стандарта 802.11ac размер MPDU может быть ограничен значениями 3895, 7991 и 11454 байт в зависимости от соответствующего значения таблицы VHT Capability Information. Aggregated MPDU (A-MPDU) [1] — это агрегированные MPDU, объединённые в один блок физического уровня (physical protocol data unit — PPDU). Все кадры имеют общий PLCP-заголовок и преамбулу. Кадр A-MPDU структурно состоит из нескольких субкадров A-MPDU, каждый из которых включает в себя кадр MPDU delimiter и опционально — кадр MPDU.

В дополнении стандарта 802.11n размер A-MPDU ограничен в зависимости от соответствующего значения поля A-MPDU Parameters и может составлять максимально 65535 байт. В дополнении стандарта 802.11ac размер A-MPDU ограничен в зависимости от соответствующего значения поля Maximum A-MPDU Length exponent из таблицы VHT Capability Information [1] и может составлять максимально 1048575 байт.

A-MPDU, или (в терминах физического уровня) — PSDU (PHY Service Data Unit), передаётся внутри PPDU (PLCP Protocol Data Unit). Поэтому наибольший размер PPDU для 802.11n равен 65535 байт, а для 802.11ac — 4692480 байт. Стандарт запрещает передавать PPDU с длительностью передачи более 10 мс для 802.11n и более 5484 мкс для

802.11ac. Дополнительно на длительность A-MPDU могут быть наложены ограничения длительности в соответствии с требуемой AC (access category) 802.11e.

Стандарт IEEE 802.11n предполагает использование A-MPDU и A-MSDU совместно или по отдельности [1]. Стандарт IEEE 802.11ac всегда использует A-MPDU, даже если нужно передать только один MPDU. Иными словами, агрегирование кадров по механизму A-MSDU является в актуальном стандарте опциональным.

Основным недостатком механизма A-MSDU является тот факт, что вся последовательность кадров становится, по сути, одним элементом данных (PDU) и таким образом имеет только одну CRC-проверку. Поскольку с увеличением размера кадра увеличивается вероятность ошибки, а повторная передача части A-MSDU последовательности невозможна, то результатом ошибки является повторная передача всего агрегированного блока на более низких скоростях, что минимизирует преимущества агрегирования. A-MPDU, в свою очередь, состоит из нескольких PDU, каждый со своим CRC. Следовательно, в случае ошибки, PDU могут быть повторно переданы по отдельности, тем самым повышая общую эффективность. Однако, выигрыш в производительности несёт «накладные расходы» в виде дополнительного MAC-заголовка для каждого субкадра.

Иными словами, в механизмах A-MPDU и A-MSDU уменьшаются различные накладные расходы. A-MSDU уменьшает накладные расходы на MAC-заголовки в условиях хорошего качества канала связи. В противном случае увеличение доли ошибок в канале выливается в увеличение числа повторов целых блоков A-MSDU. С другой стороны A-MPDU не уменьшает накладные расходы канального уровня. Вместо этого он снижает накладные расходы CSMA/CA — IFS, ACK, DIFS и back-off. Поскольку MPDU внутри A-MPDU остаются независимыми, ошибки при передаче

влияют только на конкретные MPDU. В итоге, в дополнении стандарта 802.11n выбор между A-MPDU и A-MSDU представляет собой баланс между вероятностью ошибки и ценой повторной передачи в A-MSDU с одной стороны, и накладных расходов на заголовки MAC в A-MPDU с другой. В большинстве реальных систем последнее является более важным, и потому большая часть реальных устройств стандарта IEEE 802.11n применяет A-MPDU [3].

Основополагающей работой по моделированию канального уровня IEEE 802.11 является исследование [4]. В исследованиях [5-6] рассматривались вопросы выбора режима передачи для сетей IEEE 802.11. В работе [7] убедительно показаны недостатки механизма A-MSDU с позиции общей пропускной способности беспроводных локальных вычислительных сетей (БЛВС) как с позиций идеальных условий, так и в случае возможных ошибок передачи. В результате для стандарта 802.11n были получены зависимости пропускной способности от числа кадров в агрегированном блоке, размера кадров и PER (Packet error rate). При этом достаточно убедительно было показано, что режим агрегирования A-MPDU полезно применять во всех случаях, а агрегирование A-MSDU полезно только в случае достаточно низкой доли ошибок приёма/передачи. Данная тема была развита в нескольких работах, например [8], где применён тот же подход с рядом особенностей. Например, в [9] рассматривается гибридная работа механизмов агрегирования кадров, а в [10] изучается работа для multicast трафика в сетях IEEE 802.11n. Симуляция механизмов агрегирования кадров для сетей 802.11n рассмотрена в частности в работах [11] и [12], причём в последней изучено влияние различного числа станций, участвующих в работе сети.

В конечном итоге, логичным развитием этих идей в дополнении стандарта 802.11ac стало использование механизма A-MPDU во всех случаях (даже для передачи одного кадра). При этом механизм A-MSDU остаётся оп-

циональным, в зависимости от условий работы. Недостающим звеном во всех названных работах является с одной стороны слабое внимание последней ревизии стандарта, а с другой — недостаточное внимание к природе трафика.

Цель данной работы — построение модели режима агрегирования A-MSDU в зависимости от состояния канала передачи, а также оценка пределов применимости этого механизма для дополнения стандарта 802.11ac с одновременным поиском оптимального режима его работы в зависимости от размера кадров и их числа в блоке A-MSDU.

Рассмотрим эффективность использования ресурса радиочастотного канала с позиции режимов агрегирования кадров. Сначала рассмотрим идеальный случай для механизма A-MSDU и UDP-трафика. Стандарт [1] определяет время передачи кадра с данными в зависимости от размера кадра LMSDU и режима работы следующим образом:

А PHY — PREAMBLES А SYML

где Tphy-preambles — общая длительность передачи преамбул физического уровня; NDBPS — число бит полезной нагрузки на OFDM символ; TSYMS и TSYML — длительности передачи одного символа соответственно при коротком и длинном защитном интервале; NService — размер поля «Service», составляющий 16 бит.

Время передачи блока A-MSDU составляет: T = T + T +

А A-MSDU А PHY — PREAMBLES MAC ~ +K ‘ (TA-MSDU-Header + TMSDU ) + TSIFS + TACK , (2)

где K — число кадров с полезной нагрузкой; TSIFS — длительность короткого межкадрового интервала, равного 16 мкс для VHT канала; TMSDU — время передачи отдельного кадра; 112 бит

дачи A-MSDU заголовка длиной 112 бит;

TACK = >wri/i>—длительность передачи ACK

кадра длинои 112 бит; Тшс —дли-

тельность передачи МАС-заголовка длиноИ 272 бита.

Под будем понимать скорость пе-

редачи данных в Мбит/с, задаваемую индексом MCS, т.е. скорость кодирования и модуляции. При этом время передачи отдельного кадра MSDU для одного пространственного потока составляет:

T = T • AMSDU SYML T ± SYMS 8 • LMSDU + NService

T A SYML N _ DBPS _

Считая, что все кадры с полезными данными имеют одинаковыи размер, определим общую пропускную способность как:

TDIFS + TBO + TA-MSDU

где TBO — средний back-off интервал; TDIFS — длинный межкадровый интервал, равный 34 мкс для VHT канала. Объединяя (2) и (4), определим эффективность использования радиоканала в идеальных условиях следующим образом:

Ta-msdu + Tbo + DIFS PHYRate

Теперь рассмотрим случай для канала, имеющего определённую вероятность битовой ошибки. Обозначим как pBIT — вероятность ошибочного приёма одного бита (или иначе, Bit error rate — BER) и будем считать эту вероятность постоянной.

Читать:

Как пользоваться админкой

Чтобы кадр был отброшен приёмником как принятый с ошибкой, достаточно одного ошибочного кодового слова LDPC, содержащего число фактически передаваемых бит равное CWsize. Вероятность ошибочного приёма кодового слова определяется скоростью кодирования, задаваемой выбранным индексом MCS. Стандарт предусматривает три варианта для размера кодового слова: 648, 1296 и 1944 бита

с различным объёмом полезной передаваемой информации в зависимости от выбранной скорости кодирования. Число кодовых слов ЫСцт, необходимых для передачи одного кадра с данными размером LмSDU (байт), определяется в соответствии с [1] следующим образом. Число кодовых слов равно единице для N не более 1944, равно двум для 1944 < N < 2592 , и, наконец,

i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

^ 1944 • Rate для Na более 2592.

При этом, число доступных бит в минимальном числе OFDM символов Na определяется как:

где NCBPS — число кодированных бит на OFDM символ. При этом согласно [1], размер кодового слова CWsize выбирается следующим образом:

648 C1; CW = J1296 C 2; (8)

где условия C1, C2 и C3 определяются как: C1 = (Na < 648) л

л(Na > 8Lmsdu +16 +1464(1 -R));

Рассматривая формулы (6-13) совместно, получаем число и размер кодовых слов для заданной скорости кодирования R, определяемой индексом MCS, и заданного размера кадра

Ввиду того, что вероятность пропуска ошибки передачи вышестоящим механизмом MAC-уровня (CRC-32) крайне мала и составляет 0,532 = 2,3 • 10-10, а также, поскольку на уровне MAC коррекция ошибки не осуществляется, будем считать, что вероятности ошибки приёма отдельного кадра на канальном и физическом уровнях равны. Иными словами, не будем отдельно рассматривать случай пропуска ошибки в кодовом слове LDPC.

Минимальное кодовое расстояние d — это минимальное количество искажённых символов, необходимых для перехода между разрешёнными комбинациями в пределах кодового слова. Код может исправлять до t ошибок, если d не менее чем 2t + 1. Тогда успешно принятым кодовым словом будет являться кодовое слово, где число битовых ошибок не превыша-

В работе [13] приведены оценки минимального кодового расстояния для LDPC кода, применённого в стандарте IEEE 802.11n и (как следствие) 802.11ac. См. таблицу 1.

Поскольку вероятность битовой ошибки pBIT — величина постоянная, вероятность успешного приёма одного бита будет составлять q = 1 — pBIT. Тогда, согласно теореме Бернулли, вероятность успешного приёма кодового слова PCW общим размером CWsize бит определяется как сумма вероятностей успешного приёма

Таблица 1. Минимальное кодовое расстояние d и предельное число t битовых ошибок в кодовом слове для LDPC кода.

Скорость кодирования R Фактический размер кодового слова LDPC СШ^ , бит

Почему Wi-Fi не будет работать, как планировалось, и зачем знать, каким телефоном пользуется сотрудник

Поговорим о том, что реально влияет на скорость передачи данных в современных беспроводных сетях, развенчаем пару мифов и ответим, пора ли поменять свой старенький роутер на сверкающего рогатого пришельца с MU-MIMO на борту.

Для разминки — небольшая задачка. Представьте себе беспроводную сеть Wi-Fi, состоящую из точки доступа (AP) и двух одинаковых клиентских устройств (STA1 и STA2).

Читаем надписи на коробках:
AP: 1733,3 Мбит/c
STA1, STA2: 866,7 Мбит/c

Внимание, вопрос. Оба клиента одновременно начинают загружать с сервера большой файл. На какую пропускную способность может рассчитывать каждое из устройств?

Сразу оговоримся — для простоты и наглядности мы будем называть пропускную способность (канальную скорость) просто скоростью. Да, скорость работы протоколов транспортного уровня может оказаться в два раза ниже, чем наша скорость, но вы и так всё это знаете. Сейчас о другом.

Наша задачка призвана напомнить о главном ограничении беспроводных сетей.
Общая среда передачи (shared medium) подразумевает, что в единицу времени вещать должно только одно устройство.

Это обстоятельство приводит нас к контринтуитивному ответу: несмотря на то, что точка доступа способна поддерживать 1733,3 Мбит/c, каждое из устройств будет работать, в среднем, на скорости 433,3 Мбит/c.

Куда делись оставшиеся 866,7 Мбит/c? Давайте разбираться.

Для описания принципов работы беспроводных сетей удобно использовать метрику Airtime Utilization. Она показывает, какую часть времени эфир занят передачей данных.

Теперь — внимание! Для того, чтобы развить заявленные 1733,3 Мбит/c, устройство должно единолично занимать эфир все 100% времени. При этом второе устройство (принимающее) должно также поддерживать данную скорость.

Ещё раз подчеркнём — связь между устройствами, поддерживающими разные скорости, осуществляется на скорости наименее быстрого из пары.

Всё становится грустнее, если максимум устройства, например, 72,2 Мбит/c. Занять придётся те же самые 100% эфира, но результат уже совсем не впечатляющий.

К слову, 72,2 Мбит/c — скорость не случайная. Большинство современных смартфонов на большее могут не рассчитывать, но об этом позже.

Теперь вернёмся к STA1 и STA2. По условиям они начали загружать файл на сервер одновременно. Мы помним, что в единицу времени вещать может только одно устройство.
Координирует передачу в сети Wi-Fi механизм CSMA/CA — Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance. Если вкратце, его задача — последовательно дать право голоса всем устройствам, при этом, по возможности, не допустив одновременной передачи от двух и более устройств (коллизии).

Можете почитать википедию, если хотите подробностей.
А лучше — это. Или — вот, если настроены совсем серьёзно.

Причём тут Airtime Utilization? А при том, что в итоге работы CSMA/CA для данного случая каждое из двух готовых к передаче клиентских устройств получит под свои нужды примерно половину эфирного времени — или 50% Airtime.

100% Airtime — 866,7 Мбит/c;
50% Airtime — 433,3 Мбит/c на каждое из устройств.

Эта картина не поменяется, даже если точка доступа будет поддерживать все 6933,3 Мбит/c. Связь между AP и STA всегда ограничена скоростью наименее быстрого из устройств.

Можете из любопытства слегка поиграться с условиями задачи:
Изменим скорость для STA2 — 72,2 Мбит/c;
Добавим STA3, скорость — 72,2 Мбит/c.
Что осталось от заявленных 1733,3 Мбит/c?

Важное уточнение №1

Справедливости ради добавим, что данные расчёты верны при включении на БС функционала Airtime Fairness, без него всё было бы гораздо хуже — медленные клиентские устройства привели бы к максимально неэффективному распределению Airtime. Хорошо, что технологию внедрили практически все уважающие себя вендоры.

Но и тут есть нюанс: Airtime Fairness работает только в Downlink (от AP к STA). В Uplink по-прежнему царит анархия.

Важное уточнение №2

В реальной сети из-за загруженности эфира, коллизий и особенностей работы протокола максимально достижимый уровень Airtime Utilization находится в пределах от 70% до 80%.
Соответствующим образом поменяется и рассчитанная нами скорость.

К чему столь долгая прелюдия? Знайте, какие клиентские устройства используются на вашей сети. Их влияние на производительность в условиях общей среды передачи данных критически недооценено. Далее будем разбираться — насколько.

Часть 1 — Во всём виноваты клиенты

Или клиентские устройства, если угодно. Чем же они провинились и что, собственно, отличает их от точек доступа?

Всё просто. Чаще всего клиенты — компактные, автономные и мобильные. Из этого вытекают все проблемы.

Стильный металлический корпус толщиной 7 мм? Для размещения 4-х радиотрактов MIMO лучше не придумаешь.

Многопоточная передача данных и широкие каналы слишком энергозатратны? Ничего, пусть заряжают устройства несколько раз в день.

Клиенты постоянно перемещаются? Ерунда — выкрутим мощность на точках на максимум.

В подобных условиях разработчики вынуждены идти на компромиссы.

Помните могучую точку доступа (1733 Мбит/c) из вступления к статье? Давайте пойдём ещё дальше. Стандарт 802.11ac позволяет нам разогнаться до внушительных 6933 Мбит/c.

Условия для этого следующие:

5 ГГц;
8 пространственных потоков (MIMO 8×8:8);
160 МГц — ширина канала;
256QAM — модуляция.

Для наглядности проведём мысленный эксперимент: подключим к нашей абстрактной точке вполне конкретный смартфон — iPhone 8. Посмотрим, на что он способен.

2,4 ГГц vs 5 ГГц

Многолетние наблюдения подтверждают — устройств, работающих в «пятёрке», всё больше. И это прекрасно.

Единственное достоинство 2,4 ГГц — меньшее затухание — на сегодняшний день превратилось едва ли не в недостаток.

При проектировании плотных сетей одна из задач — борьба с интерференцией. Боремся, в том числе, за счёт изоляции зон покрытия AP друг от друга. В ход идут стены, занижается мощность на передатчике, и «дальнобойность» двойки здесь явно лишняя.

Так или иначе — будущее Wi-Fi за «пятёркой», если не рассматривать уж совсем узкие кейсы.
Статистика, тем не менее, не даёт однозначно достоверных данных по распределению устройств — слишком много переменных (страна, регион, локация, мероприятие и другие).

Пожалуй, на сегодняшний день можно осторожно говорить, что в России мы достигли соотношения 50/50 по поддержке в клиентских устройствах диапазона 5 ГГц.

Как будет в вашей сети — другой вопрос.
Наш воображаемый iPhone 8, кстати, «пятёрку» поддерживает, ну и хорошо.

MIMO

Возможность одновременно передавать несколько потоков данных в едином частотном канале появилась ещё в 802.11n. Однако, воз и ныне там:

MIMO 8×8:8 клиенты пока не поддерживают. Совсем;
Практически полное отсутствие клиентских устройств с MIMO 4×4:4 — смотри комментарий ниже;
Топовые ноутбуки, поддерживающие MIMO 3×3:3;
Топовые смартфоны и планшеты, поддерживающие MIMO 2×2:2;
Абсолютное большинство устройств — SISO 1×1:1.

MIMO, SISO — что это, вообще, такое? И что за цифры?

SISO (Single Input Single Output) — устройства с одним входным и одним выходным трактами. С них всё начиналось.

MIMO (Multiple Input Multiple Output) — соответственно, множественные входные и выходные каскады. Благодаря MIMO, появилась возможность передавать в одном частотном канале несколько полезных сигналов.

MIMO 4×4:4 значит [4 передающих тракта]x[4 приёмных тракта]:[4 пространственных потока].
MIMO 4×4:3 — бывает.
MIMO 3×3:4 — не бывает.

Точка доступа с MIMO 4×4:4 позволяет, по сути, увеличить скорость передачи данных в 4 раза. Разумеется, если оба устройства (ТД и клиент) обладают равными способностями.

Клиентские устройства с MIMO 4×4:4 начали появляться на рынке совсем недавно. В основном это выделенные адаптеры Wi-Fi, но недавно нас ошарашил Samsung, заявив в описании к своему новому Galaxy Note 9 — MIMO 4×4. Очень некстати, ведь мы хотели написать, что мобильных устройств с подобными характеристиками на рынке пока нет.

В связи с этим — конкурс.

Условия

Нам нужен Association Request от Galaxy Note 9 (или любого другого смартфона), подтверждающий поддержку передачи четырёх пространственных потоков. Первый приславший на wireless@comptek.ru PCAP-файл, содержащий указанный фрейм, получит отличный подарок от CompTek.

Важное условие — снять трафик нужно самостоятельно. Можем попросить фото устройства 🙂

Как говорят — исключения подтверждают правило.

Устройств с MIMO 4×4:4 — практически нет. MIMO 3×3:3 — удел редких Macbook Pro. MIMO 2×2:2 — в топовых смартфонах и планшетах. Статистическое большинство — устройства, не поддерживающие MIMO.

Мы не будем как большинство. Наш iPhone 8 — топовый смартфон, поддерживающий передачу аж двух пространственных потоков.

Откуда мы это узнали — важный вопрос. Расскажем в последней части статьи.

Как мы помним, связь между устройствами, поддерживающими разные скорости, осуществляется на скорости наименее быстрого из пары.

Вжух — и осталось 1733,3 Мбит/c. Грустно. Но весело — это ведь почти два гигабита!

Математика

В случае с пространственными потоками (Spatial Streams) всё просто.
Их число — это множитель.
Берём базовую скорость для SISO (с учётом ширины канала) и умножаем на число пространственных потоков (SS).
6933 ~ 866.7×8 (SS=8)
1733.3 ~ 866.7×2 (SS=2)

Если лень считать — просто воспользуйтесь таблицей.

Ширина канала

802.11ac позволяет нам использовать каналы шириной в 160 МГц.
Пожалуйста, не делайте этого.

Более того, каналы в 80 МГц также категорически не рекомендованы к использованию.

Ещё раз:

Всё дело в том, что, расширяя полосу, мы, по сути, распахиваем ворота для интерференции всех мастей — портим эфир и себе, и соседям.

Мы не будем подробно разбирать, почему так происходит — это тянет на отдельную статью, однако можете самостоятельно ознакомиться с рекомендациями и Best practice guides ведущих вендоров — только 20 МГц, за редкими исключениями.

40 МГц допускается только в “пятёрке”, в случае, если плотность клиентов и обстановка в эфире позволяет.

Но мы ведь оптимисты — будем считать, что наша сеть именно такая.
Итак, от 1733,3 Мбит/c остаётся 400 Мбит/c — для канал шириной 40 МГц.

Математика

С шириной канала немного интереснее. Множители следующие:
×2.1 (40 МГц)
×4.5 (80 МГц)
×9.0 (160 МГц)

За базовую скорость можете взять 96,3 Мбит/c (20 МГц, 1SS, Short Guard interval, 5/6 coding rate).

1733.3 ~ 96.3×9×2 (160 МГц, 2SS)
400 ~ 96.3×2.1×2 (40 МГц, 2SS)

Нелинейные коэффициенты — потому что при объединение каналов удаётся задействовать служебные пограничные OFDM-поднесущие.

Жаль, что в реальной сети вреда от широких каналов больше чем пользы.

Не забываем про удобную таблицу.

Ок, уже не так впечатляет, но всё равно неплохо, да?

P.S.: Если вы живёте в лесу и очень хорошо понимаете, что делаете — хорошо, включите 160 МГц. Не факт, что будет толк. Например, пресловутый iPhone 8 такую ширину канала не поддерживает, хотя выпущен всего год назад.

Читайте до конца, чтобы узнать, на что способно ваше устройство.

Модуляция

Любопытный факт: клиентские устройства — основные источники интерференции в сети.
К чему это? А к тому, что даже идеально спланированная и настроенная сеть не гарантирует работу на максимальных модуляциях, ведь 256QAM предъявляет очень высокие требования к качеству сигнала — RSSI и SNR.

Про RSSI мы ещё поговорим, а SNR напрямую страдает от клиентов со всенаправленными антеннами — таких мобильных и непредсказуемых. Ну, и не только от них, разумеется.

Как результат — рассчитывайте, что большую часть времени клиенты будут использовать менее требовательную модуляцию. Например, 64QAM.

В нашем эксперименте это безжалостно снижает скорость до 300 Мбит/c.

Математика
Зачем вам всё это? Просто воспользуйтесь таблицей.

Что касается RSSI — то это наш любимый параметр. В стандарте 802.11 никаких описаний и требований к нему нет, поэтому каждый вендор видит данную метрику по-своему. Соответственно, разные клиентские устройства будут показывать разный RSSI в одном и том же месте.

Вы, кстати, по какому уровню планируете? -67 дБм? А для какого устройства?

Но и это ещё не всё

Оказывается, разные устройства одной модели могут по разному оценивать уровень приёма.

Для тех, кто готов во всём идти до конца — пугающий подкаст.
А вот сайт, где можно полюбоваться на собранные по теме данные.

Подытог №1

Даже при весьма оптимистическом сценарии клиент получит всего 300 Мбит/c пропускной способности — вместо 6933 Мбит/c. И это в случае, если клиент всего один! Много таких сетей знаете?

Вспоминаем задачки. Чем больше клиентов — тем хуже. Не хотели расстраивать раньше времени, но зависимость нелинейная. С ростом числа устройств в сети увеличивается процент оверхеда.

Вот каким правилом предлагает пользоваться уважаемый Devin Akin в своей статье о реальной пропускной способности в Wi-Fi

Один клиент: пропускная способность = 0,5 × (MCS rate);
Небольшое количество клиентов: пропускная способность на одно устройство = 0,45 × (MCS rate) / (количество пользователей);
Большое количество клиентов, высокие нагрузки на сеть: пропускная способность на одно устройство = 0,4 × (MCS rate) / (количество пользователей);

Итог: производительность сильно зависит от подключенных клиентов. Скорее всего, их способности будут весьма ограниченными.

Оптимистичный сценарий —300 Мбит/c (5 ГГц, 40 МГц, 2SS, 64QAM).
Реалистичный сценарий — 72 Мбит/c (2,4 или 5 ГГц, 20 МГц, 1SS, 64QAM).

Часть 2 — Что ещё не так с клиентскими устройствами

Да, всё только начинается.

Можно выделить три крупных проблемы:

Многообразие;
Непредсказуeмость;
Уязвимость.

Многообразие

Помните наш iPhone 8? Хороший телефон, кстати. А знаете, что Apple перестала получать сертификацию Wi-Fi Alliance начиная с iPhone 6?
Можете проверить сами — информация открытая.. Заодно напишите в комментариях о других удивительных открытиях.

Что, собственно, за организация — Wi-Fi Alliance?
Ребята пытаются следить за порядком в зоопарке. Значок Wi-Fi Certified означает, что устройство было проверено на соответствие основным пунктам стандарта 802.11. Проверка ведётся в аккредитованных лабораториях, всё более-менее серьёзно.

Почему возникла подобная необходимость?
Для того, чтобы обеспечить совместимость миллионам разнообразных устройств, работающим на разных чипсетах и разработанных людьми, отличающимися разной степенью квалификации и моральными ориентирами.

Помогло?
Не очень. Как показывает практика, каждый вендор имеет своё уникальное видение и позволяет себе отступать от стандарта (из лучших побуждений, разумеется).

Один из забавных примеров — прошлогодний KRACK. Не все устройства были подвержены уязвимости, так как многие производители по-своему интерпретировали процедуру обмена ключами. В частности — как вести себя в случае отсутствия ответа на третье сообщение последовательности 4-Way Handshake. Почитайте подробнее, если интересно.

Что в итоге?
Зоопарк.

Проще всего, по понятным причинам, с Apple. Хотя они и не сертифицируют свои новинки, парк устройств всё-таки ограничен. Поэтому можно протестировать поведение в тех или иных сценариях.

Дальше идёт Android. Тут многое зависит от производителя, но в целом — ещё больше неизвестных. Добавьте сюда китайцев.

На этом идеи по классификации заканчиваются. Операционные системы, драйвера, legacy-устройства, мультиварки, дверные замки, камеры видеонаблюдения — BYOD и IoT во всей красе.

Проблема усугубляется тем, что многие критические решения клиентские устройства принимают самостоятельно, напрямую повлиять на них нельзя.
Подключиться к «пятёрке» или к «двойке»?
Произвести роуминг или остаться на старой AP?
На какой модуляции работать?

Об этом подробнее в следующей главе.

Непредсказуемость

Wi-Fi устроен так, что клиентские устройства стараются самостоятельно справиться с возникающими трудностями. Не всегда эти решения оптимальны.

Если устройству кажется, что лучше сидеть на шестом канале с уровнем -85 дБм, чем переподключиться к соседней точке с уровнем -50 дБм, работающей в свободной «пятёрке» — значит, так оно и будет.

Эффективных механизмов, позволяющих прямо управлять поведением клиентских устройств, нет. В этом отличие, например, от сотовой связи.

Вы возразите — а как же 802.11k (Radio resource measurement enchancements) и 802.11v (Wireless network management), принятые в 2008 и 2011 году соответственно?

Данные стандарты теоретически направлены на решение проблемы. Практически — ничего не работает.

Да, точка может отправить Load Balancing Request — вежливо попросить клиента произвести роуминг. Удовлетворять данную просьбу никто не обязан. Более того, клиентов, поддерживающих 802.11k и v, до сих пор мало.

Основное применение описанных выше стандартов — помощь в быстром роуминге механизму 802.11r (Fast BSS transition). Клиент получает список ближайших AP, на которые ему стоило бы переподключиться — и уже дальше сумасбродное устройство решает, что для него лучше.

О роуминг сломано немало копий, хорошие статьи можно найти здесь, на Хабре.
Раз. Два.
Есть ещё монументальное (но незавершённое) исследование прекрасного Andrew von Nagy —
три.

Повторяться не будем, просто ещё раз подчеркнём: переключение между AP — на совести клиента. От этого и большинство проблем.

Вендоры пытаются бороться с самостоятельностью клиентов. Стандартные средства не помогают, поэтому в ход идут ухищрения. Это прямо как в книжках по бизнесу: не пытайся переубедить — сделай так, чтобы клиент сам пришёл к нужному выбору.

Так, например, работает Band Steering (механизм перевода клиентов из «двойки» в более свободную «пятёрку»):

Устройство пытается подключиться к сети. Скорее всего, это будем именно 2,4 ГГц: драйверу устройства кажется, что так будет лучше — смотри, какой сильный сигнал!
AP проверяет, поддерживает ли устройство 5 ГГц. Умная система постоянно ведёт учёт всех MAC-адресов, с которых рассылались запросы или производилось подключение к «пятёрке» ранее;
DualBand-клиенты (поддерживающие оба диапазона) просто не получают ответа на свой запрос в диапазоне 2,4 ГГц;
Так происходит несколько раз подряд, и в итоге разочарованный драйвер решает искать лучшей доли в другом диапазоне;
Вуаля!

Список можно продолжать бесконечно:

Неожиданный и очень крепкий сон (особенности реализации PowerSave);
Работа на модуляциях, явно не соответствующих условиям эфира;
Самовольная раскраска трафика (QoS);
Специфическая отработка сценариев на порталах авторизации (были проблемы при подключении к Wi-Fi в общественных местах?).

Уязвимость

Как известно, безопасность системы в целом находится на уровне самого слабого из её элементов. В правильно настроенной беспроводной сети таким элементом неизбежно становится клиентское устройство. В чём проблема?

Отсутствуют либо ограничены ресурсы для контроля и противодействия подозрительной активности;
Обновления политик безопасности недоступны, либо появляются с опозданием;
Производители выполняют требования стандарта избирательно, отсутствует универсальность;
Legacy-устройства не соответствуют современным требованиям безопасности;
У администраторов нет контроля за клиентскими устройствами;
Люди — пользователи устройств — уязвимы для социальной инженерии.

Запрет BYOD. Сотрудникам выдаются устройства с предустановленным ПО, политиками безопасности управляет администратор;
MDM (Mobile Device Management), NAC (Network Access Control) и прочие решения, позволяющие, с разной степенью эффективности, контролировать устройства клиентов. Можно, например, удалённо запретить использование камеры на смартфоне.

Тема безопасности беспроводных сетей обширна. В данной статье мы ограничимся тем, что основной вектор атаки киберпреступников — так называемый low hanging fruit. Чаще всего таким фруктом становится клиентское устройство.

Зачем пытаться напрямую влезть в защищённую сеть, если достаточно получить доступ к смартфону сотрудника, который из гордости не устанавливает обновления на свою ОС?

Подытог №2

Перечисленные проблемы (многообразие, непредсказуемость и уязвимость клиентских устройств) бросают проектировщикам и администраторам беспроводных сетей серьёзный вызов.
Идеальное планирование, полноценное радиообследование и качественный монтаж не гарантируют стабильную работу сети.

Знать, какими устройствами пользуются абоненты, действительно, важно. Остаётся понять, какими характеристиками обладает то или иное устройство.

Неожиданно — это не самая простая задача.

Часть 3 — Производители что-то скрывают

Способ 1. Логичный

Казалось бы, что может быть проще — заходим на сайт производителя и смотрим на детальные спецификации устройств.

Попробуем на примере привычного iPhone 8:

На сайте Apple.

802.11ac Wi-Fi with MIMO… Не очень-то информативно. Сколько пространственных потоков? Какая максимальная ширина канала? Есть ли поддержка 802.11r, k, v? MU-MIMO?

Samsung делится информацией о своём Galaxy S9 несколько охотнее:

На сайте Samsung.

Даже если отбросить загадочную модуляцию 1024QAM (официально она появится только в 802.11ax), мы по-прежнему знаем об устройстве слишком мало.

Степень открытости производителей варьируется в широких пределах — есть и приятные исключения. В основном же во внутреннюю кухню никого не пускают (снова ради нашей пользы, разумеется), ведь многие знания — многие печали.

С этим согласны не все.

Способ 2. Практичный

Недовольные пользователи уже давно ведут собственные базы, куда заносят добытые характеристики устройств.

Здесь можно найти следующую информацию:

Список доступных устройству каналов;
Поддерживаемые стандарты;
Количество пространственных потоков;
Поддержка MU-MIMO;
Максимальная мощность передатчика.

Способ 3. Для гиков

Всё, что нужно — это перехватить обмен сообщениями между абонентом и AP, сопутствующий первоначальному установлению соединения. Данный трафик не шифруется, однако сложности возникнуть могут — не все Wi-Fi адаптеры позволяют «сниффать» 802.11-фреймы. Операционные системы также могут в разной степени облегчить, либо усложнить задачу.
Тема великолепно гуглится, поэтому ссылок давать не будем.

Счастливчики смогут наблюдать следующую картину:

Тут есть всё, друзья.
Из любопытного — тот самый, уже надоевший, iPhone 8 не поддерживает MU-MIMO. Но не будем портить вам удовольствие.

Кстати, готовые PCAP-файлы, полученные пользователями, можно скачать на том же самом clients.mikealbano.com

Способ 4. Бонусный

Есть ещё один замечательный способ узнать всю подноготную устройства. Что примечательно — без регистрации и SMS.

Все продаваемые на территории США устройства обязаны получить сертификацию от FCC — Federal Communications Commission (Федеральная Комиссия по Связи). В результате устройству присваивается FCC ID — уникальный номер, через который можно получить огромный объём информации прямо на сайте FCC.

Сам код (FCC ID) часто можно найти на устройстве, либо на коробке от него. В крайнем случае, поможет интернет.

Код состоит из двух частей: Grantee Code и Product Code. Вводите, как на картинке:

Мы получаем доступ к обширному архиву документов с данными, использованными во время сертификации. Доступны даже внутренние фотографии устройства — в некоторых случаях можно даже разглядеть модели чипов.

Обратите особое внимание на файл SAR Report — на основании данного отчёта можно не только определиться с толщиной шапочки из фольги, но и получить подробную информацию о характеристиках устройства. Бинго!

Подытог №3

Производители не спешат раскрывать полную информацию о характеристиках клиентских устройств. Тем не менее, благодаря активности сообщества, открытым источникам и собственной настойчивости, можно получить все необходимые данные.

Заключение

Зачем же знать, каким телефоном пользуется сотрудник? И пора ли менять свой старенький роутер?

Разумеется, всё зависит от задач. Если вы хотите строить надёжные и предсказуемые сети — отмахнуться от клиентского оборудования не получится. Учитывайте его особенности при планировании и обслуживании — будете вознаграждены снижением расходов и ростом удовлетворённости пользователей.

Всё сказанное не отменяет необходимости в использовании качественных точек доступа: многие наработки ведущих вендоров действительно эффективны — читайте наш блог, чтобы быть в курсе.
И ещё раз — учитывайте характеристики клиентов, чтобы тратить деньги на работающие решения.
Надеемся, что эта статья вам поможет.

Автор: Леонид Теканов, инженер беспроводного отдела CompTek.
Презентация по мотивам статьи прошла 25.10.2018 на нашей ежегодной конференции «БЕСЕДА». Не пропустите следующую.

Полезные ресурсы:

CWNP — если хочется не только хорошо разбираться в беспроводных сетях, но и получить официальное признание в виде сертификата;

Revolution Wi-Fi — сайт Andrew von Nagy — авторитетного товарища, подарившего миру удобнейший Revolution Capacity Planner;

Divergent Dynamics — сайт уважаемого Devin Akin, бескомпромиссного эксперта и автора множества ценных статей;

WLAN Professionals — детище Keith Parsons — настоящего ветерана Wi-Fi. Множество полезных материалов и целая ежегодная конференция для тех, кто настроен серьёзно;

badfi.com — хороший сайт про плохой Wi-Fi.

802.11
wi-fi
беспроводные сети
беспроводные технологии
точки доступа
стандарты

Блог компании CompTek
Сетевые технологии
Беспроводные технологии