Бесшовный wifi как работает

Подробно о Wi-Fi роуминге и его настройке

Ни для кого не является секретом то, что даже мощный роутер способен покрыть беспроводным сигналом только небольшую квартиру. А если речь касается большого загородного дома, тогда одного маршрутизатора слишком мало. В таких случаях нужно использовать несколько устройств с бесшовным роумингом. В данной статье мы более менее подробно попробуем объяснить, как настраивается бесшовный роуминг в большой квартире или доме. Для объяснения используем популярные устройства производства Keenetic, Tenda и TP-Link.

Что такое Wi-Fi роуминг

Если объяснять просто, то бесшовным роумингом называется функция, которая создает автоматическое подключение клиентского устройства к самому близкому оборудованию внутри одной беспроводной сети без разрыва подключения.

Это работает так. Производится установка в доме нескольких совместных между собой роутеров или точек доступа, что имеют связь между собой. После Вы подключаете собственный смартфон к созданной Wi-Fi сети. И если Вы будете перемещаться с одной комнаты в другую, Ваш планшет будет незаметно для Вас подключаться то к одному роутеру/точке доступа, то к другому. А точнее к ближайшему с лучшим сигналом. Именно так можно создать единую Wi-Fi сеть на большой площади.

Способы создания бесшовного Wi-Fi

Сейчас существует 3 способа сделать Wi-Fi сеть с бесшовным роумингом:

1. Использовать -систему, что состоит из нескольких точек доступа.
2. Использование роутеров, которые поддерживают бесшовный роуминг.
3. Использовать роутер с репитерами, что поддерживает технологию

Благо мы живём во время, когда функцией бесшовного роуминга наделяют не только профессиональные дорогостоящие устройства, а и весьма доступные. Особенно популярные Tenda, TP-Link и Keenetic.

Mesh системы

Изначально для бесшовного роуминга были созданы именно Mesh-системы. В основном это система из 2 или 3 точек доступа. Связь между ними настроена производителем. Пользователь должен лишь подключить главный элемент к кабелю. А остальные узлы расставить по дому.

Mesh-системы удобны тем, что при их использовании не нужны дополнительные настройки. Но желательно назвать сеть и задать ей сложный пароль. К тому же при необходимости еще больше расширить такую Wi-Fi сеть необходимо будет просто добавить еще таких же узлов в сеть.

Минусом Mesh-системы является её цена. Но есть и весьма недорогие решения. Давайте поговорим о них.

Mesh-систем TP-Link Deco

Доступный Mesh-комплект TP-Link Deco E4 изначально при покупке может состоять, как из 2 узлов, так и из 3. Преимуществом является поддержка диапазона 5 ГГц. При необходимости расширения сети можно легко добавить новые модули. Производитель предлагает приложение для смартфона, при помощи которого можно производить удалённое управление.

Но есть один минус – это отсутствие web-интерфейса. То есть, невозможно управлять через ПК.

Tenda Nova

Другой пример – это Tenda Nova MW-3. Отличается удобным типом подключения беспроводных модулей. Ведь их нужно всего лишь подключить к розетке. И по сравнению с ценами на другие Mesh-системы именно Tenda Nova MW-3 mesh дешевле всех конкурентов. Можно добавлять в сеть новые модули.

Zyxel Multy

Устройства Zyxel весьма недешевые. Это касается и Zyxel Multy. Но её качество превосходит ранее озвученные системы. К тому же ярко отличается дизайном. Своим видом они просто украсят интерьер. А вот серьезным недостатком является то, что каждый новый модуль нужно подключать к системе вручную.

Роутеры с поддержкой бесшовного роуминга

Многие производители пополняют свои линейки роутерами, которые поддерживают бесшовный Wi-Fi роуминг. При покупке одного роутера Вы просто используете его, как обычный маршрутизатор. А когда станет вопрос расширения сети, тогда можно купить еще один роутер этого же производителя, а после настроить его выполнять роль репитера. Сеть станет общей для обоих роутеров и будет абсолютно бесшовной.

Из таких роутеров обратите внимание на новые Keenetic. И при изначальной покупке одного из этих роутеров, к примеру Keenetic Viva, в последующем можно добавить в сеть любую другую модель. Тот же Speedster или же Runner 4G. Просто нужно задать режим точки доступа и поставить его в другой комнате. Таким образом, площадь Wi-Fi сети с бесшовным роумингом расширится на соответствующую площадь.

Если Вы являетесь приверженцем устройств Asus, тогда их новые роутеры оборудованы функцией с названием AiMesh. Функция самостоятельно свяжет роутеры в единую бесшовную сеть. И при поиске недорогих вариантов обратите внимание на связку роутеров RT-AC68U, RT-AC67U или RT-AC66U B1.

Связка роутера и Wi-Fi репитеров

Весьма часто для увеличения площади покрытия сети дополнительно к роутеру используют репитеры. Они подсоединяются к главному роутеру и ретранслируют сигнал. Преимуществом этого метода является то, что изначально нужен только роутер и лишь, когда нужна сеть шире, только тогда покупаются дополнительно репитеры в нужном количестве. Они стоят недорого, но и функционал у них далек от полноценного маршрутизатора. Но сэкономить точно получится.

Если Вы выбрали этот вариант, тогда советуем приобретать роутеры TP-Link с поддержкой технологического решения OneMesh. К примеру, Archer AX50. Выбор повторителей пока что весьма невелик, но точно будет расширяться.

Инструкция по настройке бесшовной Wi-Fi сети

Так как производителей беспроводных устройств очень много, поэтому универсальной инструкции подсоединения роутеров между собой для создания бесшовного роуминга нет, да и не может быть. Приложения разные и у них совершенно разные меню.

Как сделать бесшовный WiFi роуминг в загородном доме и на даче в 2022 году

�� Бесшовный Wi-Fi для загородного дома или офиса для расширения зоны покрытия спроектируют и настроят инженеры компании Ситком с индивидуальным учетом планировки вашего помещения! ⭐ Wi-Fi cети высокой производительности любого масштаба для частных и корпоративных клиентов с соблюдением закона. Наши инженеры сертифицированы. �� Стабильный сигнал без задержек по всей территории объекта. �� Техническая поддержка и сервисное обслуживание.

Бесшовный Wi-Fi в загородном доме на базе UNIFI

Бесшовный Wi-Fi роуминг в 2022 году

1. История развития Wi-Fi стандартов
2. Семейство стандартов 802.11
3. Фактическая скорость передачи данных
4. Понятия MIMO, MU-MIMO
5. Как узнать скорость соединения на Mac и Windows?
6. Диапазоны частот Wi-Fi
7. Влияние расстояния и помех на качество сигнала
8. Диаграмма направленности антенн
9. Выбор расположения точек доступа для обеспечения бесшовности
10. А как было раньше, в 2000-х
11. Что такое бесшовный Wi-Fi роуминг?
12. Миграция клиента или Handover
13. Оптимизированный список соседник точек доступа — 802.11k
14. Быстрый Handover — 802.11r
15. Обмен информацией о топологии сети — 802.11v
16. Организация бесшовного Wi-Fi роуминга
17. 5 самых популярных решений на базе Wi-Fi контроллера в 2022 году
18. Сколько стоит установка бесшовного Wi-Fi
19. Возможен ли бесшовный Wi-Fi-роуминг без контроллера

К 2022 году в беспроводных технологиях произошли значительные изменения: сотовые операторы ввели LTE Advanced, в мобильном интернете на подходе стандарт 5G, а приоритетным направлением беспроводных технологий стал Wi-Fi 6, бесшовный Wi-Fi роуминг и Wi-Fi Mesh сети.

Ввиду будущего глобального внедрения данной технологии, давайте подробней разберем, что же это такое.

История развития Wi-Fi стандартов

В 1985 году для свободного использования без лицензий был дан зеленый свет для спектра частот 2.4 и 5 ГГц, и началось развитие эпохи Wi-Fi. Спустя 6 лет в 1991 году в Голландии компании NCR Corporation и AT&T представили первую технологию беспроводной передачи данных, получившую название WaveLAN. Использовалась она для связи кассовых терминалов с сервером, скорость передачи данных составляла 1-2 Мбит/c.

Минуло еще 6 лет и в 1997 году крупнейшие ИТ-разработчики (HP, 3Com, Cisco, Nokia и др.) приняли решение о переходе на единый международный стандарт беспроводной передачи данных, так появился WiFi Альянс, а вместе с ним и стандарт 802.11.

Семейство стандартов 802.11

• IEEE 802.11a;
• IEEE 802.11b;
• IEEE 802.11g;
• IEEE 802.11n (Wi-Fi 4);
• IEEE 802.11ac (Wi-Fi 5);
• IEEE 802.11ax (Wi-Fi 6).

Сегодня сети работают с использованием стандартов Wi-Fi 4 и Wi-Fi 5. Wi-Fi 6 прошел сертификацию 16 сентября 2019 года, и абонентских устройств, которые его поддерживают, пока еще считанные единицы (Samsung Galaxy S10, iPhone 11). Но в следующие 10 лет IEEE 802.11ax будет основополагающим стандартом для обеспечения пользователей надежным и высокоскоростным беспроводным интернетом. Между всеми стандартами обеспечивается обратная совместимость, что гарантирует работу устаревших устройств в современных беспроводных сетях.

Сводная таблица с основными характеристиками Wi-Fi стандартов:

Ширина полосы, МГц

Радиус действия (помещение/улица, м.)

Фактическая скорость передачи данных

Различие между физической (канальной) скоростью и фактической обусловлена следующими факторами:

• Передача служебных кадров использует значительную долю канального ресурса.
• Так как данные передаются по радиоволнам будут присутствовать внутриканальные и межканальные помехи. Они сильно увеличивают уровень шума. Снижается стабильность канала, ведущая к неизбежной потере пакетов и появлению ошибок. Для восстановления потерянных данных требуется повторная отправка.
• Пропускная способность полосы делится на всех пользователей.
• * Многопользовательская передача данных стала возможной, начиная с Wi-Fi 5. Стандарт 802.11 работает в полудуплексном режиме.
• Конфигурация беспроводной сети, методы шифрования.
• Для обеспечения пиковых скоростей необходимы идеальные условия в радиоэфире. Отсутствие помех и препятствий на пути сигнала, и его высокое качество приема.

Производители в технических характеристиках устройств указывают физическую скорость соединения, реальная же будет всегда в 2-3 раза ниже.

Что такое 802.11ax – обзор нового стандарта WI-FI 6, сравнение с Wi-Fi 5 и Wi-Fi 4.

Понятия MIMO, MU-MIMO

Заметное увеличение канальной скорости произошло с тех пор, когда 802.11n представил MIMO. Эта технология позволяет распределять данные по нескольким пространственным потокам. Но при этом используется один радиопередатчик, и несколько антенн, расположенных на небольшом расстоянии друг от друга. Получаем многолучевое распространение, дальше очень много математики. В двух словах – за счет сложения волн на приемнике и использования методов избыточного кодирования увеличивается SINR на приемнике. Чем больше соотношение сигнал-шум, тем выше схема модуляции / кодирования сигнал и больше скорость. Если вы хотите получить больше информации, ознакомьтесь со статьей — как работает MIMO.

Важно понимать, что можно иметь клиента и точку доступа, которые поддерживают МИМО и не получить выгоду от пропускной способности. Поскольку для работы МИМО требуются хорошие условия многолучевого распространения сигнала. Большинство клиентских устройств могут работать только с одним или с двумя пространственными потоками (Майк Альбано из Google выложил актуальный список возможностей различных клиентских Wi-Fi устройств, представленных на рынке: clients.mikealbano.com).

А что насчет многопользовательского MIMO (MU-MIMO), этот термин впервые появился в 802.11ас wave2. Для работы MU-MIMO требуется поддержка клиента (что составляет менее 10% от общего числа устройств) и очень специфические условия в окружающей среде. MU-MIMO означает, что точка доступа в одной передаче может отправлять данные сразу нескольким клиентам путем разделения пространственных потоков. К сожалению, на практике, это работает не очень хорошо!

Когда вы подключены к Wi-Fi, каждая передача пакетов отправляется по определенной схеме модуляции / кодирования. MCS зависит от уровня сигнала и шума, и она больше всего будет определять вашу скорость. Полная таблица различных уровней MCS и их скоростей доступна в индексах модуляции и кодирования 11n и 11ac на сайте mcsindex.com.

Скорость также зависит от ширины вашего канала. Не советуем использовать каналы на 40 МГц на частоте 2,4 ГГц. Включайте их только на частоте 5 ГГц при условии чистоты радиоэфира. Использование 160 МГц каналов в 5 ГГц не рекомендуется по тем же причинам — она займет весь спектр.

Как узнать скорость соединения на Mac и Windows?

Если вы работаете на Mac, можно получить текущий индекс MCS, щелкнув по значку Wi-Fi. Или можно использовать приложение под названием WiFi Signal, которое в реальном времени отслеживает индекс MCS.

Если вы работаете в Windows, будет немного сложнее — нужно посмотреть на состояние беспроводной сети, и оно покажет скорость PHY, которую затем можно посмотреть в таблице MCS Index, о которой мы писали выше. Или можно получить эту информацию из командной строки с помощью netsh wlan show wlanreport.

Но это не фактическая скорость соединения. Wi-Fi является полудуплексной средой. Это означает, что только одно устройство может активно передавать по каналу в данный момент времени. Показатели, указанные в таблице выше, известны как PHY. Это скорость, с которой передается часть данных беспроводного кадра (информация заголовка передается с «базовой скоростью»), пока заголовок не предоставит приемнику информацию о том, с какой MCS будет передаваться остальная часть кадра.

Не будем вдаваться в подробности, но при оптимальных условиях (без помех, только один клиент подключен к точке доступа), для фактической передачи данных мы получим около половины скорости PHY. Почему так?

• ТД должна отправлять ACK (acknowledgement) кадры назад, они используют эфирное время;
• Дальше – могучий TCP / IP, он также должен передать ваши TCP ACK (которые затем должны быть подтверждены на 2-м уровне клиентом Wi-Fi), так что большая часть управления трафиком происходит за кулисами, и это занимает эфирное время.

Маркетологи любят указывать максимальную теоретическую скорость для каждого радиоканала в точке доступа, а затем складывают их и говорят, что точка доступа имеет гигабитную скорость. Естественно, этого никогда не произойдет по причинам, перечисленным выше, а также потому, что ваше клиентское устройство не умеет объединять полосы частот. Таким образом, самые высокие скорости, которые большинство пользователей увидят на 2,4 ГГц (802.11n, потому что 802.11ac только 5 ГГц, 802.11ax только запустили), будут составлять около 150 Мбит / с PHY и около 70 Мбит / с фактической пропускной способности (при условии, что канал 20 МГц, 2 пространственных потока и MCS15). На 5 ГГц это будет около 650 Мбит / с PHY и фактическая пропускная способность 300 Мбит / с. (Опять же, 2 пространственных потока, канал 80 МГц и MCS7 — потому что MCS9 практически невозможно достичь, если вы не на расстоянии около 1 метра от точки доступа).

Приведу пример, на коробке роутера Tenda написано AC1200, это говорит мне о том, что устройство поддерживает 2 пространственных потока, и они добавляют 867 Мбит / с (5 ГГц @ 80 MCS9) и 300 Мбит / с (2,4 ГГц @ 40 MCS15), чтобы получить 1167 Мбит / с и округлить до 1200Mbps. Реально, вы увидите, 70 Мбит / с на 2,4 ГГц и 250 Мбит / с на 5 ГГц. Могу предположить, что используется чипсет RTL8812.

Мне удалось добиться MCS9 с 3SS-клиентом (MacBook Pro) для PHY 1300 Мбит / с, и даже тогда фактическая пропускная способность беспроводной сети в локальную сеть (Ubiquiti NanoHD) составляла около 600 Мбит / с. Ноутбук находился в пределах 2 метров от точки доступа. Проще было использовать патч-корд за 100 рублей, чтобы получить гигабитный дуплексный режим через Ethernet.

Если бы мы работали в диапазоне 60 ГГц (802.11ad и 802.11ay), тогда да, получили бы гигабитную беспроводную связь!

Еще хочу отметить, что когда вы используете веб-инструмент (speedtest.net) для тестирования скорости, это только тестирование пропускной способности HTTP от устройства до сервера по определенному маршруту в сети. Полезной информации о вашем Wi-Fi или интернет-соединении тут НЕТ. Чтобы проверить фактическую пропускную способность Wi-Fi, необходимо выполнить тест скорости в вашей локальной сети, используя такой инструмент, как iperf.fr.

Диапазоны частот Wi-Fi

Для Wi-Fi определено 5 диапазонов. Все нелицензированы и представляют собой полосу:

• ISM (Industrial, Scientific, Medical) 2.4 ГГц;
• UNII-1 (Unlicensed National Information Infrastructure) 5.1 ГГц;
• UNII-2 5.2 ГГц;
• UNII-2e 5.4 ГГц («e» для расширенной);
• UNII-3 5.8 ГГц.

Принято называть все полосы частот 5x как 5 ГГц. Каждая полоса имеет различные правила для регулирования ЭИИМ (эффективная изотропно-излучаемая мощность) и спектральной плотности.

Ключевые различия заключаются в нормативных ограничениях полос и физических характеристиках распространения электромагнитных волн. Я просто перечислю основные моменты для каждого.

• 2,4 ГГц. Смежные каналы, определенные в этой полосе, перекрывают друг друга. Если вы устанавливаете две точки доступа близко друг к другу, одну на канале 1 и другую на канале 2, они будут мешать друг другу. Ограничения выходной мощности определяются несколько странным образом для 2,4 ГГц, при любом уменьшении выходной мощности на 1 дБм допускается увеличение усиления антенны на 3 дБи. Сигналы 2,4 ГГц затухают на расстоянии меньше и лучше проникают через стены, чем в полосах 5 ГГц. Эта полоса довольно узкая, позволяет использовать только 3 или 4 непересекающихся канала по 20 МГц (в зависимости от страны). Несколько иные правила ЭИИМ для AP, чем для клиента.
• 5,1 ГГц. Изначально предназначен только для использования в помещении и имеет самые низкие ограничения по ЭИИМ. Он недоступен в большинстве частей света для наружного использования. Те же правила ЭИИМ для AP и клиента.
• 5,2 ГГц. Более высокие ограничения по мощности. В последние годы большинство стран добавили требования DFS (динамический выбор частоты для уклонения от радиолокационного сигнала), хотя радар редко встречается в этой полосе. Те же правила для AP и клиента.
• 5,4 ГГц. Аналогичные ограничения по мощности до 5,2 ГГц. DFS требуется. Именно здесь видно больше всего радаров, особенно вокруг аэропортов. Те же правила для AP и клиента. Это самая широкая полоса с наибольшим количеством каналов.
• 5,8 ГГц. Различные правила для точки доступа и клиента и самые высокие ограничения по ЭИИМ. Эта полоса изначально была предназначена для Point-to-Point, хотя она всегда позволяла Point-to-Multipoint. Будучи самой высокочастотной, имеет меньшую зону Френеля, что позволяет устанавливать более длинные расстояния между точками.

Полоса 2,4 ГГц имеет только 3 непересекающихся канала (обычно используются в конфигурации 1, 6 и 11), поэтому пропускная способность всегда будет ограничена. Что является неперекрывающимся каналом?. Каналы в диапазоне 2,4 ГГц имеют ширину 20 МГц, каждый из которых разделен 5 МГц. Весь спектр 2,4 ГГц имеет ширину около 100 МГц и имеет 11 выбираемых каналов. В конечном итоге встраивание такого количества каналов в такое маленькое пространство означает, что некоторые каналы перекрываются друг с другом. Это то, что мы называем помехами соседних каналов в Wi-Fi.

5 ГГц — это более широкий спектр, и в результате он имеет 25 непересекающихся каналов.

Гораздо большее число каналов, доступных на 5 ГГц, а также большее затухание сигнала с расстоянием — это характеристики, которые заставили Wi-Fi Альянс принять решение о том, что 802.11ac следует определять только для этих полос, поощряя разработку только на 5 ГГц. Однако признание того, что любой дополнительный спектр полезен, привело к разработке стандарта 802.11ax, включающего 2,4 ГГц.

На частоте 2,4 ГГц можно обнаружить Zigbee, Bluetooth, беспроводные микрофоны и стриминговые видеокамеры. В полосах 5 ГГц вы увидите много систем фиксированной связи точка-точка и точка-многоточка.

Влияние расстояния и помех на качество сигнала

На частоте 2,4 ГГц, когда не существует никаких помех от других точек доступа и / или клиентов, 100 мВт максимальная мощность и запас 3 dBi на антенну, то максимальное расстояние в открытом пространстве (в условиях прямой видимости между устройствами, согласно уравнению затухания электромагнитных волн) будет около 1.5 км. Мы получим уровень сигнала -80 дБм, что на 4–6 дБ по SNR выше минимального уровня шума и скорость около 1 Мбит / с.

Чтобы получить максимальную скорость, нужно, что бы сигнал был на +20 дБ выше минимального уровня шума, что дает расстояние около 100 м.

На 5 ГГц это будет около 700 м и 70 м.

Это теоретические наилучшие значения, когда между вашими устройствами есть прямая видимость, в реальных условиях все будет хуже (особенно на 5 ГГц), дождь и другие помехи могут повлиять на этот диапазон еще больше.

Когда вы работаете внутри здания, распространение сигнала зависит от топологии вашего дома и строительных материалов, поэтому, в отличие от открытого пространства, зона покрытия менее предсказуема, поскольку существуют разные строительные материалы (бетон, кирпич, дерево, стекло) и разные проекты домов (1 этаж, 2 этажа, и т.д).

Эффективное расстояние — насколько сократится радиус действия Wi-Fi сигнала после прохождения соответствующего препятствия по сравнению с открытым пространством.

Как мы выяснили выше, для диапазона 2.4 ГГц при отсутствии препятствий и помех оно составляет примерно 100 метров.

Таблица затухания сигнала на частоте 2.4 ГГц:

Эффективное расстояние 2.4 ГГц

Бесшовный WiFi

WiFi в повседневной жизни выполняет все более заметную функцию и играет все возрастающую по значимости роль. Если раньше это в большей степени касалось enterprise-среды — офисов, складов, учебных заведений, гостиниц, ресторанов и т. д., где требовалось подключать к беспроводной сети корпоративные телефоны, терминалы сбора данных и онлайн-кассы, то сейчас WiFi стал воистину обязательным инфраструктурным сервисом абсолютно везде: дома, на работе, в транспорте, на отдыхе и даже на улице. Буквально везде.

Хорошо, если наше с вами «везде» ограничивается небольшим офисом или квартирой, где можно удовлетворить свою потребность в WiFi-покрытии, установив обычный, недорогой роутер, но как быть, если беспроводной связью необходимо покрыть тысячи квадратных метров, и даже, например, на нескольких этажах? Варианты, безусловно, есть.

Во-первых, можно «наплодить» множество сетей WiFi на множестве автономных точек доступа. Вариант плох тем, что таким хозяйством сложно и неудобно управлять, при перемещении по территории предприятия некоторые мобильные устройства придется переключать между этими сетями вручную, и, самое главное, все это придется объяснить пользователям, которые не всегда хорошо понимают в ИТ, и просто неспособны впитать эти премудрости. Плюс у такого решения только один: это дешево.

Во-вторых, можно вещать одну сеть WiFi с помощью однотипных автономных точек доступа с поддержкой технологии WDS. Главный минус такого решения в том, что подавляющее, абсолютное и безоговорочное большинство точек доступа безобразно работают в режиме WDS. Вещание может пропадать и восстанавливаться, коннективити между основными и зависимыми точками доступа будет нарушаться, а мобильные устройства будут терять связь и, вместе с ней, свои функциональные характеристики. Так что лучше оставить этот вариант для настоящих самураев.

Идеологически и технологически верным вариантом считается использование контроллера и зависимых точек доступа. Именно такой вариант и называется «бесшовный WiFi». Суть его в том, что точек доступа может быть много, а управлением ими и их вещанием занимается одно централизованное устройство-контроллер. Контроллер:

• отслеживает состояние подчиненных точек доступа, нагрузку на них;
• регулирует мощность сигнала и пропускную способность в зависимости от количества клиентов и характера их работы;
• самостоятельно восстанавливает необслуживаемые из-за отказов оборудования области за счет увеличения зоны покрытия от ближних точек доступа;
• обеспечивает веб-аутентификацию и динамические учетные записи для реализации т.н. «гостевого доступа» (для некоторых контроллеров доступны опции вроде принтеров для генерации и печати временных учетных данных пользователей);
• обеспечивает быстрый роуминг, с помощью которого вы можете свободно перемещаться, например, с WiFi-телефоном между зонами покрытия разных точек доступа, не прерывая разговор и не наблюдая при этом никаких перебоев со связью. Контроллер при этом своевременно «натравливает» на ваше устройство сигнал с наиболее близко расположенной точки доступа.

Современные контроллеры позволяют подключать точки доступа по WiFi в режиме репитера (т.н. технология Mesh) без кабельного подключения к сети, а также обеспечивают интеграцию со смежными ИТ-системами (например, Active Directory, сервисы геолокации и т. д.).

На чем строить бесшовный Wi-Fi

В нашем каталоге решений уже скрупулезно подобраны и описаны варианты бытовых, корпоративных и отраслевых WiFi-решений: https://treolink.ru/solutions/solutions-wireless/. А если идти «по верхам», то наиболее удачные варианты бесшовного Wi-Fi на рынке представлены следующими вендорами:

1. Лучший из лучших — Ruckus. Родом из США, Ruckus представитель luxury-сегмента: это очень надежно, это очень производительно, максимально технологично и это дорого (относительно). Вариант для тех, кто готов раскошелиться, но получить решение уровня «поставил и забыл», причем на долгие годы. Ruckus — это лидер рынка WiFi, за которым пытаются угнаться все остальные производители класса А — Cisco, Aruba, Huawei. Пытаются — но все еще не могут, продолжая платить в пользу Ruckus роялти за использование их патентов и с завистью смотреть на очередные умопомрачительные новинки.

Небольшие сети (до 128 точек доступа, до 2048 одновременных клиентских подключений) Ruckus Wireless строятся на базе экосистемы Ruckus Unleashed, не требующей отдельного аппаратного/программного контроллера. Он, контроллер, запускается на одной из точек доступа (немного ограничивая ее производительность), и функционально, конечно, уступает аппаратному контроллеру, но сохраняет при этом преимущества, за которые так любят Ruckus: надежность и высокая скорость работы.

Сети, в которых требуется использовать более 128 точек доступа или число клиентов которых превышает 2000, реализуют с помощью аппаратных или программных контроллеров серий ZoneDirector или SmartZone. Их емкость де-факто можно считать почти неограниченной, т.к. число поддерживаемых точек доступа самого емкого из них составляет 30 000 единиц, а количество поддерживаемых беспроводных клиентов — 300 000, что существенно превышает потребности (или возможности) как почти любого бизнеса, так и муниципальных образований и государственных учреждений. Функциональность решений Ruckus также очень широка и также перекрывает потребности любого заказчика с лихвой. А производительность оборудования позволяет использовать сеть WiFi в сценариях с максимально высокой плотностью клиентов (на стадионах, концертах, конференц-залах, выставках и т. д.), для видеонаблюдения, VR-приложений и т. д.

В линейке точек доступа Ruckus присутствуют как максимально простые модели, так и самые современные и «навороченные» с поддержкой стандарта 802.11ax и MU-MIMO 8×8:8. Как говорится, любой вкус и бюджет: https://treolink.ru/katalog/besprovodnoe-oborudovanie/tochki-dostupa-wifi/vendor_ruckus/. Контроллеры Ruckus существуют в аппаратном и программном исполнении: https://treolink.ru/katalog/besprovodnoe-oborudovanie/network-controllers/vendor_ruckus/.

2. В сегменте middle-end царствует другой американский производитель — Cambium Networks. Относительно недорогой, Cambium также отличается надежностью и высокой производительностью.

Подобно Ruckus Unleashed, Cambium также может работать в режиме управления сетью без контроллера. У Cambium эта экосистема называется autoPilot, она поддерживает до 32 точек доступа в сети и до 1000 беспроводных клиентов. Функционально она почти не уступает версии с контроллером, к тому же не требует никаких инвестиций, помимо покупки самих точек доступа — не нужно покупать лицензий, сервисных контрактов и их обновлений.

Надо быстрее, выше, сильнее? Пожалуйста! Бесплатный облачный контроллер cnMaestro поддерживает уже до 4000 точек доступа и до 25000 беспроводных клиентов. Софт можно совершенно бесплатно установить на собственный сервер, если убеждения не позволяют использовать облачные решения. С функционалом у Cambium тоже все в порядке: тут вам и централизованное управление экосистемой, и сервисы геолокации, аналитики, анализа радиоэфира, интеграции со смежными системами. в общем все, чего душа желает.

Недостатком Cambium можно считать относительно бедную линейку точек доступа: https://treolink.ru/katalog/besprovodnoe-oborudovanie/tochki-dostupa-wifi/vendor_cambium-networks/. Хотя все необходимое в ней присутствует: есть точки доступа с секторными антеннами, с поддержкой 802.11ac Wave 2, MU-MIMO 4×4:4, уличные и для помещений. В общем, полный джентельменский набор к вашим услугам!

3. В бюджетном сегменте конкуренция значительно выше, но мы выделяем среди прочих дерзких китайцев TP-LINK. Это главный и наиболее интересный конкурент Ubiquiti (о котором будет ниже), хотя такое сравнение в 2021 году для TP-LINK уже вовсе не лестное.

Для начала давайте разберемся с самим лейблом TP-LINK: вообще-то их два. Есть TP-LINK, который делает дешевые домашние роутеры и пластмассовые свитчи, а есть TP-LINK, который делает продукты линейки Enterprise — системы WiFi, коммутаторы серии Smart, аксессуары к ним. Это, фактически, 2 разные компании, т.к. между этими двумя направлениями нет точек пересечения ни в области научных разработок, ни в производственных линиях. И, объективности ради, Enterprise TP-LINK значительно выше качеством, чем его младший собрат, специализирующийся на продукции для SOHO.

Теперь к WiFi. У TP-LINK есть экосистема, называется Omada, в ней представлены точки доступа серии EAP. Контроллер — Omada Controller — выпускается в аппаратном исполнении, но есть и в программном, который можно установить на сервер под управлением Windows или Linux. Само собой, в рамках экосистемы есть коммутаторы и маршрутизаторы, управление которыми осуществляется «в режиме одного окна» из интерфейса контроллера. Точки доступа EAP выглядят современно, и, само собой, умеют все, что нужно уметь в 2021 году уважающей себя точке доступа.

Значительным плюсом TP-LINK можно считать невысокую цену при очень высоком качестве продукта как в техническом, так и в программном отношении. В общем, если в деньгах вы стеснены — берите TP-LINK, и точно не ошибетесь. Статистика успешных внедрений будет однозначно на вашей

4. Где-то рядышком можно также рассматривать географических соседей из Тайваня — Zyxel, и их экосистему Nebula.

Zyxel — компания c 30-летней историей, и значительная часть этой истории так или иначе соприкасается с WiFi. И он за авторством Zyxel очень даже неплох, хоть и не выделяется чем-то умопомрачительным на фоне конкурентов. Но пара фишек все-таки есть: во-первых, облачный контроллер Nebula, который бесплатен и функционален в совершенно достаточных пределах, во-вторых, smart-антенны (подглядели у Ruckus, да), которые все-таки выполняют функцию Beamforming не программно (как у всех, кроме Ruckus), а аппаратно, и дают вполне заметный прирост производительности мобильным устройствам.

Существенных недостатков у Zyxel при этом нет: оборудование качественное и стабильное, технологическая база на уровне, гарантия и техподдержка в РФ — в порядке. Хороший выбор за не самые большие деньги, да.

5. Наш следующий пациент — Ubiquiti серии UniFi. Это когда хочется красиво и дешево, и вы ничего не понимаете в WiFi. «Красиво» с Ubiquiti будет постоянно, т.к. у них все подчинено дизайну: от упаковки до интерфейсов управления. И дизайн действительно едва ли не лучший в отрасли. Но в целом же продукция Ubiquiti у профессионалов вызывает разве что снисходительную улыбку: элементная база — самая дешевая и примитивная, программирование — отвратительное (чего стоят только регулярные зависания оборудования, исправляемые только старым добрым «выкл-вкл»), техподдержки нет от слова «совсем», как, впрочем, и официальных сервисных центров в РФ.

Еще один существенный минус Ubiquiti заключается в том, что подлинно бесшовный роуминг WiFi в соответствии со стандартами 802.11 он не поддерживает (хотя по состоянию на начало 2021 года уже начал поддерживать, но до сих пор в beta-режиме), предлагая взамен. ничего. Поэтому если вам нужно организовать безупречную работу роуминга клиентов WiFi с голосовыми или видеоприложениями, то Ubiquiti вам не подойдет. Тоже самое касается High Density — это не про Ubiquiti. Вообще Ubiquiti очень далек от идеала, но благодаря правильной маркетинговой политике, они до сих пор являются одним из самых популярных производителей WiFi-решений.

Преимущество Ubiquiti — в их экосистеме UniFi, включающей в себя теперь уже не только WiFi-оборудование, но также коммутаторы, маршрутизаторы, видеонаблюдение, телефонию, а с недавних пор даже некоторые компоненты «умного дома». Причем управление всем этим хозяйством доступно через очень красивые и удобные приложения (в т.ч. мобильные), интегрирующиеся с «облаком» Ubiquiti, т.е. «порулить» экосистемой UniFi вы сможете из любой точки планеты, и это без всяких плясок с пробросом портов, статическими IP-адресами и прочей чехарды. В общем, это действительно удобно.

6. Cisco, Aruba, Huawei, Ruijie, Mikrotik, Edimax, EnGenius и т. д. 6-й пункт в этом списке мы дописываем только потому, что число 6 нравится нашему кладовщику. Cisco и Aruba — это дорого и солидно, но зачем они нужны, когда есть абсолютно богоугодный и лучший во всех смыслах Ruckus за те же деньги? А все остальные объективно пока не дотягивают даже до уровня Ubiquiti (часть из них просто значительно хуже, а часть может быть и не хуже, но по совокупности факторов их восприятия рынком все же не так значительны), а значит и не заслуживают особого внимания.

Дерзко похвастаемся: у нас накопился обширный опыт развертывания больших сетей Wi-Fi, мы успели вживую «пощупать» самые разнообразные решения большинства профильных вендоров, и знаем их сильные стороны и подводные камни. Мы готовы применить свой опыт для проектирования и инсталляции WiFi-решений на объекте любой сложности и любого класса. Обращайтесь — сэкономите свои время и деньги!

Бесшовный Wi-Fi-роуминг: теория на практике

Разбираемся с технологиями роуминга (Handover, Band steering, IEEE 802.11k, r, v) и проводим пару наглядных экспериментов, демонстрирующих их работу на практике.

Введение

Беспроводные сети группы стандартов IEEE 802.11 сегодня развиваются чрезвычайно быстро, появляются новые технологии, новые подходы и реализации. Однако с ростом количества стандартов в них все сложнее становится разобраться. Сегодня мы попытаемся описать несколько наиболее часто встречающихся технологий, которые относят к роумингу (процедуре повторного подключения к беспроводной сети), а также посмотреть, как работает бесшовный роуминг на практике.

Handover или «миграция клиента»

Подключившись к беспроводной сети, клиентское устройство (будь то смартфон с Wi-Fi, планшет, ноутбук или ПК, оснащенный беспроводной картой) будет поддерживать беспроводное подключение в случае, если параметры сигнала остаются на приемлемом уровне. Однако при перемещении клиентского устройства сигнал от точки доступа, с которой изначально была установлена связь, может ослабевать, что рано или поздно приведет к полной невозможности осуществлять передачу данных. Потеряв связь с точкой доступа, клиентское оборудование произведет выбор новой точки доступа (конечно же, если она находится в пределах доступности) и осуществит подключение к ней. Такой процесс и называется handover. Формально handover — процедура миграции между точками доступа, инициируемая и выполняемая самим клиентом (hand over — «передавать, отдавать, уступать»). В данном случае SSID старой и новой точек даже не обязаны совпадать. Более того, клиент может попадать в совершенно иную IP-подсеть.

Как в старой, так и в новой сети у клиента будет присутствовать доступ в интернет, однако все установленные подключения будут сброшены. Но проблема ли это? Обычно переключение не вызывает затруднений, так как все современные браузеры, мессенджеры и почтовые клиенты без проблем обрабатывают потерю соединения. Примером такого переключения может служить переход из кинозала в кафе внутри одного крупного торгового центра: только что вы обменялись с друзьями впечатлениями от нашумевшего блокбастера, а теперь готовы поделиться с ними фотографией кулинарного шедевра — нового десерта от шеф-повара.
Увы, в реальности все не так гладко. Все большую популярность набирают голосовые и видеовызовы, передаваемые по беспроводным сетям Wi-Fi, — независимо от того, используете ли вы Skype, Viber, Telegram, WhatsApp или какое-либо иное приложение, возможность перемещаться и при этом продолжать разговор без перерыва бесценна. И здесь возникает проблема минимизации времени переключения. Голосовые приложения в процессе работы отправляют данные каждые 10–30 мс в зависимости от используемого кодека. Потеря одного или пары таких пакетов с голосом не вызовет раздражения у абонентов, однако, если трафик прервется на более продолжительное время, это не останется незамеченным. Обычно считается, что прерывание голоса на время до 50 мс остается незамеченным большинством собеседников, тогда как отсутствие голосового потока в течение 150 мс однозначно вызывает дискомфорт.

Для минимизации времени, затрачиваемого на повторное подключение абонента к медиасервисам, необходимо вносить изменения как в опорную проводную инфраструктуру (позаботиться, чтобы у клиента не менялись внешний и внутренний IP-адреса), так и в процедуру handover, описанную ниже.

Handover между точками доступа:

1. Определить список потенциальных кандидатов (точек доступа) для переключения.
2. Установить CAC-статус (Call Admission Control — контроль доступности вызовов, то есть, по сути, степень загруженности устройства) новой точки доступа.
3. Определить момент для переключения.
4. Переключиться на новую точку доступа:

Источник: frankandernest.com

Band steering

Технология band steering позволяет беспроводной сетевой инфраструктуре пересаживать клиента с одного частотного диапазона на другой, обычно речь идет о принудительном переключении клиента с диапазона 2,4 ГГц в диапазон 5 ГГц. Хотя band steering и не относится непосредственно к роумингу, мы все равно решили упомянуть его здесь, так как он связан с переключением клиентского устройства и поддерживается всеми нашими двухдиапазонными точками доступа.

В каком случае может возникнуть необходимость переключить клиента в другой частотный диапазон? Например, такая необходимость может быть связана с переводом клиента из перегруженного диапазона 2,4 ГГц в более свободный и высокоскоростной 5 ГГц. Но бывают и другие причины.

Стоит отметить, что на данный момент не существует стандарта, жестко регламентирующего работу описываемой технологии, поэтому каждый производитель реализовывает ее по-своему. Однако общая идея остается примерно схожей: точки доступа не анонсируют клиенту, выполняющему активный скан, SSID в диапазоне 2,4 ГГц, если в течение некоторого времени была замечена активность данного клиента на частоте 5 ГГц. То есть точки доступа, по сути, могут просто умолчать о наличии поддержки диапазона 2,4 ГГц, в случае если удалось установить наличие поддержки клиентом частоты 5 ГГц.

Выделяют несколько режимов работы band steering:

1. Принудительное подключение. В этом режиме клиенту в принципе не сообщается о наличии поддержки диапазона 2,4 ГГц, конечно же, если клиент обладает поддержкой частоты 5 ГГц.
2. Предпочтительное подключение. Клиент принуждается к подключению в диапазоне 5 ГГц, только если RSSI (Received Signal Strength Indicator) выше определенного порогового значения, в противном случае клиенту позволяется подключиться к диапазону 2,4 ГГц.
3. Балансировка нагрузки. Часть клиентов, поддерживающих оба частотных диапазона, подключаются к сети 2,4 ГГц, а часть — к сети 5 ГГц. Данный режим не позволит перегрузить диапазон 5 ГГц, если все беспроводные клиенты поддерживают оба частотных диапазона.

На схеме ниже мы попытались графически изобразить суть технологии band steering.

Технологии и стандарты

Вернемся теперь к самому процессу переключения между точками доступа. В стандартной ситуации клиент будет максимально долго (насколько это возможно) поддерживать существующую ассоциацию с точкой доступа. Ровно до тех пор, пока уровень сигнала позволяет это делать. Как только возникнет ситуация, что клиент более не может поддерживать старую ассоциацию, запустится процедура переключения, описанная ранее. Однако handover не происходит мгновенно, для его завершения обычно требуется более 100 мс, а это уже заметная величина. Существует несколько стандартов управления радиоресурсами рабочей группы IEEE 802.11, направленных на улучшение времени повторного подключения к беспроводной сети: k, r и v. В нашей линейке Auranet поддержка 802.11k реализована на точке доступа CAP1200, а в линейке Omada на точках доступа EAP225 и EAP225-Outdoor реализованы протоколы 802.11k и 802.11v.

802.11k

Данный стандарт позволяет беспроводной сети сообщать клиентским устройствам список соседних точек доступа и номеров каналов, на которых они работают. Сформированный список соседних точек позволяет ускорить поиск кандидатов для переключения. Если сигнал текущей точки доступа ослабевает (например, клиент удаляется), устройство будет искать соседние точки доступа из этого списка.

802.11r

Версия r стандарта определяет функцию FT — Fast Transition (Fast Basic Service Set Transition — быстрая передача набора базовых служб), позволяющую ускорить процедуру аутентификации клиента. FT может использоваться при переключении беспроводного клиента с одной точки доступа на другую в рамках одной сети. Могут поддерживаться оба метода аутентификации: PSK (Preshared Key — общий ключ) и IEEE 802.1Х. Ускорение осуществляется за счет сохранения ключей шифрования на всех точках доступа, то есть клиенту не требуется при роуминге проходить полную процедуру аутентификации с привлечением удаленного сервера.

802.11v

Данный стандарт (Wireless Network Management) позволяет беспроводным клиентам обмениваться служебными данными для улучшения общей производительности беспроводной сети. Одной из наиболее используемых опций является BTM (BSS Transition Management).
Обычно беспроводной клиент измеряет параметры своего подключения к точке доступа для принятия решения о роуминге. Это означает, что клиент не имеет информации о том, что происходит с самой точкой доступа: количество подключенных клиентов, загрузка устройства, запланированные перезагрузки и т. д. С помощью BTM точка доступа может направить запрос клиенту на переключение к другой точке с лучшими условиями работы, пусть даже с несколько худшим сигналом. Таким образом, стандарт 802.11v не направлен непосредственно на ускорение процесса переключения клиентского беспроводного устройства, однако в сочетании с 802.11k и 802.11r обеспечивает более быструю работу программ и повышает удобство работы с беспроводными сетями Wi-Fi.

IEEE 802.11k в деталях

Стандарт расширяет возможности RRM (Radio Resource Management) и позволяет беспроводным клиентам с поддержкой 11k запрашивать у сети список соседних точек доступа, потенциально являющихся кандидатами для переключения. Точка доступа информирует клиентов о поддержке 802.11k с помощью специального флага в Beacon. Запрос отправляется в виде управляющего (management) фрейма, который называют action frame. Точка доступа отвечает также с помощью action frame, содержащего список соседних точек и номера их беспроводных каналов. Сам список не хранится на контроллере, а генерируется автоматически по запросу. Также стоит отметить, что данный список зависит от местоположения клиента и содержит не все возможные точки доступа беспроводной сети, а лишь соседние. То есть два беспроводных клиента, территориально находящиеся в разных местах, получат различные списки соседних устройств.

Обладая таким списком, клиентскому устройству нет необходимости выполнять скан (активный или пассивный) всех беспроводных каналов в диапазонах 2,4 и 5 ГГц, что позволяет сократить использование беспроводных каналов, то есть высвободить дополнительную полосу пропускания. Таким образом, 802.11k позволяет сократить время, затрачиваемое клиентом на переключение, а также улучшить сам процесс выбора точки доступа для подключения. Кроме этого, отсутствие необходимости в дополнительных сканированиях позволяет продлить срок жизни аккумулятора беспроводного клиента. Стоит отметить, что точки доступа, работающие в двух диапазонах, могут сообщать клиенту информацию о точках из соседнего частотного диапазона.

Мы решили наглядно продемонстрировать работу IEEE 802.11k в нашем беспроводном оборудовании, для чего использовали контроллер AC50 и точки доступа CAP1200. В качестве источника трафика использовался один из популярных мессенджеров с поддержкой голосовых звонков, работающий на смартфоне Apple iPhone 8+, заведомо поддерживающий 802.11k. Профиль голосового трафика представлен ниже.

Как видно из диаграммы, использованный кодек генерирует один голосовой пакет каждые 10 мс. Заметные всплески и провалы на графике объясняются небольшой вариацией задержки (jitter), всегда присутствующей в беспроводных сетях на базе Wi-Fi. Мы настроили зеркалирование трафика на коммутаторе, к которому подключены обе точки доступа, участвующие в эксперименте. Кадры от одной точки доступа попадали в одну сетевую карту системы сбора трафика, фреймы от второй — во вторую. В полученных дампах отбирался только голосовой трафик. Задержкой переключения можно считать интервал времени, прошедший с момента пропадания трафика через один сетевой интерфейс, и до его появления на втором интерфейсе. Конечно же, точность измерения не может превышать 10 мс, что обусловлено структурой самого трафика.

Итак, без включения поддержки стандарта 802.11k переключение беспроводного клиента происходило в среднем в течение 120 мс, тогда как активация 802.11k позволяла сократить эту задержку до 100 мс. Конечно же, мы понимаем, что, хотя задержку переключения удалось сократить на 20 %, она все равно остается высокой. Дальнейшее уменьшение задержки станет возможным при совместном использовании стандартов 11k, 11r и 11v, как это уже реализовано в домашней серии беспроводного оборудования DECO.

Однако у 802.11k есть еще один козырь в рукаве: выбор момента для переключения. Данная возможность не столь очевидна, поэтому мы бы хотели упомянуть о ней отдельно, продемонстрировав ее работу в реальных условиях. Обычно беспроводной клиент ждет до последнего, сохраняя существующую ассоциацию с точкой доступа. И только когда характеристики беспроводного канала становятся совсем плохими, запускается процедура переключения на новую точку доступа. С помощью 802.11k можно помочь клиенту с переключением, то есть предложить произвести его раньше, не дожидаясь значительной деградации сигнала (конечно же, речь идет о мобильном клиенте). Именно моменту переключения посвящен наш следующий эксперимент.

Качественный эксперимент

Переместимся из стерильной лаборатории на реальный объект заказчика. В помещении были установлены две точки доступа с мощностью излучения 10 дБм (10 мВт), беспроводной контроллер и необходимая поддерживающая проводная инфраструктура. Схема помещений и места установки точек доступа представлены ниже.

Беспроводной клиент перемещался по помещению, совершая видеозвонок. Сначала мы отключили поддержку стандарта 802.11k в контроллере и установили места, в которых происходило переключение. Как видно из представленной ниже картинки, это случалось на значительном удалении от «старой» точки доступа, вблизи «новой»; в этих местах сигнал становился очень слабым, а скорости едва хватало для передачи видеоконтента. Наблюдались заметные лаги в голосе и видео при переключении.

Затем мы включили поддержку 802.11k и повторили эксперимент. Теперь переключение происходило раньше, в местах, где сигнал от «старой» точки доступа все еще оставался достаточно сильным. Лагов в голосе и видео зафиксировано не было. Место переключения теперь переместилось примерно на середину между точками доступа.

В этом эксперименте мы не ставили перед собой цели выяснить какие бы то ни было численные характеристики переключения, а лишь качественно продемонстрировать суть наблюдаемых различий.

Заключение

Все описанные стандарты и технологии призваны улучшить опыт использования клиентом беспроводных сетей, сделать его работу более комфортной, уменьшить влияние раздражающих факторов, повысить общую производительность беспроводной инфраструктуры. Надеемся, что мы смогли наглядно продемонстрировать преимущества, которые получат пользователи после внедрения данных опций в беспроводных сетях.

Можно ли в 2018 году прожить в офисе без роуминга? На наш взгляд, такое вполне возможно. Но, попробовав раз перемещаться между кабинетами и этажами без потери соединения, без необходимости повторно устанавливать голосовой или видеовызов, не будучи вынужденным многократно повторять сказанное или переспрашивать, — от этого будет уже нереально отказаться.

P.S. а вот так можно сделать бесшовность не в офисе, а дома, о чем подробнее расскажем в другой статье.

• Блог компании TP-Link
• Сетевые технологии
• Беспроводные технологии
• Стандарты связи