Насыщение частотного канала

Как объяснялось ранее, устройства в беспроводной сети LAN содержат передатчики и приемники, настроенные на определённые частоты радиоволн для обмена данными. Обычно в качестве диапазонов выделяются частоты. Такие диапазоны затем разделяются на меньшие диапазоны — каналы.

Если спрос на конкретный канал слишком высок, этот канал, скорее всего, станет перенасыщенным. Насыщенность среды беспроводной сети снижает качество обмена данными. За последние несколько лет разработаны специальные приемы, которые позволяют улучшить качество обмена данными и снизить насыщенность. Перечисленные ниже приемы позволяют снизить насыщенность каналов за счёт более эффективного их использования.

· Распределение сигнала в прямой последовательности (Direct-sequencespreadspectrum, DSSS) — DSSS представляет собой технологию модуляции распределения сигнала. Технология распределения спектра разработана в целях распространения сигнала по большей частотной полосе, что повышает его устойчивость к помехам. С помощью технологии DSSS сигнал умножается на значение «искусственно созданного шума», которое также называется кодом расширения спектра. Поскольку получателю известен код расширения спектра, то после его добавления он может математически удалить и повторно выстроить исходный сигнал. По факту это обеспечивает избыточность передаваемого сигнала, предотвращая, таким образом, снижение качества среды беспроводной сети. Технология DSSS используется стандартом 802.11b, а также в радиотелефонах, работающих на частоте 900 МГц, 2,4 ГГц, 5,8 ГГц, сотовых сетях CDMA и сетях GPS. (Рис. 1)

· Скачкообразная смена рабочей частоты с расширением спектра (Frequency-hoppingspreadspectrum, FHSS) — для обмена данными тоже использует методы распределения спектра. Эта технология аналогична DSSS, но передает радиосигналы посредством быстрой коммутации сигнала несущей частоты по множеству частотных каналов. При использовании FHSS отправитель и получатель должны синхронизироваться, чтобы «узнать», на какие каналы следует перейти. Этот процесс перехода сигнала между каналами обеспечивает более эффективное использование каналов, что снижает их перегрузку. Портативные рации и радиотелефоны, работающие на частоте 900 МГц, тоже используют FHSS, в то время как Bluetooth полагается на одну из вариаций этой технологии. Технология FHSS, кроме того, используется исходным стандартом 802.11. (Рис. 2)

· Мультиплексирование с ортогональным делением частот (Orthogonalfrequency-divisionmultiplexing, OFDM) — представляет собой разновидность мультиплексирования с делением частот, в рамках которой один канал использует несколько подканалов на смежных частотах. Подканалы в системе OFDM точно ортогональны относительно друг друга, что позволяет подканалам перекрываться без взаимных помех. В результате система OFDM позволяет максимально увеличить эффективность спектра без помех на смежных каналах. В сущности эта технология позволяет принимающей станции «услышать» сигнал. Поскольку OFDM использует подканалы, это делает использование канала максимально эффективным. OFDM используется несколькими системами связи, включая стандарт 802.11a/g/n/ac. (Рис. 3)

Выбор каналов

Все стандарты IEEE 802.11b/g/n работают на СВЧ-частотах спектра радиосигналов. Стандарты IEEE 802.11b/g/n работают в частотном спектре от 2,4 ГГц до 2,5 ГГц, а стандарты 802.11a/n/ac — в более жестко регулируемой полосе 5 ГГц. На рис. 1 показано, какой стандарт 802.11 работает на полосах 2,4 ГГц, 5 ГГц и 60 ГГц. Все спектры поделены на каналы со средней частотой несущей и пропускной способностью, которые аналогичны делению радиочастотных полос.

Полоса 2,4 ГГц поделена на несколько каналов. В целом общая пропускная способность канала составляет 22 МГц, и каждый канал отделяется полосой 5 ГГц. Стандарт 802.11b определяет 11 каналов для Северной Америки. Пропускная способность 22 МГц вкупе с разделением частот полосами 5 ГГц, подразумевает перекрывание последовательных каналов, как показано на рис. 2.

Примечание. В Европе работают 13 каналов 802.11b.

Помехи возникают в том случае, если нежелательные сигналы перекрывают канал, зарезервированный для желаемого сигнала, вследствие чего могут возникать искажения. Чтобы устранить помехи, можно использовать неперекрывающиеся каналы. В частности, каналы 1, 6 и 11 являются неперекрывающимися каналами 802.11b, как показано на рис. 3.

Для сетей WLAN, для которых требуется несколько точек доступа, рекомендуется использовать неперекрывающиеся каналы. При наличии трех смежных точек доступа следует использовать каналы 1, 6 и 11. Если таких точек доступа только две, следует выбрать любые два канала, которые отстоят друг от друга на пять каналов (например каналы 5 и 10). Большинство точек доступа могут автоматически выбирать канал с учетом используемых смежных каналов. В некоторых устройствах предусмотрено постоянное наблюдение за радиопространством в целях динамической корректировки параметров канала в ответ на изменения среды.

По мере перехода корпоративных сетей WLAN на стандарт 802.11n они могут использовать каналы в более крупной и менее загруженной полосе 5 ГГц, что снижает риск «случайного отказа в обслуживании (DoS)». Например, стандарт 802.11n использует технологию OFDM и может поддерживать четыре неперекрывающихся канала, как показано на рис. 4.

Стандарт 802.11n также может использовать соединение каналов, при котором два канала 20 МГц объединяются в один канал 40 МГц, как показано на рис. 5. Соединение каналов увеличивает пропускную способность за счёт использования для доставки данных одновременно двух каналов.

Большинство современных точек доступа могут автоматически регулировать каналы, чтобы обойти помехи.

Примечание. Стандарт IEEE 802.11ac использует OFDM с шириной каналов в 80,160 и 80+80.

Планирование развертывания WLAN

Реализация сети WLAN, которая максимально эффективно использует ресурсы и обеспечивает обслуживание высокого качества, может потребовать тщательное планирование. Сети WLAN могут варьироваться от относительно простых до очень сложных моделей. Прежде чем приступать к реализации беспроводной сети, необходимо разработать подробный план.

Количество пользователей, которое поддерживает сеть WLAN, рассчитывается по достаточно сложной схеме. Количество пользователей зависит от доступного пространства на объекте, количестве устройств, которые может вместить указанный объект, ожидаемой пользователями скорости передачи данных, использования неперекрывающихся каналов несколькими точками доступа в ESS и настроек мощности передачи.

См. поэтажный план на рис. 1. При планировании расположения точек доступа администратору недостаточно просто обозначить окружностями зоны покрытия и разместить их на плане.

Примерные круговые зоны покрытия важны, однако есть ряд дополнительных рекомендаций:

· если точки доступа должны использовать существующие кабельные системы, или присутствуют расположения, где нельзя разместить точки доступа, следует отметить эти места на карте;

· точки доступа следует размещать выше физических препятствий;

· по возможности размещать точки доступа вертикально рядом с потолком в центре каждой зоны;

· размещать AP в тех местах, где будут находиться пользователи. Например, конференц-залы, как правило, больше подходят для размещения точки доступа, чем коридор.

После решения указанных вопросов следует оценить предполагаемую зону покрытия точки доступа. Это значение может варьироваться в зависимости от стандарта или комбинации стандартов сети WLAN, подлежащей развертыванию, характера объекта, мощности передачи, настроенной для точки доступа, и многих других факторов. При разработке плана зон покрытия необходимо всегда изучать спецификации используемых точек доступа.

Зоны покрытия BSA представляют собой зону покрытия, которую обеспечивает один канал. Расширенный набор сервисов (ESS) должен перекрываться на 10–15% между зонами покрытия BSA в пределах ESS. С перекрытием между BSA в 15%, идентификатором SSID и неперекрывающимися каналами (т. е. одна ячейка на канале 1, а другая — на канале 6) можно создать возможность роуминга.

На рис. 2 показан пример возможного перекрытия зон BSA.

К другим факторам относятся исследование объекта, которое подразумевает детальный анализ возможного местоположения различных точек доступа.