Проектирование и построение бесшовной WiFi сети

ПОСТРОЕНИЕ БЕСПРОВОДНОЙ СЕТИ: ВЫБИРАЕМ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ОРГАНИЗАЦИИ WI-FI СОЕДИНЕНИЯ 

 

Бесшовный wi-fi заключается в создании цельного пространства, доступного для различных видов портативных устройств, расположенных в пределах действия источников сигнала — точек доступа. Важно, что переключение ТД осуществляется автоматически с предварительным выбором той точки, сигнал  которой выше, чем у других. Если Вас интересует вопрос: как сделать бесшовный wifi правильно и с учётом основных параметров, повышающих скорость передачи/получения данных, тогда изучите наш обзор. И начать его хочется с разновидности беспроводного соединения.

 

Стандарты или типы WI-FI

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 Alliance сертифицирована 16.09.2019 и доступна для немногих портативных устройств). Стандарт IEEE 802.11ax является для большинства пользователей бесшовных сетей основополагающим, обеспечивая при этом высокую скорость передачи сигнала ко всем устройствам, включая устаревшие модели. Важно отметить, что фактическая скорость передачи данных сети обусловлена некоторыми факторами, к числу которых относят:

• Пропускная способность установленного канала связи делится равномерно между всеми синхронизированными устройствами, что существенно сказывается на скорости канальной сети.
• Передача имеющихся служебных данных осуществляется совместно с сопряженными канальными ресурсами, что приводит к образованию помех и увеличению уровня шума. Следствием этого являются перебои и возникает необходимость регулярной повторной отправки запроса на восстановление связи.
• Зачастую производители технического оснащения, передающего и распределяющего сигналы сети, указывают предельную и нереальную скорость. Следует понимать, что действительный показатель будет ниже в 2-3 раза.

Таким образом, для достижения высокой пропускной способности, нужны не только качественные репитеры, но и идеальные условия в радиоэфире, отсутствие шумовых препятствий в канале и высокое качество приема волны.

Понятие MIMO/MU-MIMO — прорыв в сфере Wi-Fi соединения

 Технический прогресс не стоит на месте, что послужило толчком к разработке технологии MIMO, обеспечивающей поддержку установленного приема на более высокой скорости посредством нескольких сопряженных антенн. Основа инновации в том, что метод разнесенного приема и передачи сигнала позволяет повысить уровень SNR на приемнике, при этом точек доступа для приема радиосигнала может быть ровно столько, сколько установлено антенн. Например, бытуют такие схемы — MIMO 3x2 и MIMO 2x2, однако чаще всего встречаются MIMO 2x2 или MIMO 2x1. Схема MIMO 4x4 способна выдать скорость передачи до 600 Мбит/с. Следующим инновационным прорывом стало появление технологии MU-MIMO, которая предусматривает установку до 8 точек приема и передачи канальной связи и увеличение ширины полосы до 160 МГц. Это позволяет транслировать установленную радиоволну с предельной скоростью на несколько портативных устройств одновременно. Почему данная технология не завоевала популярность в случае необходимости организовать бесшовный wifi в доме:

• Недостаточное количество заинтересованных пользователей MU-MIMO, которые поддерживают необходимость формирования диаграммы направленности, что является необходимым и базовым условием для действия данной схемы.
• Недостаточное количество клиентской базы в пространстве для установки цельной локальной сети.
• Длительный процесс передачи данных, поскольку осуществляется предварительный обмен спецкадрами и формирование диаграммы направленности.
• Для пользования данной технологией не подходят смартфоны, исключительно ноутбуки, что также снижает степень популярности MU-MIMO, при этом скорость передачи будет достигать 4500 Мбит/с (канал) и 2250 Мбит/с (точка доступа) при конфигурации MIMO 4x4.

Таким образом, смысла от такой инновации для большинства современных юзабили просто нет.

Диапазоны существующих частот бесшовного Wi-Fi соединения и особенности зон покрытия

 Радиус действия приемников — важный отличительный аспект для Wi-Fi диапазонов. При идеальных условиях показатель 5 ГГц данный показатель будет гораздо меньше, чем у 2,4 ГГц, при этом в качестве помех будут выступать погодные условия, высокие деревья или низинная местность. В классических условиях — квартира или дом в центре города, радиус покрытия сети в несколько раз больше, если рассматривать вариант 2,4 ГГц. Важно отметить, что стандарт Wi-Fi современной классификации 802.11ac, функционирующий на частоте 5 ГГц, способен выдать большую пропускную скорость передачи данных. Следует также учитывать, что на диапазон также влияют некоторые обыденные предметы быта, способные поглощать канальную связь, что приводит к образованию помех или, так называемых, «мертвых зон». Современные приемники способны поддерживать частоту и 5 ГГц и 2,4 ГГц, выдавая при этом предельную скорость передачи, но и стоят такие девайсы гораздо дороже предшественников. Отметим базовые отличия между описанными выше частотами с указанием дополнительных вариаций данного параметра:

• 2,4 ГГц — частота, при которой смежные ИД будут перекрывать друг друга. При установке сопутствующих антенн допускается усиление их сигнала на 3 дБи в случае уменьшения выходной мощности на 1 дБи. Кроме этого, данная частота позволяет задействовать лишь 3 канала по 20 МГц.
• Частота с самыми незначительными ограничениями по ЭИИМ — 5,1 ГГц. Используется исключительно для организации бесшовного соединения в помещении.
• 5,2 ГГц с высокими ограничениями по мощности и наличием дополнительных требований касательно опции DFS, позволяющей шифровать передачу данных и уклоняться от радиолокационного сигнала.
• 5,4 ГГц — самая востребованная и широкая полоса, подразумевающая ограничения по мощности схожие с 5,2 ГГц. Именно эта частота насчитывает огромное количество радаров и число канальных полос. Предусматривает опцию DFS.
• 5,8 ГГц — частота, предназначенная изначально для Point-to-Point, и насчитывающая различные вариации для точек доступа. Данная полоса самая высокочастотная, характеризуется меньшей зоной Френеля, что позволяет выбирать максимально дальние расстояния между задействованными ТД.

 Для создания «рабочего» радиуса действия сети в многоквартирных домах лучше всего использовать диапазон 2,4 ГГц, поскольку это обеспечит скорость передачи до 200 Мбит/с (канал) и 50-100 Мбит/с (точка доступа) при использовании меньшего количества ТД. Оптимальным расстоянием действия сети без наличия существенных помех будет 100 метров. Важно отметить, что построение Wi-Fi сетей следует вести с учетом сложности в виде «скрытой станции». Ее суть в том, что при одновременной синхронизации устройств к приемнику, сети, вследствие полудуплексного доступа к каналу CSMA/CA, могут синхронизироваться с ТД, но не получать подход к другой сопряженной технике. Это существенно снижает пропускную способность.

Покупка оборудования и организация home wifi, как и свободного роуминга, сопровождается определением зоны покрытия сети. В данном случае — это может быть дом, квартира, офисное здание. Этот этап позволит правильно выбрать оборудование для обеспечения работы и управления системой «smart home», выхода в глобальную сеть и другие задачи, которые ставятся перед беспроводным WI-FI. Для этой цели прорисовываются диаграммы направленности, о которых шла речь выше. Основа ДН — установка и область действия распределяющей и улавливающий сигнал антенны (или нескольких антенн). По спецификации диаграммы бывают всенаправленные — сигнал подаётся равномерно на все установленные стороны, секторные и направленные — сигнал подается по определенным маршрутам. Различие в последних в том, что направленная диаграмма актуальна, если для других вариантов нет технической возможности. Следует понимать, что такой способ применим для передачи сигнала на расстоянии до 1 км, при этом, в случае ухудшения погодных условий или появления шумов, связь будет прерываться.

Суть и значение понятия — точки доступа для бесшовного wifi: базовые аспекты

Усвоив параметр точки доступа и верно рассчитав его значение, можно правильно составить диаграмму направленности с установкой необходимой зоны покрытия. ТД бывают внутренние и внешние, где первые используются для оснащение сетью внутри помещения, а последние — соответственно, снаружи. Важно, что внешние точки обладают более обширный диапазон технических параметров, поскольку позволяют учесть все аспекты, влияющие на скорость передачи/получения данных (туман, дождь, географические особенности).

Если речь идёт о том, чтобы организовать бесшовный wifi дома посредством точек доступа, тогда рекомендуется применять ТД на каждом этаже и обходить места с арками и сквозными проемами, поскольку двойные стены существенно снижают уровень приема.

Существующие в пределах одной зоны точки доступа создают одну цепочку посредством коммутатора и сетевого кабеля (витая пара). Активизация ТД осуществляется посредством технологии PoE, поддерживаемой коммутатором. При монтаже оборудования, позволяющего организовать бесшовный wifi в квартире, важно учитывать длину сетевого кабеля, которая указывается в спецификации точек доступа. Зачастую данный показатель составляет 60-100 метров, который не является «приговором» для габаритных помещений. В таком случае можно использовать в монтажной цепочке промежуточный коммутатор или оснащение в виде PoE-инжектора.

WI-FI контроллер: что это такое и какое функциональное назначение данного оборудования

Современный контроллер работает на базе технологии Mesh, позволяющей синхронизироваться с точками доступа без монтажа кабельной сети. При этом, оборудование функционирует в режиме репитера и может синхронизироваться со сторонними ИТ-системами, такими как сервисы обнаружения месторасположения или Active Directory. Таким образом, бесшовный wi-fi — это цепь, в основе которой репитер, направленный на контроль и управление зависимых точек доступа.

Особенности работы таких устройств:

• Регулирование пропускной способности и мощности подаваемого сигнала с учётом синхронизированных устройств.
• Фиксация и отслеживание оперативности работы всех точек доступа исходя из нагрузки на них.
• Контроллер создаёт и обеспечивает оперативный wi-fi роуминг, тем самым, позволяя свободно перемещаться с портативным устройством в пределах зоны действия сети.
• Задействует активные точки действия для тех зон, где были ранее установлены отказы работы оборудования, увеличивая при этом диапазон покрытия сети.
• Контроллер создает веб-аутентификацию, обеспечивая разработку учетных записей, нацеленных на открытие «гостевых доступов» к сети.
• Мониторинг зоны покрытия, с выявлением качества радиосигнала, устранением помех в передаче данных посредством активизации точек доступа.

WI-FI контроллером может выступать программное обеспечение и устанавливаться на ПК или специальное оборудование. Современные производители также предлагают альтернативу — репитер в виде одной из точек доступа. Управление же отдельно стоящим оборудованием осуществляется посредством консоли или специального веб-интерфейса.

Популярные типы WI-FI контроллера или бесшовного роуминга

К числу лучших и востребованных производителей относят:

• Ruckus Wireless — технологичное оснащение из премиальных серий репитеров, которые обладают всеми самыми свежими инновациями и опциями, позволяющими сделать пользование контроллером и сетью комфортным и оперативным. Схожие по популярности ТМ, такие как Cisco, Aruba, Huawei, не могут претендовать даже на одну ступень с Ruckus, что делает данное оборудование таким дорогим и эксклюзивным. Производитель предлагает возможность организации дом wifi, где в цепочке будет до 100 точек доступа с клиентской базой до 1000 подключений. При этом в качестве контроллера выступает ТД, которая не уступает по скорости работы даже аналогам стационарной ориентации. Кроме этого, Ruckus Wireless предлагает сеть репитеров ZoneDirector или SmartZone, которые выступают альтернативой для использования до 30 000 точек доступа с оперативным обслуживанием свыше 300 тыс.подключений. Такое оборудование де-факто идеально подойдет для решения задач муниципальных организаций или крупных бизнес-центров. Кроме этого, такие контроллеры способны учитывать плотность использования wi-fi роуминга, усиливая активность точек доступа в местах скопления подключений — семинары, конференции, стадионы или концерты.
• Популярный сегмент технологичного оборудования middle-end дополнен также производителем Cambium Networks, который также предлагает решения в виде управления сетью без дополнительного оснащения и с ним. Изготовитель назвал свою систему autoPilot. Она способна поддерживать функциональность свыше 32 точек для синхронизации до 1000 клиентов, при это она ни в чем не уступает работе стационарного контроллера. В качестве доступных облачный систем для бесшовного роуминга можно использовать cnMaestro, которая позволяет синхронизировать одновременно до 25 тыс. беспроводных устройств посредством задействования 4000 ТД. Ассортимент производителя Cambium не пестрит разнообразием, но в нем Вы сможете найти секторные антенны адаптивные под стандарт 802.11ac Wave 2, а также модели MU-MIMO 4x4:4 для наружного и внутреннего подключения.
• Бюджетный вариант подключения — бесшовный wi-fi TP-LINK. Важно понимать, что данный производитель предлагает оборудование из линейки Enterprise— коммутаторы Smart, многофункциональные wi-fi репитеров и другая схожая техника. Стилистическое решение от TP-LINK — серия Auranet CAP. Особенность оборудования в возможности обслуживания до 1000 клиентов одновременно посредством задействования 500 точек доступа. Модели работают на базе стандарта 802.11k/v и оптимально подойдут для установки залов, где требуется обслуживание до 200-300 пользователей. Следующий репитер, представленный данным производителем — Omada Controller, выпускаемый в аппаратном исполнении и способный задействовать до 50 ТД. Кроме этого, для пользователей TP-LINK доступны облачные интерфейсы, устанавливаемые на системах Windows или Linux.
• Доступная и изысканная серия бесшовных контроллеров от Ubiquiti. Дизайнерские репитеры изготавливаются в стильном интерфейсе и имеют сравнительно невысокую цену при ощутимо высоком качестве. Идеальная и продуманная экосистема UniFi представлена коммутаторами, маршрутизаторами, wi-fi приемниками, предназначенными для организации систем видеонаблюдения, телефонии и даже «smart home». Кроме внешнего стилистического оформления оснащения, пользователю доступны интуитивно-понятные облачные сервисы управления с креативным дизайном. Важно, что получить доступ к персональным настройкам системы можно из любой точки мира без необходимости создания коннекта с IP-адресами, портами и т.д. Однако бесшовный wi-fi Ubiquiti не подойдут для организации free-доступа к сети для крупных компаний или организаций, где требуется бесперебойная работа с видеоприложениями.
• Mikrotik, TG-NET, Wisnetworks, Edimax — производители, занимающие невесомую долю рынка, однако вызывающие интерес среди ценителей недорогого и функционального оснащения.

Настройка WI-FI сети и проверка качества связи

Чтобы создать полноценную бесшовную связь, требуется синхронизироваться к контроллеру и выставить требуемые параметры работы оборудования. Современные репитеры зачастую автоматически подключаются к имеющимся точкам доступа, однако есть и такие, которые предусматривают прописывание плана помещения с расстановкой ТД, включая диапазон действия сети. Когда настройка выполнена корректно, с учётом спецификации оборудования и рекомендаций производителя, следует выполнить замер фактического уровня сигнала из разных точек зоны действия сети. Это выполняется для корректировки расположения ТД, прежде чем будет выполнен окончательный монтаж оснащения. Проверит уровень сигнала можно посредством бесплатных облачных сервисов, к числу которых относят:

• AirScout Live (Android);
• LizardSystems WiFi Scanner (Windows);
• Acrylic WiFi Home (Windows).

Подобное ПО позволит с точностью определить уровень сигнала, качество приема сети в различных участках квартиры, офиса или дома.

Защита бесшовного wi-fi подключения

 Развитие глобальной сети и расширение технологических возможностей пользователей привело к необходимости создания средств защиты беспроводных каналов связи. К наиболее популярным механизмам защиты относят набор инструментов WPA2. WPA2, принятых для стандарта IEEE 802.11i, и разработанных компанией Alliance.

Основа работы механизмов WPA2. WP в реализации аутентификации подключаемых к сети пользователей посредством протокола EAP. При отправке запрашиваемого пароля для синхронизации к каналу устанавливается защищенное соединение. Криптографический механизм сосредоточен на шифровании отправляемых сообщений методом AES или модификаций DES, где вместо классических слов и предложений используются случайные комбинации ключей, которые невозможно транслитерировать при перехвате данных. В случае несанкционированного доступа к переписке или отправке данных, осуществляется отброс передаваемого пакета и выдача ошибки передачи информации. Как можно обезопасить свою сеть:

• Использование символьных и цифровых паролей для верификации и подключения к радиосигналу (не менее 7 символов).
• Организация одной цельной сети MAC-адресов, куда будут включены, например, несколько планшетов, два ноутбука и 3 смартфона.
• Отключение SSID (рассылка идентификатора сети). Таким образом, никто не сможет отследить Вашу сеть wi-fi без использования особых устройств и знания уникального кода.

Если Вы хотите установить качественное оборудование и организовать индивидуальный вай фай дом, тогда обращайтесь за подробной консультацией к нашим специалистам. Мы подберем надежное оснащение с учетом всех выдвигаемых запросов к визуальной интерпретации и технической спецификации.