RUCKUS JA IGNITENET  DISTRIBUUTOR  WI-FI SÜSTEEMIDE EKSPERT SUURÜRITUSTE INTERNET 20+ AASTAT
Mis on Ruckus BeamFlex+ nutiantenn
Mis on Ruckus BeamFlex+ nutiantenn
  sildid:
  02/05/2019

Miks on Wi-Fi võrgus häired ja kust need tulevad ?  

IT tugiinimeste ja süsteemiadministraatorite käes on järjekordne keerukas tehnoloogia, millest tuleb välja võluda kasutajate rahuolu.  Miks see aga nii keeruline on ? Kui see järgnev igav lugeda on, siis anna see tekst oma IT juhile aga soovitan ikkagi ka sinul lugeda, sest olen selle teemaga pühendunult 20 aastat tegelenud ja olen käinud ka TTÜ-s teemal seminari pidamas ja valdan tõesti väga sügavalt wi-fi teemat väga mitmel tasandil.

Wifi on loavabal sagedusel toimiv juhtmevaba sidetehnoloogia ja õnnetuseks tohib nendel sagedustel töötada ka terve rida muid seadmeid. Sellises keskkonnas  on palju häireallikaid, bluetooth, privaatsed telefondies toimivad wi-fi tugijaamad, naabrite segavad tugijaamad, liikumisandurid  ja võrgus, kus on palju tugijaamasid, hakkavad need üksteist segama.

Vaba sageduse ühistöö parandamiseks on loodud kooseksistentsi parandavad standardid, mis üritavad valida optimaalseid parametreid ja sagedusi. Siiski on üks kõige suurem wifi häireallikas tänapäeval wifi võrk ise, näiteks võib siin tuua võrgu Tallinna , kus oli 30  2.4 GHz sagedusel töötavat tugijaama. See võrk jäi praktiliselt seisma kui kasutajate arv tõusis üle kriitilise paarisaja, mis teeb ainult 6 kasutajat keskmiselt tugijaama kohta.   Mõõtsime seda võrku õhust testseadmega terve nädala jooksul ja veendusime, et seadistutste muutmisega mitte midagi saavutada pole võimalik.  Tihti ongi nii, et klient ostab kalli võrgu ja kõik on korras kui kasutajaid on vähe, probleem tekkib alles hiljem kui koormus tõuseb. Kliendile öeldakse siis tavaliselt, et teil on häired, meie ei saa selle eest vastutada. Veel enam tehakse ülevaatus ja käiakse kõik ruumid läbi mõõtes signaalitugevust. Selline võrgu testimine on tänapäeva kasutustiheduse juures täielik kliendi ja enda petmine aga seda tehakse ikka massiliselt. Vaj a on modelleerida ja disainida võrk selliselt, et see toimiks ka soovitud koormuse all, nagu kesklinnas on näitke Forum, Viru, Radisson, Swissotell hotellides tehtud. Seda tehgi eelmisel kümnendil kui kasutajaid oli 10 korda vähem.

Probleem ongi selles, et 2.4 GHz sagedusele mahub kas kaks või kolm sõltumatut tugijaama ja kahjuks kehtivad samad reeglid ka kõrgemate 5 GHz sagedusala kohta, sest seal on kiirused suuremad ja kanalid sellevõrra laiemad, õnneks on 5 GHz väiksema leviulatusega ja probleem natuke lihtsam aga samas ootused suuremad.

Kuidas käitub  wi-fi võrk selliste häirete juhul ? Kasutaja näeb seda tavaliselt kiiruse langusena ja üsna tuntavalt !  Tehnoloogilised põhjused on häirtaseme tõus, mis sunnib kliente saatekiirust vähendama või lihtsalt hõivatuse olukord, kus saatja ootab naabrite järel. Seda nimetatakse kollisiooni vältimise algoritmiks, mis on kohustuslik igale wifi seadmele.

Kõik see meenutab džunglit öises pimeduses, kus sa oled täiesti kaitsetu ja vajad väga kavalaid lahendusi, et päeva lõpuks ellu jääda. Ammu ei aita siin võimsuste alandamine (kliendiseadmed seda sünkroonis ei tee) ja sageduste vahetamine, mis mõlemad on katastroofilise mõjuga, võimsuse alandamisega langevad kiirused ja sagedused on lihtsalt kõik hõivatud  ning pidev muutmine loob ahelreaktsiooni. Ei aita ka kindlasti tugijaamade  tiheduse tõstmine, näiteks igasse ruumi paigaldamine (va. Juhul kui seinad on täiesti raadiolainetele ekraniseerivad), sest seadmet hakkavad üksteist segama veelgi rohkem.

Mis on lahendus ?

Siin ei aita süsteemiadministraatori võimekus kasutajaliideses ühte või teist parameetrit muuta, see rong on läinud juba 5 aastat tagasi. Võrgu loomiseks tuleb teha analüüs, modelleerimine, raadiotehniliselt korrektne teostus ja kasutada arukaid häirete vältimise tehnikaid.

Ruckus Wireless BeamFlex+ nutiantenni tehnoloogia !

R710 802.11 Wave 2 4x4:4 MU-MIMO BeamFlex+

Juhitav suundatenn, mis see on ?

Selline lahendus võimaldab  mitme tugijaamaga võrgul parandada signaalitee tõhusust keskmiselt 10 korda ja enam (raaditehniliselt on õiged numbrid 10-15 dB), tavaseadmetega peaksite siis võimsust ja leviala suurust vähendama vastavalt neli korda ja samuti paigaldama olulselt rohkem tugijaamsid. Reaalses elus oleme päris palju konkurentide seadmeid välja vahetanud ja seadmeid on näitks ladudes kolm korda vähem ja tüüpilises kontorihoones poole vähem.

Screen Shot 2017-01-31 at 23.59.46

Kuidas see toimib ?  Ruckuse tugijaam  (pääsupunkt, AP) toetab samal ajal kõiki tavapäraseid standardlahendusi ja suudab töötada meie kogemusel 150 üheaegse kliendiga( speksides 500) – antenn valib kasutades ekspertsüsteemi, mida tänapäeval ka tehisintellektiks  nimetatakse, igal ajahetkel iga kliendi jaoks optimaalseima antenni suuna ja ka polarisatsiooni. AP-del on selliseid kombinatsioone 500-1500 erinevat.  Ruckus on sellistele lahendustele registreerinud sadu patente.

Palju suurem leviala ja kiirus ning vähem leviauke ?

Leviala ja kiirused on suuremad ning süsteem töötab stabiilsemalt kui tavalahendus, sest näiteks kliendiseadme asend käes või ruumis ei mõjuta levitingimusi Ruckusega nii palju. Tugijaam suudab selles olukorras pidevalt oma antennisüsteemi koahandada. 

Vabal sagedusel on lubatud maksimaalne saatevõimsus, tavaantenniga ei saa maksimaalset võimsust aga staatilise suunatuse tõttu kõigisse ruumipunktidesse tekitada, siin on aga BeamFlex+ hea abimees kiirate energia maksimi just sinna, kus täpselt vaja ja härides võimalikult vähe naabreid.

Müügimees ütleb siin kohe, et meil on Beamforming tehnoloogia nüüd 802.11ac standaris, jah seda kasutab Ruckus ka aga tehnolooga on oma olemuselt mitmesse omni kiirgurisse saadetava signaali liitmisel tekkiv interferentsimustri loomine. Need pildid on siseruumides väga häirerikkad ja samuti lõikavad ära kasutada suurekiirusega MIMO tehnikat.  Vaata siit, kuidas tavapärane 801.11ac beamforming töötab.

Vastuvõtt on ülitundlik ja toimib alati just õiges polarisatsioonis, see kõik võimaldab 5 GHz peal tahvelarvutit kasutada Tallinnas Tondil tehtud testis 400m kaugusel õues. Selline lahendus on ideaalne suurte väliladude ja logistikaalade katmiseks ja toimib näiteks ka Muugal konteinerterminalis.

Tugijaamad ei sega üksteist!

Tugijaamad ei sega üksteist enam nii palju ja seetõttu on suure koormuse tingimustes kasutajate maksimaalne arv ja läbilaskvus isegi 10 korda suurem. See tuleb eriti välja suurtes võrkudes ja näiteks väga suure tihedustega üritustel, kus on tuhat kasutajat ühes avatud ruumis. Ja tihti on see ainus viis saada tööle tänapäeval ka vana 2.4 GHz tehnoloogia, kus on väga palju häireid.

Märgatav elektrienergia kokkuhoid

Keskmine elektritarve väheneb oluliselt, sest energiat ei paisata ruumis kõikidesse suundadesse ja säästuna on enamasti 7-8W piires.

Tundub tühine number aga kui teil on objektil 250 tugijaama ja igaüks nendest säästab 5W, tähendab see 1.25 KW ja seega 1.25 KW x 24 h  x 356 p = 10950 KWh. Selline erinevus tulenev atnennitehnikast ja optimaalsest elektroonika disainist. Lisaks on vajatakse tugijaamu kolmandiku võrra vähem, millest võib arvutada, et ära jäänud 75 3x3:3 MIMO tavatugijaama kulutaksid veel 18W   1.35 KW x 24 h  x 356 p = 11826 Kwh. Need näited on toodu Tartu Ülikooli kliinikumide baasi. Seega kogusääst on 20000 KW/h. Tänase tõusva elektrikulu puhul tähendab see viie aataga 10000 €  säästu.

Levi takistuste taha

Läbimatute takistuste taha saab laine levida difraktsiooni või peegelduste kaudu, mõlemal signaali kaod märgatavad ning sõltuvad väga palju ruumi paigutusest. Näiteks on lihtne demoda  kui Ruckuse võrgus minna metallist furgoonauto taha, ei katke side, nagu see juhtub paarisaja meetri kaugusel tavalise Wi-Fi tehnoloogaga. Esimene test saigi tehtud 250m kaugusel ja imestatud, kuidas saab levi tungida nii kvaliteetselt sõiduato sisekabiini, isegi ukse taga istmel, kus plekist kere varjas igasuguse nähtavus, oli veel levi 50%.

Tihti ongi vaja nutiantenni arukust, et igal ajahetkel kasutada õiget peegelpinda, signaali polarisatsiooni ja suunda, et mitte tekitada niigi rasketes olukorras kümneid eri peegeldusi ehk mitme tee fiidinguid.

 Meie enda testid näitavad levi olemasolu õuest siseruumidesse, samuti minnes tesele poole 9 kordset maja jne.  Tavalahendus loob aga väga suure arvu peegeldunud signaale, millest vastuvõtja enam aru ei saa.  Sarnane probleem on ka näiteks suures autoosi täis laos, kus kõigil riiulitel on torud, autorehvid, metallist detailid ja veel kõik muutub iga päev.  Sellist võrku ehitada on olnud Ruckus BeamFelxiga väga lihtne.

Kollisioonide vältimine ehk üheaegne töö ning kiirus 10x parem

Wi-Fi tugijaamad tuleb paigutada kohtadesse, kus nad näeksid võimalikult palju kliente. Kahjuks on sellisel juhul näha ka väga palju häireallikaid ja teisi tugijaamu. Tavalahenduse puhul tuvastsab selline tugijaam pidevalt õhus liiklust ja ootab enamus ajast õhu vabanemist ja kiirus langeb nende ootamiste tõttu väga madalaks.

Lihtsalt täiesti võimatu on leida ajahetke häiretega õhus, et oma pakett ära saata. Paljud IT inimesed ei tea, et wi-fi saatja peab sellisel juhul arvestama mistahes samal sagedusalas ja kanalil toimivate saatjatega ja nende suthes viisakas olema. CSMA/CA on sellise algortimi lihtsustatud nimi.

Kuidas BeamFlex+ tõstab kordades kliendi kiirusi ?

Siin ei tule juttu signaalitugevusest, vaid keeruliste ruumi peegeldustingumusi ärakasutavate signaaliedastussüsteemide optimeerimisest, selle tehnika üldnimetus on MIMO (Multiple Input Multiple Output).

Tänapäeva Wi-Fi standardid saavutavad oma suure kiiruse saates ruumis mitut signaali samal sagedusel üheaegselt. Lahendus tundub alguses täiesti terve mõistuse vaba aga järgnev seletab tavaelu mõistes sellle tehnika lahti.

Tavakeeles on seda väga lihtne seletada teie kahe kõrva kaudu, te saate kõrvadega päris hästi aru, kust poolt signaalid tulevad ja seda tänu kõrvade difraktsiooni tekitavale kujule isegi kolmedimensionaalselt.  Kui teie kõrvad aga asendada kahe isotroopse ehk kõigist suundadest ühte moodi signaali tuvastavate mikrofonidega (tavaline wifi lahendus sarnaneb sellele), ei saaks te suurt mitte midagi aru, mis ümbruses toimub.) Veel raskem oleks midagi kuulata suurte peegeldustega ruumis, näiteks siledate seintega võimlas.

Teil on aga ilmeksimatult selge, kas singaal tuleb eest või tagant paremalt jne.  

MIMO puhul ongi vaja selliseid signaale õhust eraldada, on vaja nad kõigepealt õhku saata optimaalselt ja siis ka vastu võtta, BeamFlex+ on MIMO suhtes täiesti ühilduv ja toimib korraga nelja ruumilise andmekanaliga. Tavakeeles tähendab see näiteks seda, et 130Mb kiirusest saab 300 Mb/s ja vastavalt 1.3 Gb/s 11ac standardi seadmega.

Tavatehnika jääb siin aga mitmel tasandil hätta, esiteks ei saa signaali vastu võtta ja saata ruumile ja kliendi asukohale optimaalse eristusvõimega ja seetõttu toimivad MIMO kiirused tihti ainult sama ruumi piires. Veelgi raskemaks läheb olukord kui kasutusele tuleb Beamforming, sellisel juhul peab MIMO välja lülitama ja sama antenni kasutama hakkama beamforminguks, seega kiirus langeb kaks korda.

Uus Wave2 standard  MU-MIMO ja BeamFlex !

Uusim 802.11ac Wave 2 standard defineerib MU-MIMO protokolli, mis võimaldab klientidid jagada erinevateks gruppideks ja omistada neile ruumis samal sagedusel erinevad kanalid. Siin on selguse huvides (et võrrelda BeamFlex+ eeliseid) hea tuua analoog valguse levimisega. Näiteks kui koridoris põleb kaks ümmargust hõõglampi ja te olete toas ning peate aru saama, kummalt pirnilt valgus tuleb, on see peaaegu võimatu ülesanne kui need pirnid on teineteisest veel 20 cm kaugusel.  Kui aga mõlemale pirnile on kinnitatud reflektor ja nad saadavad signaalid täiesti eri suunas ja veel lisaks eri polarisatsioonis (silmaga seda ei näe aga spetsiaalse polaroid  filtriga näiteks küll), on täiesti võimalik ära arvata, kumma valgusvihuga on tegemist, me ei peagi tegelikult selgeks saama kumb on kumb, vaid lihtsalt suutma neid eristada. Selliselt siis suudavad endale sõltumatu sidekanali valida kaks mobiiltelefoni, mis on selles kirjeldatud toas. Siit saame Ruckus BeamFlex+ tehnoloogiaga palju suuremad üheaegsete kasutajate hulgad. Eriti oluline oleks see koolides, kus tunni ajal seadmed olulsielt ei liigu või kontorites.  Loodame ise, et tulevikus näeme seadmetes 150 üheaegse kasutaja asemel numbteid 250-300.

Miks sellist antennilahenust nagu Ruckus BeamFlex siis teised ei tee ?

Süsteem on keerukas ja põhineb keerukal matemaatikal, enamus wifi tootjaid ei omagi mitte mingisugust raadiotehnilist ekspertteadmist. Lihtsalt ostetakse valmis IP (Intellectual Propery) ja integreeritakse see tootesse. Tegeletakse küll erinevate halduste ja sideprotokollidega aga lihtsuse mõtte on analoogtaseme raadiotehnika jäetud väga primitiivseks, nii on see kahkuks ka kõigil suurimatel tootjatel.  Mikroskeemide tootja lahendus on aga võimalikult  laiale kasutajaskonnale sobiv. Seega ei erinegi enamuse suurte wifi tootjate lahendus raadiotehnilselt peaaegu üldse.  Sama probleem on veelgi tõsisem kliendiseadmetel, kus ruumi on tavaliselt vähe ja disainerid nõuvad metallist korpusi ja üha õhukesemat korpust.  Õnneks siiski paar erandit on ja mõistus pole veel maailmast kadunud.

Kohe ütlevad oponendid, et meil on ju 802.11ac Beamforming ?

Tõepoolest, BeamFlex ja Beamforming koos annavad ülihea tulemuse, sest suudetakse luue suur ala, kuhu signaali ei kiirata, see tähendab et naabrid võivad seal rahulikult toimetada ja me ei pea paketi saatmisel nendega igal ajahetkel ootama.

Ehk signaalitee suunamine ? BeamFlex+ ja Beamforming on kaks täiesti eri asja, esimene on kõrgsageduslik antennitehnika ja teine puhtalt signaaliöötluse tasandil (vahesagedus) toimiv eri faasis signaalide saatmise tehnika. Kuigi need kaks tehnikat teinetest ei välista ja peavad töötama Ruckus zoneflex tugijaamdes üheaegselt, on Beamformingust üsna vähe kasu just suurtes võrkudes ja küllaltki ilus on see süsteem kodulahenduses või väikekontoris ühe tugijaamaga.  Seletused on siin lihtsad

Beamformingu käivitamine ei luba kasutada MIMOt ja kiirus väheneb koheselt kordades, samas on seda beamformingut just vaja seal levi äärealal, kus kiirus niigi väike on.

Beamforming ei tööta 802.11n ja vanemate standarditega, seega just äärealadel, kus 802.11ac wifi enam ei tööta ja kiirus võetakse alla vanale standardile kaob igasugune tõhusus.

Beamforming ei vähenda häireid ja ei suuna tegelikult signaale õhus, tehnika loob interferentsi mustri, mis on oma geomeetrialt sümmetriline ning signaalid levivad mitmest antennist kõigisse ruumi punktidesse. Seega selleks et ühte kohta luua paremat signaali (kahe antenni puhul 3dB ehk kaks korda), on ka väga paljudes muudes ruumi osades suurem signaalitugevus.

Beamformingu saab tööle panna siis kui klient on teinud sounding algoritmi alusel mõõtmise, seega sõltub tõhusus paljuski kliendi implementatsioonist ja lisaks liikuvusest.

Kokkuvõtteks on lihtsalt hea teada, et on suur vahe suundantennil ja häiremustril õhus, pilte võib vaadata www.3kgroup.ee weebilehelt.  Ja tuleb lihtsalt arvestada, millises keskkonnas üks või teine tehnika töötab.  Inimesed lihtsalt arvavad, et kui see tarkvara sisse lülitada, siis nendest kahest traadijupist wi-fi seadme küljes hakkavad lained kuidagi kindlas suunas minema, sedasi on müügimehed siin seal kirjeldanud. Aga nii ei ole, need elektromagnetlained lähevad kahest antennist sama moodi ruumis igas suunas laiali. Kui te ei tea, mis on inteferentsi muster, siis kõige parem on minna vaadata mõõdukalt tuulise ilmaga Tallinna lahes toimuvat, kus erinevad lained loovad ühes kohas kõrgemaid harjasid ja teises kohas jälle madalamaid.       


LOE EDASI
support@3kgroup.ee
map-markerfacebook-squarephone-squareskypecommenting