Cisco ClientLink: Улучшаем качество Wi-Fi с технологией формирования луча (beamforming)

Стандарт 802.11n обеспечивает значительное повышение производительности в таких аспектах как пропускная способность, надежность канала и предсказуемость. Переход к стандарту 802.11n дает существенные преимущества, однако в большинстве организаций будет принят поэтапный подход к миграции. В течение ближайших нескольких лет многие сети, предположительно, будут поддерживать комбинацию прежних клиентов 802.11a/g и новых клиентов 802.11n. Причина, по которой прежние клиенты должны будут продолжать работу в течение некоторого времени, заключается в том, что полный цикл обновления ноутбуков на предприятии составляет от 3 до 5 лет. А в некоторых отраслях, таких как производство, розничная торговля и здравоохранение, замена устройств может занимать еще больше времени.

В комбинированных средах прежние клиенты 802.11a/g вносят задержки в обмен данными для клиентов 802.11n и снижают производительность системы. Осознавая потребность организаций в защите своих вложений в устройства 802.11a/g, компания Cisco разработала новую технологию, позволяющую перенести преимущества устройств 802.11n в части производительности на устройства 802.11a/g, тем самым увеличивая полезный срок их службы.

Большинство решений 802.11n обеспечивают улучшение характеристик восходящего канала, идущего от клиента к точке доступа. Уникальность технологии Cisco ClientLink состоит в том, что она обеспечивает улучшение характеристик как восходящего, так и нисходящего канала, идущего от точки доступа к клиенту. Это очень важно, поскольку значительная часть повседневного трафика в беспроводной локальной сети, формируемого при просмотре web-ресурсов, работе с электронной почтой и загрузке файлов, проходит в нисходящем направлении. Повышение пропускной способности нисходящего канала для наиболее медленных клиентов улучшает качество обслуживания не только для этих клиентов, но и для всех остальных клиентов в сети. Результатом является более надежный роуминг и общее увеличение емкости сети.

Компания Cisco добавила в набор микросхем Wi-Fi функциональность расширенной обработки сигналов. Для фокусирования передачи данных в направлении клиента 802.11a/g используется несколько передающих антенн. Это позволяет повысить соотношение «сигнал-шум» и скорость передачи данных в нисходящем канале на большом расстоянии и тем самым сократить пробелы в покрытии и улучшить производительность системы в целом. В этой технологии определяется оптимальный путь для объединения сигналов, полученных от клиента, а затем эта информация используется для отправки пакетов обратно клиенту по оптимальному пути.

Данная технология также известна как «формирование диаграммы направленности MIMO» (Multiple-Input Multiple-Output — множественные приемные и передающие антенны), «формирование диаграммы направленности передачи» или «синфазирование», и она является единственным в отрасли решением корпоративного класса, не требующим дорогостоящих антенных решеток.

Формирование ДН (Beamforming) - это подход в формировании радиосигнала, который используется для улучшения направленных свойств антенной системы при излучении или приеме сигнала. Направленные свойства достигаются при использовании фиксированных или адаптивных конфигураций ДН, как в направлении приема, так и передачи радиосигнала. Выигрыш определяются КУ, показывающим, во сколько раз направленные свойства антенной системы отличаются от ненаправленной антенны. Адаптивное формирование ДН не увеличивает дальность действия точки доступа, так как широковещательная передача и мультикаст-пакеты передаются на все клиентские устройства (ненаправленная ДН).


Современные Wi-Fi системы используют 3 различных типа формирования ДН:

1. Электронное формирование ГЛ ДН (Electronic Beamforming, Chip-level beamforming / Cisco ClientLink) – принятый сигнал представляется в виде суммы дифференциально взвешенных сигналов в каждом канале приемника, результаты измерений используются для подстройки выходных характеристик нескольких передатчиков для оптимизации характеристик сигнала (фазы) в направлении приемного устройства (клиента).

2. Электронное переключение ГЛ ДН (Switched Beamforming, Switched Antenna-based beamforming) – используется несколько антенных элементов в различных комбинациях для передачи максимально возможного для данного клиента сигнала. Постоянное переключение пространственных направлений снижает общую производительность и эффективность системы, особенно на границе зоны действия, в условиях высокой плотности расположения клиентов и при их роуминге.

3. Физическое формирование ДН (Fixed Antenna-based beamforming) – направленная антенна обеспечивает улучшение уровня сигнала и снижение интерференции во всех направлениях в каждый момент времени.




На рисунке слева-направо представлены формирования ДН: физическое, электронное переключение и электронное формирование, соответственно.

Технология Электронного формирования ДН (Chip-based beamforming) на бумаге звучит лучше, чем в реальности. Мы знаем, что в теории формирование луча должно экономить энергию. Нам требуется усиливать сигнал только в нужном направлении, а также снижать мощность всех сигналов, которые не помогают этому лучу. Проблема же здесь заключается в том, что мы работаем со всенаправленными антеннами (omni-antenna), поэтому контроль над лучами не такой явный.

Чтобы лучше визуально это представить, обратитесь к Falstad’s Antenna Applet и выберите Broadside Array в ниспадающем меню. Можно увеличивать число антенн, играть с расстоянием между ними и менять силу сигнала. Как вы увидите, две всенаправленные антенны не позволяют отойти от вещания большого числа лучей, поэтому и энергия тратится в ненужных направлениях (эти ненужные лучи часто называют "задними лепестками/backlobe"). Конечно, если лучи распространяются и в "паразитных" направлениях, то они могут привести к внутриканальным помехам и ухудшить нужный нам сигнал.





Приложение Falstad’s Antenna Applet доступно онлайн.

Важное замечание для точек доступа Cisco AIR AP1250 и AP1140:

- Beamforming поддерживается только для схемы модуляции OFDM (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing (мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов)), т.е. только для стандартов 802.11a (5GHz) и 802.11g (2.4GHz), у которых скорость передачи данных для этой модуляции составляет: 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48 и 54Мб/с.
- Beamforming НЕ поддерживается для схемы модуляции DSSS/CCK (Direct Sequence Spread-Spectrum Complementary Code Keying), т.е. для стандарта 802.11b (2.4GHz), у которого скорость передачи данных составляет: 1, 2, 5.5 и 11Мб/с.
- Точки доступа должны поддерживать стандарт 802.11n (есть по-умолчанию).
- Как минимум 2 антенны должны быть активированы на передачу сигналов (есть по-умолчанию).
- Все 3 антенны должны быть активированы на прием сигналов (есть по-умолчанию).
- Должны быть включены скорости передачи данных для OFDM-модуляции (есть по-умолчанию).

Включение ClientLink глобально на всех точках доступа на Wi-Fi-контроллере (WLC) в GUI:
1. Переходим в раздел 'Wireless' -> '802.11a/n' (для 5GHz) | '802.11b/g/n' (для 2.4GHz);
2. Ставим флажок напротив параметра 'ClientLink';



Аналогичным образом можно изменить конфигурацию для конкретной точки доступа ('Wireless' -> 'Access Points' -> 'Radios' -> '802.11a/n' | '802.11b/g/n' ... ).

Включение ClientLink на WLC в CLI.Проверяем, что ClientLink включен:
Включение ClientLink на автономных точках доступа (на примере AP1142-N-R):
Проверяем, что ClientLink включен:Мониторим, для каких клиентов в данных момент задействован ClientLink:Пояснения:

- beamform ofdm - включает ClientLink для стандартов с OFDM-модуляцией;
- beamform rssi 50 - устанавливает минимальный порог мощности сигнала -50dBm ('Signal Strength : <..> dBm', можно посмотреть командой 'sh dot11 associations all-client'), ниже которого (-51, -52,...) для конкретного клиента будет включаться Beamforming.