Az RF spektrum interferencia problémáinak tisztázása Hálózat üzemeltetőként a WLAN hálózat teljesítményével foglalkozunk. A teljesítmény optimalizálására törekszünk a végfelhasználók sebesség és/vagy kapcsolódási panaszainak minimalizálása érdekében. A vezeték nélküli hálózat tervezése és telepítése során számos híreszteléssel vagy rémtörténettel találkozhatunk az interferencia problémákkal kapcsolatban. E szakmai cikk célja, hogy tisztázza a vezeték nélküli hálózatok interferencia problémáival kapcsolatos 10 leggyakoribb mendemondát: 1. Interferencia problémák kizárólag más, 802.11 hálózatokból származnak. 2. A hálózat látszólag működik, úgyhogy bizonyára nem az interferencia a probléma. 3. Megvizsgáltam az RF spektrumot a telepítés előtt, így az összes interferencia-forrást megtaláltam. 4. A hálózatom automatikusan kezeli az interferencia problémákat. 5. Nagyszámú AP telepítésével képes vagyok úrrá lenni az interferencián. 6. Egy snifferrel analizálni tudom az interferencia problémákat. 7. A hálózat kezelési szabályzatom tiltja az interferenciát okozó eszközök használatát az épületben. 8. 5GHz-en nincsen interferencia. 9. A felmerülinterferencia problémák megoldására szakértt fogok alkalmazni. 10. Feladom. Az RF analízis túl kemény dió 1. ábra AirMagnet Spectrum XT Wi-Fi spektrum analizátor Kecskeméti Zsolt Az RF spektrum interferencia problémák tisztázása 1
1. Interferencia problémák kizárólag más, 802.11 hálózatokból származnak. Óriási mennyiségű 802.11 eszközt üzemeltetnek világszerte, melyek - más 802.11 hálózatokkal együtt - mind okozhatnak interferenciát hálózatunkban. Ezt a fajta interferenciát mellékcsatorna- (Co-Channel), és szomszédos csatorna (Adjacent Channel) interferenciának nevezzük. Mivel valamennyi 802.11 eszköz ugyanazon protokoll szerint működik, ezért ezek hajlamosak együttműködni, azaz két ugyanazon csatornán működő AP megosztja a csatorna kapacitását. Számos különféle típusú eszköz működik az engedély nélkül használható ISM (Industrial, Scientific and Medical; azaz ipari, tudományos és orvosi) és az UNII (Unlicensed National Information Infrastructure; azaz engedély nélküli nemzeti információs infrastruktúra) sávban, ahol a 802.11 hálózatok is működnek. Ilyenek például a mikrohullámú sütők, vezeték nélküli telefon készülékek, Bluetooth eszközök, vezeték nélküli video kamerák, kültéri mikrohullámú összeköttetések, vezeték nélküli játékvezérlők, Zigbee eszközök, fénycsövek (fluoreszkáló fények), villanymotorok, egyéb elektromágneses impulzust kibocsátó eszközök stb. Még egyszerű kontakthibák is okozhatnak szélessávú RF emissziókat, vagyis interferenciát. Ezek a nem 802.11 szabványú interferencia-források tipikusan nem működnek együtt 802.11 eszközökkel, és jelentős áteresztőképesség csökkenést (Throughput Loss) okozhatnak egy 802.11 hálózatban. Továbbá másodlagos hatásként okozhatnak például sebesség lecsökkentést (Rate Backoff) ahol az interferencia okozta újraküldések megtévesztik a 802.11 eszközöket és így arra ösztönzik őket, hogy a vártnál lassabb adatsebességet használjanak. 2. ábra Az AirMagnet Spectrum XT Wi-Fi spektrum analizátor megjeleníti a 802.11 spektrumban talált összes hálózati és a zavaró eszközöket egyaránt. Az engedély nélkül használható ISM sáv az FCC (Federal Communications Commission: Szövetségi Hírközlési Bizottság) kísérlete a nem szabályozott spektrum megosztására. Egyelőre még várjuk a gyakorlati eredményeket. A legjobb mód egy 802.11 hálózat működésének optimalizálására, ha eltávolítjuk vagy minimalizáljuk a hálózatra hatást gyakorló összes interferencia-forrást. 2 EQUICOM Méréstechnikai Kft. 2011 Minden jog fenntartva www.equicom.hu
2. A hálózat látszólag működik, úgyhogy bizonyára nem az interferencia a probléma. A 802.11 protokollt úgy tervezték meg, hogy az interferenciára bizonyos szintig rugalmasan reagáljon. Amikor egy 802.11 eszköz azelőtt érzékeli egy interferencia Burst felbukkanását mielőtt saját forgalmazását megkezdte volna, az interferencia Burst végéig felfüggeszti az adatforgalmat. Ha az interferencia Burst egy kimenő 802.11 átvitel közepén jelentkezik (aminek eredményeként a csomag nem kerül megfelelően átvitelre), akkor a nyugtázó csomag hiánya a küldőnél az adatcsomag újraküldését fogja generálni. Így végül a csomag általában átvitelre kerül. Ezen várakozások (Hold-offok) és újraküldések jelentős hatással vannak a vezeték nélküli hálózatok áteresztőképességére. Például a mikrohullámú sütők 50%-os kitöltési tényezővel bocsátanak ki interferenciát (a ki- és bekapcsolások körforgása 50Hz-es váltakozó áram esetén). Ez azt jelenti, hogy a mikrohullámú sütő, amely ugyanazon a frekvencián működik, mint az Ön egyik 802.11 AP-ja 50%-al képes csökkenteni a hálózat hatásos áteresztő képességét. Tehát egy 24Mbps elérésére tervezett hálózat sebessége adott esetben 12Mbps-ra csökkenhet a bekapcsolt mikrohullámú sütő közelében. Ha a WLAN-on csak az alapvető adathálózati alkalmazásokat használjuk (pl. szörfölés a weben) ez az áteresztőképesség csökkenés azonnal nem is tűnik fel. Azonban amint kapacitás és késleltetés érzékeny alkalmazásokat kezdünk használni, mint például a Voice over Wireless LAN (VoWLAN), az interferencia hatásainak kiküszöbölése kritikus kérdéssé válik. Ha az adatátviteli sebesség megközelíti a maximális adatsebesség 60%-át, akkor a hálózat teljesítménye drasztikusan csökkenni kezd, egészen a használhatatlanságig. A B oszlop egy 802.11b hálózatot mutat be 60%-os fenntartható Throughput-tal. A C oszlop is egy 802.11b hálózatot mutat be tipikus hálózati forgalommal, ahol nincs elegendő kapacitás a hozzáadott nagy sávszélesség igényű vagy stratégiai fontosságú alkalmazások, mint pl. a VoWLAN számára az interferencia jelenléte miatt. 3. ábra Egy 802.11 vezeték nélküli hálózat maximum 11Mbit/s adatátviteli sebességre van tervezve A oszlop (802.11nre már nem igaz) és tipikusan a maximális sebesség 60%-át, vagy kb. 6Mbit/s-t képes elviselni a Throughput sebességben. Az interferencia márpedig jelen van. Legfeljebb a WLAN hálózat kapacitása elfedi a problémát. Az interferenciagondok szinte biztosan jelentkezni fognak, amint olyan nagy sávszélesség igényű alkalmazásokat kezdünk használni a hálózatban, mint a VoWLAN. Kecskeméti Zsolt Az RF spektrum interferencia problémák tisztázása 3
3. Megvizsgáltam az RF spektrumot a telepítés előtt, így az összes interferenciaforrástmegtaláltam. Az egyik legnyugtalanítóbb probléma az interferenciával kapcsolatban hogy gyakran csak időszakosan jelentkezik. Előfordulhat, hogy az interferencia csak a nap meghatározott időszakaiban jelentkezik (amikor valaki a berendezést használja, pl. egy vezeték nélküli headset-et vagy mikrohullámú sütőt), vagy a hét bizonyos napjain. Hacsak nem hajtunk végre egy hosszabb időn át tartó RF Sweep-et (sávletapogatást), nagyon könnyű elszalasztani az időszakosan megjelenő interferencia-forrásokat. Még ha átfogó RF Sweepet is hajtottunk végre (pl. 24 órás folyamatos mérést végezve minden egyes területen), a körülmények idővel akkor is megváltozhatnak. Bármikor előfordulhat, hogy valaki új, interferenciát okozó eszközt, (pl. egy Bluetooth headsetet) kezd el használni a vezeték nélküli hálózati környezetben. Interferenciamentes környezetet tehát még ilyen időszakos Sweep-pel sem lehet igazából garantálni. A régi mikrohullámú készülékek RF interferenciát bocsátanak ki, így nagyon valószínű, hogy a 802.11 vezeték nélküli hálózatban interferenciát okoznak. Ha hosszabb időn át nem történik RF Sweep, a mikrohullámú sütő által okozott zavar rejtve maradhat. Az újabb, hagyományos, vagy inverter mikrohullámú sütők sem zavarvédettek. 4. ábra A mikrohullámú sütők rendszeresen egész nap használatban vannak. Az interferencia problémákat nem lehet csak úgy a szőnyeg alá söpörni. A vezeték nélküli hálózatára hatást gyakorló interferencia problémák időszakos ellenőrzéséhez gyors és egyszerű eljárásra van szükség. 4. A hálózatom automatikusan kezeli az interferencia problémákat. Az újabb Switch alapú WLAN infrastruktúra termékek közül többet úgy hirdetnek, hogy automatikusan kezeli az RF interferencia problémákat. A valóságban viszont ezen termékek képességeit egyaránt behatárolja a 802.11 chipset, amin alapulnak, illetve maga a 802.11 protokoll lehetőségei. Az infrastruktúra szolgáltatók 802.11-es chipsetekkel detektálhatják a nem 802.11 jeleket, vagyis magát az interferenciát. Válaszként pedig megpróbálhatják módosítani az AP-k 802.11 csatornáját azokon a területeken melyek interferencia hatása alatt állnak. Az AirMagnet Spectrum XT valós idejű frekvencia spektrumán akár egy Bluetooth telefon frekvencia ugrásának karakterisztikája is látható. 4 EQUICOM Méréstechnikai Kft. 2011 Minden jog fenntartva www.equicom.hu
A probléma ezzel a megközelítéssel az, hogy nem oldja meg az igazi problémát. Bizonyos interferáló eszközök (pl. Bluetooth, vezeték nélküli telefon, 802.11FH) ugyanis frekvenciaugrással működnek. Ezeknél az eszközöknél a csatorna módosítása nem lehetséges, ugyanis mindenhol jelen van a frekvencia sávban. Egy nagyméretű, cella alapú hálózatban még olyan eszközök számára is komoly kihívást jelent a csatorna kiválasztás, amelyek statikus frekvencián működnek. A probléma valódi megoldásához létfontosságú az interferencia forrásának analizálása (azaz a zavaró eszköz azonosítása és fizikai helyének meghatározása) abból a célból, hogy megtaláljuk a legcélravezetőbb megoldást az interferencia kezelésére. Számos esetben ez a legcélravezetőbb megoldás nem más, mint az eszköz eltávolítása a helyiségből. Más esetekben a megoldás az eszköz áthelyezése vagy leárnyékolása, hogy ne lehessen hatással a hálózatra. Az interferencia problémák automatikus kezelése kívánatos megoldás lenne, azonban egyelőre ez nem reális. 5. Nagyszámú AP telepítésével képes vagyok úrrá lenni az interferencián. A 802.11 AP-k olcsósága csábítóvá teszi a nagy sűrűségű telepítésüket. Például bizonyos hálózatokat úgy alakítanak ki, hogy minden szobában Access Pontot helyeznek el. Ez a telepítés azzal az előnnyel jár, hogy nagyban megnöveli a hálózat kapacitását azáltal, hogy lehetővé teszi a spektrum térbeli újrafelhasználását. Több szétszórt AP-t tartalmazó hálózat esetén valószínűbb hogy a felhasználó interferencia jelenléte ellenére is képes lesz használni a hálózatot. Sajnos, amikor AP-k sűrű hálózatának telepítése történik, szükség van a kisugárzott jel teljesítményének csökkentésére minden egyes AP esetén. Amennyiben a teljesítménycsökkentés nem történik meg, az AP-k között interferencia jön létre ez az úgynevezett mellékcsatorna (Co-Channel) interferencia. Az Access Pont átviteli teljesítményének csökkentése az interferencia védettség érdekében semmissé teszi a sűrű telepítésből adódó előnyöket. Tehát a valóságban az AP-k sűrű telepítésével a hálózat interferencia védettsége nem lesz jelentősen kedvezőbb, mint a kevésbé sűrű telepítés esetén. A vezeték nélküli hálózat tervezésekor figyelembe kell venni a mellékcsatorna (Co-Channel) vagy szomszédos csatorna interferenciát. Az ábra szerinti elrendezésben az AP-k közötti mellékcsatorna interferencia minimalizálható. Ésszerű döntés a hálózat kapacitásának felültervezése, de ez nem oldja meg az interferencia problémákat. Kecskeméti Zsolt Az RF spektrum interferencia problémák tisztázása 5
6. Egy snifferrel analizálni tudom az interferencia problémákat. A 802.11 csomag (Packet) Snifferek ugyanazzal a problémával küzdenek, mint a WLAN infrastruktúra berendezések. Csak azokkal az adatokkal képesek dolgozni, amit a 802.11 chipek továbbítanak nekik, ezért csupán az interferencia másodlagos jeleit képesek érzékelni, mint például a nagyszámú újraküldéseket, illetve az alacsonyabb adatsebességet. Nem képesek viszont az interferencia problémák elemzésére, az interferencia okának megállapítására, vagy a zavaró eszköz fizikai helyének megállapítására. A második nehézség a 802.11 chipekből érkező adatokkal kapcsolatban, hogy a teljesítmény-mérésük nincs hitelesítve (kalibrálva). Ezáltal a 802.11 chipből érkező adat az Access Pont (vagy más eszköz) jel erősségével kapcsolatban nem fejezhető ki abszolút dbm egységekben. Így nagyon nehéz megfejteni, hogy a 802.11 chipből érkező számok a valóságban mit is jelentenek. A jel erősségének abszolút dbm egységben való precíz kifejezéséhez megfelelően hitelesített mérőeszközre, például egy spektrum analizátorra van szükség. Az AirMagnet Spectrum XT valós idejű frekvencia spektruma a kibocsátott adóteljesítményt mutatja abszolút dbm egységekben. Az interferencia analíziséhez a megfelelő eszköz szükséges, egy egyszerűen használható spektrum analizátor. 7. A hálózat kezelési szabályzatom tiltja az interferenciát okozó eszközök használatát az épületben. Vezeték nélküli szabályzat kidolgozása az első fontos lépés egy interferencia probléma kivédéséhez. Azonban semmilyen szabályzat nem hatékony betartatás nélkül. A kérdés az, hogy hogyan lehet ténylegesen betartatni egy ilyen no wireless policy szabályzatot. A vezeték nélküli eszközök egyik legfontosabb tulajdonsága, hogy olcsók és könnyen beszerezhetők. Így előfordulhat, hogy az alkalmazottak ilyen eszközökkel (Blackberry eszközök, okos telefonok, PDA-k, Netbookok stb.) a zsebükben, táskájukban érkeznek a munkahelyükre, sokszor anélkül, hogy tudatában lennének annak, hogy ezzel problémát, vagyis interferenciát okozhatnak a vezeték nélküli hálózatban. A tulajdonosok gyakran nincsenek tudatában annak, hogy eszközeik működtetésével megsértik a vezeték nélküli szabályzatot. Fontos észben tartani, hogy bizonyos eszközök, Példák láthatóak vezeték nélküli eszközökre, melyek nem engedélyezettek a wireless free zónában. 6 EQUICOM Méréstechnikai Kft. 2011 Minden jog fenntartva www.equicom.hu
pl. a vezeték nélküli headsetek és a mikrohullámú sütők az üzleti élet szükséges kellékei lehetnek, így ezek használatát nem lehet teljesen megtiltani. Számítani kell arra, hogy a zavaró eszközök bejuthatnak az épületbe. Ezért szükség van egy eljárásra az engedély nélküli (zavaró) eszközök megtalálásához, majd az interferencia kezelése érdekében ezek eltávolítására vagy leárnyékolására. 8. 5GHz-en nincsen interferencia. Jelenleg az 5GHz-es sávban viszonylag kevés interferáló eszköz található legalábbis a 2,4GHz-es sávhoz képest, ez idővel változni fog. Úgy ahogy az interferencia elkerülése érdekében 900MHz-ről 2,4GHz-re már történt sávugrás előbb-utóbb hasonló ugrás várható az 5GHz-es sáv felé. 5GHz-en az interferencia ugyan ma még nem jelent problémát, de a jövőben ez változni fog. 9. A felmerülő interferencia problémák megoldására szakértőt fogok alkalmazni. Aki már huzamosabb ideje működtet WLAN hálózatot, az pontosan tudja mennyire gyakori, hogy a hálózat nem működik megfelelően. Ha az interferencia vizuálisan nem jeleníthető meg, akkor csupán találgatni lehet, hogy valóban ez okozza-e a problémát. Az interferencia láthatóvá tétele tehát fontos szempont az IT munkatársak számára, főleg amikor éppen a Vezérigazgató kéri számon rajtuk, hogy előző nap miért nem volt képes felcsatlakozni a hálózatra a konferenciateremből. Továbbá túl az irányítási kérdése-ken, szakértő megbízása az ilyen típusú problémák megoldására költséges és időigényes. Az AirMagnet Spectrum XT sávletapogató spektrogrammja minimális mértékű interferencia jelenlétét mutatja 5GHz-en, mivel a zöld és kék színek alacsony kibocsátást reprezentálnak. 5GHz-en már ma is üzemelnek vezeték nélküli telefonok, radarok, térfigyelő rendszerek, és digitális műholdak. A hálózat interferencia problémáinak orvoslását nagyon költséges és időigényes külső specialistára bízni. Szükség van az interferencia problémák gyors és egyszerű behatárolásának képességére a hálózatban. Miért költene RF szakértőre, ha a megfelelő eszköz használatával gyorsan és hatékonyan megoldhatóak az interferencia problémák? Szükség van arra a képességre, hogy a felmerülő interferencia problémák gyors meghatározásához ne legyen korlátozva egy RF szakértő rendelkezésre állása által. Kecskeméti Zsolt Az RF spektrum interferencia problémák tisztázása 7
10. Feladom. Az RF analízis túl kemény dió Csak semmi pánik. Az RF analízishez szükséges eszközök már elérhetőek, melyek használatával könnyebb átlátni az interferencia problémákat azok számára is, akik magukat vezetékes hálózati szakembernek, és nem vezeték nélküli szakértőnek tartják! A Fluke Networks AirMagnet Spectrum XT Wi-Fi spektrum analizátora detektálja, azonosítja és behatárolja az interferencia fizikai forrását a 802.11 WLAN hálózatokban. Az AirMagnet Spectrum XT egyszerűvé teszi az interferencia megtalálását a 802.11 WLAN hálózatokban a spektrumban működő eszközök felsorolásával, a hálózati eszközök mellett megjelenítve a zavaró eszközöket is. A megfelelő eszköz, mint az AirMagnet Spectrum XT Wi-Fi spektrum analizátor nagymértékben leegyszerűsíti a 802.11 WLAN-ok interferenciáinak detektálását, azonosítását és a helymeghatározási feladatokat.. Az AirMagnetről dióhéjban Az AirMagnet a Fluke Networks részeként piacvezető pozíciót tölt be a vezeték nélküli hálózatokra épülő biztonság, teljesítmény és megfelelőség kategóriában. Innovatív termékskála jellemzi, amibe beletartozik az AirMagnet Enterprise megoldás is, ami piacvezető a 24x7 WLAN biztonság és teljesítmény menedzsment és monitorozó megoldások között. Az AirMagnet WiFi Analyzer egy rendkívül kifinomult alapmű a WLAN hibaelhárítás és analízis terén. Más termékek biztosítják a WLAN tervezés és lefedettség vizsgálat lehetőségét, valamint RF interferencia vizsgálatot, távoli diagnosztikát, vagy a jelenleg egyedülálló Voice-over-WiFi analizáló megoldását. Az AirMagnet több mint 9500 ügyféllel bír világszerte, beleértve 75-öt a Fortune 100-ból. Kérjük kérdéseivel, észrevételeivel forduljon bizalommal munkatársainkhoz. www.equicom.hu A Spectrum XT szoftver magába foglalja az RF szakértők hatékony eszközeit és egy könnyedén használható interfészen keresztül lehetővé teszi az automatikus RF analízist a felhasználó számára. 8 EQUICOM Méréstechnikai Kft. 2011 Minden jog fenntartva www.equicom.hu