Clase No.3 - Cobertura y Capacidad en Redes Inalambricas 802.11 (Ing. Raul Pineda)

06/02/2016

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Ing. Raul Pineda

Consideraciones de Cobertura

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Proporcionar cobertura y capacidad en un diseo WLAN resuelve muchos problemas. Problemas de roaming y los problemas de interferencias suelen ser mitigados con antelacin si las tcnicas de diseo de WLAN adecuada se realizan, as como una inspeccin exhaustiva del lugar. A continuacin, se discuten muchas consideraciones que deben ser abordados para proporcionar una cobertura adecuada, la capacidad y el rendimiento dentro de una zona de cobertura 802.11.

Cuando las estaciones clientes se alejan de un punto de acceso, la capacidad de ancho de banda disminuye, esto se logra mediante el uso de un proceso conocido como conmutacin de tasa dinmico (DRS). Los puntos de acceso pueden soportar mltiples velocidades de datos en funcin de la tecnologa de espectro ensanchado utilizado por la tarjeta de la radio del AP. Por ejemplo, un HR-DSSS (802.11b) de radio soporta velocidades de datos de 11, 5.5, 2 y 1 Mbps. La velocidad de transmisin de datos aumentar entre el punto de acceso y las estaciones cliente, si este ultimo se desplaza mas cerca del AP, de dependiendo de la calidad de la seal entre las dos tarjetas de radio, como se muestra en la Figura.

Cobertura y Capacidad Otros Ejemplos de Aplicacin Tecnologas Propietarias

Dynamic rate switching

Como resultado, las transmisiones entre dos tarjetas de radio 802.11b pueden estar en 11 Mbps en 30 pies, pero a 2 Mbps en 150 pies.


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DRS tambin se conoce como Dynamic rate shifting, Adaptive rate selection, y Automatic rate Selection. El objetivo de DRS es cambiar ascendente y descendente la velocidad de transmisin para la optimizacin de esta y para mejorar el rendimiento. Efectivamente, las velocidades de datos ms bajos tendrn zonas concntricas ms grandes que la cobertura de las mayores velocidades de datos, como se muestra en la Figura

Data rate coverage zones


Los algoritmos utilizados para la conmutacin de velocidad dinmica son propietarios y estn definidos por los fabricantes de tarjetas de radio. La mayora de los vendedores basan el DRS en los umbrales de Received SignalStrength Indicator (RSSI) , las tasas de error de paquetes y en las retransmisiones. La mtricas RSSI se basan generalmente en intensidad de la seal y la calidad de la seal. En otras palabras, una estacin podra cambiar hacia arriba o hacia abajo las tasas de datos basadas tanto en intensidad de la seal recibida en dBm y, posiblemente en el valor relacin de seal a ruido (SNR) . Debido a que los proveedores implementan DRS de manera diferente, puede haber dos tarjetas de clientes cuyo fabricante es diferente en el mismo lugar, mientras que un cliente se est comunicando con el punto de acceso a 5,5 Mbps y el otro est comunicndose a 1 Mbps. Por ejemplo, un Fabricante puede desplazar la velocidad de datos hacia abajo de 11 Mbps a 5 Mbps a -70 dBm mientras que otro fabricante puede cambiar entre las dos mismas velocidades de datos a -75 dBm. Tenga en cuenta que DRS funciona con todas los estndares 802.11 PHY. Por ejemplo, el mismo desplazamiento de tasas tambin se producir con radios ERP-OFDM cambiando entre 54, 48, 36, 24, 18, 12, 9, y 6 Mbps velocidades de datos. Como resultado, hay una correlacin entre la calidad de la seal y la distancia desde el AP.


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A menudo se recomienda una buena prctica apagar las dos velocidades de datos ms bajas de 1 y 2 Mbps en el diseo de una red 802.11b/g. Esto se puede hacer por dos razones: la contencin del medio (Medium Contention) y el problema del nodo o estacin oculta. En la siguiente figura, se ver que mltiples estaciones cliente estn en la zona 1 Mbps, y slo un cliente solitario est en la zona de 11 Mbps. Recuerde que la conexin inalmbrica es un medio semi-dplex y slo una tarjeta de radio puede transmitir en el medio a la vez.

Una radio que transmite una trama de datos 1500 bytes a 11 Mbps podra ocupar el medio de 300 microsegundos. Otra de transmisin radial a 1 Mbps por segundo puede tardar 3.300 microsegundos para entregar ese mismo 1500 bytes. Tarjetas de radio que transmiten a velocidades de datos ms lentos ocuparn el medio mucho ms tiempo, mientras que las radios ms rpidas tienen que esperar. Si mltiples tarjetas de radio quedan en los bordes exteriores de clulas y transmiten a velocidades ms lentas consistentemente, el rendimiento percibido para las tarjetas que transmiten a tasas ms altas es mucho ms lento debido a que tienen que esperar para transmisiones ms lentas. Por esta razn, demasiadas radios en las clulas exteriores 1 y 2 Mbps pueden afectar negativamente al rendimiento.


Todas las tarjetas de radio acceden al medio en una manera pseudoaleatoriasegn se ha definido por CSMA/CA.


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Uno de los errores ms comunes que muchas empresas hacen al implementar una WLAN es configurar varios puntos de acceso todos en el mismo canal. Si todos los puntos de acceso estn en el mismo canal, se da innecesariamente una sobrecarga de la contencin medio. Como se ha aprendido, CSMA/CA dicta las comunicaciones half-duplex, es decir slo una radio puede transmitir en el mismo canal en un momento dado.

Por ejemplo: Si un punto de acceso esta transmitiendo en el canal 1, todos los puntos de acceso cercanos y clientes en el mismo canal deferirn sus transmisiones. El resultado es que el rendimiento se ve afectado negativamente: los puntos de acceso y clientes cercanas tienen que esperar mucho ms tiempo para transmitir porque tienen que tomar su turno. La sobrecarga de contencin del medio que se produce debido a que todos los puntos de acceso estn en el mismo canal se denomina interferencia co-canal (CCI). En realidad, los radios 802,11 funcionan exactamente como se define por los mecanismos de CSMA/CA, y este comportamiento realmente debera llamarse la cooperacin co-channel. La sobrecarga debido a la contencin del medio causada por la interferencia co-canal es un resultado de un diseo de reutilizacin de canal inadecuado.


Cochannel interference


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Por favor, no confundir a la interferencia de celda adyacente con la interferencia co-canal. Sin embargo, la interferencia de celda adyacente es tambin un resultado de un mal diseo con respecto a la reutilizacin de canal. Las clulas de cobertura superpuestas tambin tienen espacio de superposicin de frecuencias de las clulas adyacentes que se traducir en datos daados y retransmisiones de capa 2. En la siguiente figura se ver que los canales 1 y 4, los canales 4 y 7, y los canales 7 y 11 todos tienen espacio de frecuencia que se superponen.

2.4 GHz nonoverlapping channels


La interferencia de celda adyacente es un problema mucho ms grave que la interferencia co-canal debido a los datos daados y retransmisiones de capa 2. Un diseo adecuado reutilizacin canal es la respuesta a ambas co-canal y la interferencia de celda adyacente.

Adjacent cell interference


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Para evitar la interferencia co-canal y la interferencia de celda adyacente, un diseo de reutilizacin de canales es necesario. Una vez ms, se necesitan clulas de cobertura superpuestas de RF para el Roaming (itinerancia), pero las frecuencias de superposicin deben ser evitadas. Los nicos tres canales que cumplan estos criterios en la banda ISM de 2,4 GHz son los canales 1, 6 y 11 en los Estados Unidos. Clulas de cobertura superpuesta, deben ser colocados en un patrn de reutilizacin de canal similar a la que aparece en la siguiente figura. Un patrn de reutilizacin canal WLAN tambin se conoce con el nombre de arquitectura de canal mltiple (MCA). Arquitectura WLAN con clulas de cobertura que utiliza tres canales a 2.4 GHz, o numerosos canales a 5 GHz superpuestos, sera considerado una arquitectura de canal mltiple.


2.4 GHz multiple channel architecture


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Cabe sealar que es imposible evitar todos los casos de interferencia co-canal cuando se utiliza un patrn de reutilizacin de tres canales a 2,4 GHz, porque los clientes tambin causan interferencia co-canal. Segn lo representado en la siguiente figura, si un cliente est en los bordes exteriores de una clula de cobertura, las transmisiones del cliente pueden propagarse hacia otra celda utilizando el mismo canal. Todas las radios en la otra celda deferirn su transmisin debido a las transmisiones del cliente en mencin.

Clients and cochannel interference


Reutilizacin de canales tambin se deben utilizar en las bandas de 5 GHz UNII. Si todas las bandas UNII estn legalmente disponible para las transmisiones, un total de 23 canales puede ser utilizado en un patrn de reutilizacin de canal en 5 GHz. Puede que no sea necesario el uso de los 23 canales; Sin embargo, ms canales, es mucho mejor.

La Figura que a continuacin se muestra representa un patrn de reutilizacin de canal en la banda de 5 GHz utilizando los 12 canales disponibles en UNII-1, UNII-2, y UNII-3. Aunque por definicin la IEEE, menciono que todos los canales de OFDM a 5 GHz son considerados no solapados, en realidad, existe cierta superposicin de la banda lateral de frecuencia de los canales adyacentes. Es la prctica se recomiendan que cualquier clula de cobertura adyacentes utilice una frecuencia que es al menos este dos canales separados y no utilizar una frecuencia adyacente. Siguiendo esta simple regla evitar la interferencia de celda adyacente de la superposicin de banda lateral.


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5 GHz multiple channel architecture


Como se muestra en la figura anterior, la segunda prctica recomendada para el diseo reutilizacin de canales a 5 GHz dicta que siempre haya al menos dos celdas de distancia (espacio de cobertura) entre dos puntos de acceso que transmiten en el mismo canal. Siguiendo esta regla evitar la interferencia co-canal desde los puntos de acceso y muy probablemente tambin de los clientes. La seal del cliente tendr que propagarse una mayor distancia y por lo tanto se debe atenuar a una amplitud por debajo del piso de ruido antes de que la seal llegue otra clula de cobertura que utiliza el mismo canal.


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Es necesario pensar siempre tridimensionalmente al disear una arquitectura de patrn de reutilizacin de canal mltiple. Si los puntos de acceso estn desplegados en varios pisos en el mismo edificio, ser necesario un patrn de reutilizacin, como el de la siguiente figura. Un error comn consiste en implementar un diseo de molde mediante la realizacin de una inspeccin del lugar en una sola planta y luego la colocacin de los puntos de acceso en los mismos canales y los mismos lugares en cada piso. Una inspeccin del lugar debe realizarse en todas las plantas, y con frecuencia los puntos de acceso deben ser escalonados para permitir un patrn de reutilizacin de tres dimensiones.


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Threedimensional channel reuse


Adems, las clulas de cobertura de cada punto de acceso no deben extenderse ms all de ms de un piso por encima y por debajo del suelo sobre el que se monta el punto de acceso.

No es apropiado asumir siempre que la cobertura llegara a otros pisos y por lo tanto proporcionar suficiente intensidad de seal y calidad. En algunos casos, los suelos son de hormign o acero y permiten muy poco que la seal, pase a travs de ellos. Como resultado, es absolutamente necesaria un estudio de cobertura.


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Ejemplos de Aplicacin

260 m260 m260 m260 m

600 m600 m600 m600 m

Tomas RJ45 (100BASE-TX) disponibles por todo el almacn para conexinde los AP

Antenas omnidireccionales de mstil de alta ganancia (5,2 dBi)

Canal 1Canal 1Canal 1Canal 1

Canal 1Canal 1Canal 1Canal 1 Canal 13Canal 13Canal 13Canal 13

Canal 13Canal 13Canal 13Canal 13Canal 7Canal 7Canal 7Canal 7



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260 m260 m260 m260 m

600 m600 m600 m600 m







Tomas RJ45 (100BASE-TX) disponibles slo en un lado del almacnAntenas Yagi (13,5 dBi) y Dipolo diversidad(2,14 dBi)


260 m260 m260 m260 m

600 m600 m600 m600 mEdificioEdificioEdificioEdificio PatioPatioPatioPatio

Antenas dipolo diversidad (2,14dBi) en las aulas y de parche (8,5 dBi)montadas en pared para el patio


Canal 1Canal 1Canal 1Canal 1Canal 11Canal 11Canal 11Canal 11




Aula 5Aula 5Aula 5Aula 5

Aula 1Aula 1Aula 1Aula 1

Aula 6Aula 6Aula 6Aula 6 Aula 7Aula 7Aula 7Aula 7 Aula 8Aula 8Aula 8Aula 8

Aula 2Aula 2Aula 2Aula 2 Aula 3Aula 3Aula 3Aula 3 Aula 4Aula 4Aula 4Aula 4

PasilloPasilloPasilloPasillo


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Tecnologas Propietarias

Algunos fabricantes, Meru Networks y Extricom (entre otros), estn ofreciendo una solucin de diseo de canal WLAN alternativa conocida como la arquitectura de un solo canal (SCA). Imagnense una red WLAN con mltiples puntos de accesos en donde todos transmiten en el mismo canal y todos compartiendo el mismo BSSID. Las estaciones cliente ven las transmisiones en un solo canal, con un SSID (identificador WLAN) y un BSSID (identificador capa 2 ). Desde la perspectiva de la estacin de cliente, slo existe un punto de acceso. En este tipo de arquitectura WLAN, todos los puntos de acceso en la red se pueden implementar en un canal de las bandas de frecuencia de 2,4 GHz o 5 GHz. Las Transmisiones de enlace ascendente y de enlace descendente son coordinados por un controlador de WLAN en un solo canal 802.11 de tal manera que los efectos de la interferencia co-canal se reducen al mnimo.

Primero vamos a discutir un nico BSSID. La arquitectura de un solo canal consta de un controlador WLAN y mltiples puntos de acceso. Como se muestra en la figura, cada AP tiene su propia tarjeta de radio con su propia direccin MAC; Sin embargo, todos comparten un BSSID virtual que se emite desde todos los puntos de acceso.


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Single channel architecture


Debido a que los mltiples puntos de acceso anuncian slo una direccin MAC virtual individual (BSSID), estaciones clientes creen que estn conectados a un solo punto de acceso, aunque pueden estar pasando a travs de mltiples puntos de acceso fsicos.

En un sistema de arquitectura de canal nico (SCA), los clientes piensan que estn asociados a un solo AP, por lo que nunca iniciaran un roaming de capa 2. Todas las transferencias de roaming son manejados por un controlador WLAN central.

Segn lo representado en la siguiente figura, la principal ventaja es que los clientes experimentan un tiempo cero de transferencia y los problemas de latencia asociados con tiempos de itinerancia (romaing) se resuelven.

Los AP virtuales utilizado soluciones SCA es potencialmente una excelente solucion para telfonos VoWiFi y soluciones 802.1X/EAP. Como sabran, el tiempo medio que participan en el proceso de autenticacin EAP puede ser 700 milisegundos o ms.


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Cada vez que una estacin cliente se pasa a un nuevo punto de acceso, se requiere reautenticacin cuando usa una solucin de seguridad 802.1X/EAP. VoWifi requiere una transferencia de roaming de 150 ms o menos. El BSSID virtual elimina la necesidad de reautenticacin en itinerancia fsicamente dentro de una nica arquitectura de canal y por lo tanto un tiempo cero handoff.

Zero handoff time


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