Wi-Fi Mesh: все что нужно знать о ячеистых сетях

Рейтинг: 4/5 - 34 голосов

Обновлено: 01.09.2019

Беспроводные Mesh сети подходят для офисов, загородных домов и предприятий, которым необходимо в кратчайшие сроки обеспечить подключение в условиях, где сложно проложить кабель, например это коттеджи с завершенной внутренней отделкой, арендуемые помещения или временные офисы, проведение конференций и мероприятий на открытых площадках.

Беспроводная ячеистая сеть существует с ранних времен Wi-Fi, и в последнее время ей уделяется все больше внимания. Для корпоративного рынка и домашнего сегмента Wi-Fi Mesh система особенно актуальна в условиях, когда нецелесообразно использовать кабели.

Что такое Wi-Fi Mesh и как работает эта технология?

У слова Mesh много значений и одно из них переводится как ячейка сети.

Wi-Fi Mesh использует несколько устройств в помещении, чтобы создать единую бесшовную сеть. Каждый из них называется «узлом», и все они работают вместе, чтобы распространять Wi-Fi сигнал на весь дом или офис. Один узел обычно подключается к маршрутизатору через Ethernet кабель, а остальные узлы располагаются в тех помещениях, где вам нужен Wi-Fi. Поддерживается автоматическое подключение клиента к любому узлу с самым сильным сигналом, а при перемещении обеспечивается бесшовный Wi-Fi роуминг.

Для небольших ячеистых сетей может потребоваться только одна сетевая точка доступа, подключенная к проводной сети. Крупные сети требуют подключения нескольких ячеистых точек доступа к сети для поддержки беспроводных подключений.

Mesh систему можно рассматривать как группу обычных роутеров, они все равны между собой (сеть одноранговая), после включения их в электрическую розетку они настраиваются через мобильное приложение на смартфоне и автоматически подключаются к другим участникам сети. За счет использования алгоритма адаптивной динамической маршрутизации при соединении узлов выбираются оптимальные маршруты. Многие поставщики поддерживают IEEE 802.11v, 802.11k и 802.11r, что обеспечивает плавный бесшовный перевод клиента с одного узла сети к другому даже при передаче потокового HD видео. Возможна работа в двух диапазонах частот 2,4 ГГц и 5 ГГц, при этом обеспечивается механизм Band Steering и Beamforming. На 2019 год устройства поддерживают 802.11ac и MU-MIMO до 3 пространственных потоков.

Какие функции могут быть заложены в Mesh узлы?

AP Steering

При перемещении беспроводных клиентов между соседними Mesh узлами с поддержкой AP Steering клиент автоматически будет подключен к соседней точке доступа с наиболее сильным сигналом.

Backhaul

Транспортный канал, по которому пакеты данных передаются между узлами Mesh сети и затем отправляются в Интернет. На рынке есть трехдиапазонные системы, где транзитное соединение происходит на отдельном 5 ГГц канале. Те же точки могут иметь гигабитные Ethernet порты для организации проводного транзитного соединения, но для этого потребуется сверлить отверстия в стенах и тянуть кабель, что не всегда возможно.

Band Steering

Эта функция помогает определять, поддерживает ли клиентское устройство двухдиапазонное подключение (т.е. оснащен ли клиент Wi-Fi адаптером, который может работать на частотных диапазонах 2,4 или 5 ГГц). Точка будет автоматически подталкивать двухдиапазонных клиентов к подключению к наименее перегруженной сети, которая обычно работает в полосе частот 5 ГГц.

BeamForming

Дополнительная функция стандарта 802.11ac и 802.11ax , которая улучшает использование полосы пропускания беспроводной сети за счет фокусировки радиосигналов, чтобы больше данных достигало клиента и меньше излучалось в атмосферу. Маршрутизатор с поддержкой формирования луча знает, где находятся его клиенты в физическом пространстве и способен фокусировать радиосигналы, которыми они обмениваются с клиентами.

Двухдиапазонный или трехдиапазонный

Двухдиапазонный Wi-Fi-маршрутизатор работает в двух отдельных сетях: одна на полосе частот 2,4 ГГц, а вторая на менее загруженной полосе частот 5 ГГц. Некоторые типы трехдиапазонных маршрутизаторов разделяют полосу частот 5 ГГц, используя одну полосу каналов, доступных в спектре 5 ГГц, для создания второй сети, и другую полосу каналов в этом спектре для работы третьей сети. Существуют трехдиапазонные маршрутизаторы которые работают с сетями в диапазонах 2,4 и 5 ГГц, а третья сеть использует спектр, доступный в диапазоне 60 ГГц, хотя в последнее время эта технология потеряла популярность.

Ethernet-порты

Маршрутизатор должен иметь как минимум два проводных Ethernet-порта (100 Мбит/с или 1 Гбит/с). Один порт (WAN или глобальная сеть) подключается к вашему широкополосному шлюзу (например, по оптике). Другой (LAN или локальная сеть) подключает любого проводного клиента. Некоторые сетевые Wi-Fi-маршрутизаторы имеют автоматически настраиваемые порты, которые становятся WAN или LAN в зависимости от настроек. Вы можете увеличить количество Ethernet портов, подключив коммутатор к одному из портов локальной сети.

Mesh узлы обычно имеют два Ethernet порта, поэтому они могут служить беспроводным мостом для устройств, у которых нет собственных адаптеров Wi-Fi. Кроме того, вы можете использовать один из портов узла для передачи данных с помощью витой пары, которая на другом конце подключена к маршрутизатору. Гостевая сеть. Это виртуальная сеть, которая предоставляет вашим гостям доступ к Интернету, блокируя доступ к вашим компьютерам, сетевым хранилищам и другим сетевым клиентам.

Топология сети звезда vs Mesh

В топологии "звезда" каждая точка беспроводного доступа обменивается пакетами данных непосредственно с маршрутизатором. В ячеистой сети точки беспроводного доступа, удаленные от маршрутизатора, могут передавать пакеты данных через своих ближайших соседей, пока пакеты не достигнут маршрутизатора (и наоборот).

MU-MIMO

Аббревиатура MU-MIMO обозначает многопользовательский, множественный вход / множественный выход. MIMO описывает способ отправки и приема более одного сигнала данных с использованием одного и того же радиоканала. Это достигается с помощью метода, известного как пространственное мультиплексирование. В своей первоначальной реализации в маршрутизаторах клиентские устройства должны были по очереди обмениваться данными с маршрутизатором в стиле циклического перебора. Переключение происходило достаточно быстро, поэтому прерывания были незаметны, но это снижало общую скорость передачи. Эта схема известна как SU-MIMO (однопользовательский MIMO). Как вы уже, наверное, догадались, MU-MIMO позволяет нескольким клиентским устройствам обмениваться данными с маршрутизатором одновременно без прерывания, что значительно увеличивает скорость передачи. И маршрутизатор, и клиент должны поддерживать MU-MIMO, чтобы эта схема работала.

Многопользовательский MIMO на прием и передачу

Пространственные потоки (Spatial Streams)

Мультиплексированные сигналы, описанные в MU-MIMO выше, называются пространственными потоками. Количество радиоприемников и антенн в маршрутизаторе определяет, сколько пространственных потоков он может поддерживать; и метод, используемый для кодирования данных, в сочетании с шириной полосы канала определяет, сколько данных может поместиться в каждом потоке. Маршрутизатор 802.11ac, использующий каналы шириной 80 МГц, может обеспечить пропускную способность примерно 433 Мбит/с на один пространственный поток.

Пространственные потоки работают параллельно, поэтому их добавление сродни добавлению полос на дороге. Когда маршрутизатор MIMO 2x2 802.11ac (два пространственных потока для передачи и два для приема) может обеспечивать пропускную способность до 867 Мбит/с, маршрутизатор MIMO 4x4 802.11ac может обеспечивать скорость до 1733 Мбит/с. Конечно, это все чисто теоретические числа, и они не учитывают издержки протоколов, соотношения сигнал/шум, картину интерференции и другие факторы, поэтому на практике такую высокую производительность не получить.

Родительский контроль

Интернет может небезопасным местом для посещения его детьми. Родительский контроль в маршрутизаторе предоставляет некоторую защиту, ограничивая места,.куда можно ходить, а куда нельзя. Можно устанавливать ограничения по времени, в течение которого устройству разрешено находиться в сети. Реализация методов и их эффективность сильно различаются у разных производителей. Но самая лучшая защита, это вести открытый и откровенный диалог со своими детьми.

Качество обслуживания (QoS)

Описывает способность маршрутизатора идентифицировать различные типы пакетов данных, проходящих по сети, и затем назначать этим пакетам более высокий или низкий приоритет. Например, потоковое видео или вызовы VoIP (передача голоса по Интернет-протоколу) должны передаваться с более высоким приоритетом, чем загрузка файлов, поскольку первые не допускают прерываний. Ожидание загрузки файла намного предпочтительнее, чем просто глючное видео.

Оценки скорости Wi-Fi

Поставщики обычно продают свои маршрутизаторы 802.11ac (и клиентские адаптеры Wi-Fi 802.11ac), комбинируя значения пропускной способности для каждой из сетей маршрутизатора. Двухдиапазонный маршрутизатор, способный выдавать 400 Мбит/с в полосе частот 2,4 ГГц и 867 Мбит/с в полосе частот 5 ГГц, можно охарактеризовать как маршрутизатор AC1300 (с округлением до 1267, естественно). Конечно, вы не сможете использовать пропускную способность 1300 Мбит/с (или даже 1267 Мбит/с), потому что невозможно объединить сети 2,4 и 5 ГГц. Но классификации, по крайней мере, дают точку сравнения.

Чем Wi-Fi Mesh отличается от WDS и Wi-Fi Range Extender

Хотите усилить Wi-Fi сигнал и расширить зону беспроводного покрытия в загородном доме или офисе? Тогда нужно понимать разницу между расширителем Wi-Fi (Wi-Fi Range Extender) и системой Mesh.

Технология ячеистой Wi-Fi сети отличается от функции распределенной беспроводной системы (WDS - Wireless Distribution System), поддерживаемой большинством маршрутизаторов и точек доступа. Хотя обе могут расширять сеть Wi-Fi без использования Ethernet, между этими двумя технологиями есть некоторые существенные различия. Mesh - это, по сути, более умная версия WDS, которую проще настраивать и развертывать.

Недостатки WDS

Обычно WDS позволяет настроить точки доступа для беспроводного подключения к другой точке, имеющей проводное сетевое соединение. Беспроводные соединения с узлами AP обычно являются статическими и требуют ручной настройки MAC-адресов.
Кроме того, количество беспроводных каналов между AP ограничено, и безопасность / шифрование беспроводных AP может быть затруднено.
Кроме того, каналы WDS обычно используют тот же радиоканал, что и обычный трафик Wi-Fi, а это снижает производительность сети.

Любой нод сети может беспроводным образом подключаться к другим узлам Mesh сети, которые имеют проводное или беспроводное соединение с сетью. Такие точки доступа, как правило, имеют выделенный радиоканал для связи между ячейками, а обычный двухдиапазонный АР обслуживает Wi-Fi пользователей.

WLAN соединения между Mesh узлами самонастраивающиеся, и поддерживают самовосстанавливающиеся многолучевые соединения. Это помогает упростить настройку и обеспечивает лучшую надежность. Спроектировано все таким образом, что если одна AP ячейки выходит из строя или среда изменяется и отрицательно влияет на беспроводную линию, произойдет поиск другой AP ячейки или лучшего пути к хосту (то, что подключено проводом к Интернет-каналу).

Расширители (бустеры) Wi-Fi сигнала

Wi-Fi Extender- это простое устройство, которое расширяет зону покрытия Wi-Fi сигналом, ретранслируя его дальше в ваш дом. Wi-Fi расширители также иногда называют Wi-Fi “бустерами” или “ретрансляторами”, но означает это одно и тоже - они расширяют зону покрытия вашего Wi-Fi-сигнала. Эти устройства обычно подключаются к домашнему маршрутизатору через Wi-Fi, но некоторые модели также допускают подключения через Ethernet или Powerline.

Принцип работы расширителя Wi-Fi сигнала

Если установить расширитель диапазона, он напрямую свяжется с маршрутизатором и будет ретранслировать свой сигнал, часто в виде собственной отдельной Wi-Fi сети. В итоге вы получите две сети - например, "MyNetwork" для верхних этажей и "MyNetwork_EXT" для нижних. При этом устройства останутся подключенными к одной из сетей до тех пор, пока они полностью не выйдут из зоны ее действия. Если вручную не переключаться между сетями во время движения у вас будет слабый сигнал и маленькая скорость в нескольких точках вашего дома.

Недостатки Wi-Fi расширителей

Повторение Wi-Fi сигнала неэффективно - расширитель просто прослушивает каждый пакет и ретранслирует его. Там нет внутренней логики, которая отправляет пакеты по нужному маршруту.
Большинство расширителей диапазона сокращают полосу пропускания вдвое, поскольку беспроводная связь является полудуплексной. Это означает, что они не могут отправлять и получать информацию одновременно, а это замедляет процесс передачи данных.

Когда ячеистые сети лучше подходят, чем традиционные точки доступа?

В некоторых случаях имеет смысл рассмотреть развертывание системы Mesh, а не традиционных точек доступа, в офисе, в коттедже. И это будет намного быстрее и дешевле в местах, где не заложен кабель.

Mesh системы применяют, когда трудно или невозможно тянуть кабели.

Это может быть, например историческое здание, где строительные работы запрещены.
Мероприятия и конференции в общественных местах, где необходимы временные внутренние или наружные сети.
Они также отлично подходят для съемных площадей, таких как офисы, где нет СКС.

Плюсы использования Mesh сетей

Mesh позволяет легко и быстро "затыкать" дыры в емкости сети (никаких "мертвых" зон) и изменять плотность покрытия путем добавления новой AP.
Установка и управление большинством ячеистых сетей очень просты, поскольку они управляются с помощью сопутствующего мобильного приложения.
Расширение сети даже с большим количеством узлов происходит просто подключением узлов к электрической розетке.

Недостаток у ячейстой сети по сравнению с Wi-Fi усилителем один – это цена.

Проблемы развертывания сетей Wi-Fi

Пропускная способность является одним из наиболее важных факторов, которые необходимо учитывать, прежде чем переходить на ячеистую Wi-Fi сеть. В ситуациях, когда требуется максимальная пропускная способность и самая высокая скорость, традиционные точки доступа подходят лучше. В конфигурации ячеистой сети вам приходится бороться со значительной потерей пропускной способности от одного повторителя к другому. При каждом беспроводном соединении между узлами пропускная способность падает примерно на 50% по сравнению с предыдущей AP.

В некоторых случаях проблема пропускной способности с точечными точками доступа может быть приемлемой, особенно с учетом скоростей передачи данных, предлагаемых 802.11ac и поддержкой MU-MIMO. Падение пропускной способности может быть не заметной, если пользователи будут выполнять обычную работу в Интернете. Но если многим пользователям необходимо использовать приложения с высокой пропускной способностью, такие как потоковое видео высокой четкости или загрузка больших фотографий деградация скорости будет очевидна.

При использовании Mesh сетей нужно уделить отдельное внимание размещению узлов и учитывать количество, длину и качество сигнала беспроводных каналов между нодами. Как правило, требуется не более трех прыжков назад к точке доступа хоста, которая имеет проводное соединение с сетью. При проектировании так же нужно помнить, что точки доступа нужно запитывать от электрической розетки, и это может стать ограничением в их размещении.

Имейте в виду, что в большинстве случаев вам потребуется больше Mesh узлов для покрытия определенной области, чем при использовании традиционных точек доступа. Ноды должны быть расположены как можно ближе друг к другу, чтобы они могли эффективно взаимодействовать между собой.

Совместимость

Несмотря на давний стандарт 802.11s от IEEE и более поздний стандарт Wi-Fi EasyMesh от Wi-Fi Alliance, большинство Mesh точек доступа не совместимы между различными поставщиками. Таким образом, имеет смысл придерживаться одной марки и, возможно, той же модели.

Заключение

Точные функции, ограничения и производительность могут сильно различаться среди поставщиков AP.

Ubiquiti Networks, например, предлагает линию ячеек с UAP-AC-M и UAP-AC-M-PRO, но у них нет третьего радиоканала, выделенного для связи ячеек между собой. Ubiquiti называет свою функциональность Wireless Uplink и она поддерживается большинством современных поставщиков AP. Даже устаревшие точки доступа Ubiquiti поддерживают Mesh, но технология ограничена одним беспроводным переходом. Новая линия точек доступа уже поддерживает многоскачковые или последовательные узлы беспроводной сети.

На сайте OpenMesh рассказано все о ячеистых сетях. Большинство их точек доступа включают только два радиоканала, но A62 предлагает 3. После слияния с Datto поставщик теперь также включает в свои сетевые предложения маршрутизаторы и коммутаторы.

Samsung и Cambium Networks также предлагают Mesh. Другие поставщики, такие как Cisco и Aruba Networks, предоставляют функциональность ячеистой сети во многих своих традиционных моделях AP.