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O segredo por trás das redes sem fio que realmente funcionam

Há alguns anos, quando comecei a ter contato com redes sem fio corporativas, fiquei surpreso com a disponibilidade e performance que essas redes conseguiam oferecer para seus usuários. É claro que bons equipamentos e técnicos qualificados fazem muita diferença em projetos desse tipo, mas o recurso chamado Radio Resource Management (RRM) é, sem dúvida, o principal motivo pelo qual algumas superam as expectativas de seus usuários.

À medida que a adoção de redes sem fio foi aumentando, muitos problemas começaram a aparecer. A tecnologia foi originalmente projetada tendo como foco a utilização em residências ou em pequenos escritórios, que normalmente utilizam apenas uma célula (access point). Definir o canal e a potência de um único access point era algo trivial, mas à medida que o acesso móvel, em qualquer área das empresas, passou a ser uma das expectativas dos usuários, ajustar o canal e a potência de diversos Access Points demandava a realização de um verdadeiro estudo (site survey) do local que receberia a cobertura da rede sem fio.

Com a explosão de usuários e aplicações que funcionam através da rede sem fio, os clientes passaram a focar em projetos e implantações com foco no aumento da performance. Melhorar a performance nas redes sem fio não é como nas redes cabeadas, onde a prática mais comum baseia-se em adicionar capacidade de banda no dispositivo do usuário, como por exemplo, trocar uma interface de 100Mbps por uma de 1Gbps. Devido ao fato da banda disponível em uma célula sem fio ser compartilhada entre todos os dispositivos, já que eles utilizam do mesmo canal, Access Points adicionais são necessários para aumentar a capacidade da rede, mas se esses equipamentos não forem configurados de forma correta, eles podem piorar ainda mais a performance da rede, especialmente por conta de interferências. Assim como as redes sem fio com cobertura total nas empresas, as redes sem fio de alta densidade (que possuem muitos usuários) tornaram-se comuns e, com isso, os administradores de rede tiveram que lidar com um maior número de access points e, consequentemente, com problemas de rádio frequência. Novamente, se esses equipamentos não forem configurados corretamente, problemas como instabilidade e baixíssima performance afetarão os usuários.

Com um espectro finito, ou seja, com um número limitado de canais não sobrepostos, projetar uma rede sem fio, por menor que ela seja, também tem se tornado uma tarefa desafiadora. Mesmo tendo executado um perfeito site-survey, as RFs estão sempre mudando, e o que parece ser a melhor distribuição de canais e a melhor configuração de potência em um momento, pode tornar-se completamente sem condições de uso de um dia para o outro. É aí que entra o RRM.

O RRM permite que a rede sem fio analise constantemente as condições de rádio frequência do ambiente, ajustando automaticamente os níveis de potência e as configurações de canal de cada access point. Com isso, o RRM ajuda a mitigar problemas como interferências causadas por outros APs (figura 1 e figura 2), cobertura de sinal, etc. O RRM também reduz a necessidade da realização de site-surveys muito detalhados e cansativos, aumenta a capacidade da rede no geral e consegue compensar, automaticamente, os locais que perderam a cobertura da rede sem fio devido a falha de algum AP (figura 3). O RRM conta com dois algoritmos principais: DCA e TPC, descritos a seguir.

DCA – Dynamic Channel Assignment:

O algoritmo de DCA é executado pelo controlador de rede sem fio (WLC) responsável pelos access points, para definir o canal mais otimizado para cada um deles. Durante cada execução do processo de DCA, o WLC leva em consideração diversas métricas em seus cálculos, com o objetivo de determinar se há necessidade de alteração de canal. Os dados analisados são provenientes dos próprios access points, que, de tempos em tempos, enviam as informações sobre o ambiente de RF para o WLC. As métricas utilizadas são: Carga, Ruído, Interferência e Força do Sinal.

Todas essas métricas são, então, utilizadas pelo WLC com o objetivo de descobrir se algum outro esquema de canais iria resultar em um ambiente de rádio frequência melhor do que o utilizado atualmente. Se o cálculo mostrar que o ambiente pode ficar melhor (ao menos 5dB (SNR) no AP com pior performance) através da utilização de um novo esquema de canais, a mudança ocorrerá, automaticamente.

Na figura abaixo, represento a distribuição de canais na frequência de 2.4GHz, feita pelo DCA. A frequência de 2.4GHz dispõe de apenas 3 canais não sobrepostos (1, 6 e 11).

DCA1b

Figura 1 (DCA em 2.4GHz)

Com apenas 3 APs a tarefa nem parece tão difícil, mas as coisas complicam mesmo quando temos diversos APs.

DCA2b

Figura 2 (DCA em 2.4GHz e diversos APs)

TPC – Transmition Power Control

O TPC é utilizado para determinar o quão “forte” um AP escuta seus vizinhos para, então, decidir se é necessário diminuir a potência de transmissão (dos vizinhos), de modo a limitar o excesso de células sobrepostas e, principalmente, a interferência entre APs que estejam utilizando os mesmos canais (co-channel iterference).

Para que o TPC seja executado, é necessário um mínimo de 4 APs. Cada AP reporta para o WLC uma lista com todos os APs vizinhos (no mínimo 3), informando o quão forte cada um desses vizinhos é ouvido. O WLC, então, executa o algoritmo TPC para ajustar os níveis de potência de modo que o terceiro vizinho mais forte será ouvido com uma potência de -70dBm (esse é o valor padrão para equipamentos Cisco, e pode ser alterado) ou menos.

Para ilustrar seu funcionamento, imagine a seguinte situação: 5 APs são proveem rede sem fio para um andar de uma empresa. Após a execução do algoritmo TPC, o WLC determina que os equipamentos sejam ajustados para metade de sua potência máxima, dessa forma, diminuindo a interferência entre eles (co-channel), bem como a sobreposição de células. Um usuário com seu notebook decide conectar-se à rede sem fio, o que ocorre através do Access Point localizado no centro da figura abaixo.

TPC1A

Figura 3 (Usuário conecta-se na rede sem fio)

Vamos, agora, supor que o AP que está provendo rede sem fio para o usuário sofre uma falha elétrica (Figura 4), fazendo com que toda a área coberta por ele fique sem rede, afetando o usuário (Figura 5):

TPC2A

Figura 4 (Falha em AP)

TPC3A

Figura 5 (Área descoberta após falha de AP)

Após nova execução do TPC, que ocorre por padrão a cada 10 minutos, a configuração de potência de cada dispositivo será reajustada, compensando a falha do AP que atendia ao usuário. Dessa forma, a área seria novamente coberta e seu dispositivo se conectaria a outro Access Point (Figura 6).

TPC4A

Figura 6 (Potências reajustadas após execução do TPC)

Conclusão

O RRM e seus algoritmos DCA e TPC desempenham papéis extremamente críticos nas redes sem fio de hoje. Sem a ajuda deles, a experiência dos usuários costuma ser péssima. Para os administradores de rede, o RRM significa menos dores de cabeça no dia a dia e economia do tempo que seria gasto em resolução de problemas e ajustes de rede sem fio. Para os negócios, a tecnologia oferece aumento de produtividade e redução de TCO, através de uma rede com menos falhas e maior performance.

 

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