TurboCell – pro venkovní WiFi

V dnešní době se často hovoří o různých bezdrátových standardech pro přenos dat. Zejména o IEEE 802.11x. Málokdy jsou však používány tak jak mají a jen málokdo ví o dalších možnostech těchto standardů.
Standard IEEE 802.11 začal vznikat už počátkem devadesátých let pod skupinou Wireless Local Area Networks Standards Working Group. Jejím úkolem bylo definovat bezdrátové LAN (tj. Wireless LAN -WLAN) v bezlicenčním pásmu 2,4 GHz jako alternativu k běžnému drátovému Ethernetu. Dnes je nejrozšířenějším standardem verze 802.11b, někdy také označován jako WiFi. Ovšem velmi často je používán k účelům, kterým neměl původně sloužit a v rozporu s Generální licencí Českého telekomunikačního úřadu (ČTÚ) č. GL - 12/R/2000.

Nebyly určeny pro outdoor, ISP a WAN

Při původním návrhu vycházela konstrukce přenosových protokolů z předpokladu, že jednotlivé bezdrátové koncové stanice (STA) a přístupové stanice – access pointy (AP) jsou umístěny na poměrně malém prostoru (desítek maximálně stovek metrů). Vzhledem k malé vzdálenosti a všesměrovým anténám, signál šířený anténami těchto stanic přijímají prakticky všechny stanice v rámci jedné buňky, s možností synchronizace přístupu k mediu.

Přístupové systémy poskytovatelů připojení k internetu (ISP), případně privátní WAN sítě, pracují ve zcela odlišných podmínkách. Přístupová buňka má podstatně větší rozměry (řádově stovky metrů až kilometry), koncové stanice používají směrové antény, které znemožňují vzájemnou slyšitelnost těchto stanic. Zásadně se tím mění podmínky pro řízení přístupu k médiu. To spolu s dalšími specifikami internetového provozu, jako je délka přenášených paketů a potřeba limitace pásma jednotlivým klientům, vede k podstatnému snížení propustnosti multipointu ISP při použití standardních WLAN protokolů, obzvláště při rostoucí zátěži a počtu připojených stanic.

TurboCell

Řešením by mohla být speciální protokolová nadstavba TurboCell pro venkovní aplikace.

Výhody oproti IEEE 802.11

IEEE 802.11 problém/nedostatek Řešení TurboCell
Nízká propustnost při krátkých paketech -- “Super-frame” agregace
Problém “skrytých” stanic při Point-to-Multipoint instalacích -- Adaptive Dynamic Polling Algorithm

-- Vypnutí “Fall Back” mechanismu

Chybí správa pásma -- Maximum Information Rate (MIR)

-- Committed Information Rate (CIR)

-- Maximum Propagation Delay (MPD)

Agregace krátkých paketů

Ve standardní bezdrátové síti 802.11x jsou pakety přenášeny po jednom a s poměrně velkým overhead (záhlaví a zápatí rámců a paketů), potřebným k synchronizaci radiového kanálu a protokolární řízení. Vzhledem k přepínanému provozu vysílání/příjem dochází také k časovým mezerám (gap 1100 bajtů) mezi pakety. To vede ke značným ztrátám propustnosti, takže skutečná propustnost přenosu může být zlomkem přenosové rychlosti radiového kanálu. Toto je velmi aktuální pro provoz na internetu, kde 60 % paketů je délky 100 bajtů nebo kratší. Skutečná propustnost při délkách paketů například 64 bajtů může klesnout až na 16% přenosové rychlosti. Naopak při délkách paketů nad 1500 bajtů je dosaženo optimální propustnosti. To vše navíc platí za ideálních podmínek, při reálném provozu, kdy dochází k poruchám přenosu a opakování paketů, je situace ještě horší. TurboCell řeší tento problém agregací krátkých paketů do jednoho dlouhého paketu tzv. super-frame před vysíláním do radiové linky. Agregace do paketu délky až 2048 bajtu a vysílání pouze s jednou mezerou (gap) maximálně zefektivňuje přenos, nezávisle na délce skutečných paketů. Agregace je limitována časem, takže odeslaný super-frame nemusí být úplný, pokud nejsou data k přenosu.

Klepněte pro větší obrázek

Radiová propustnost 802.11b v závislosti na délce paketu

Problém skrytých stanic v provozu Point-to-Multipoint

S ohledem na použití směrových antén při ISP systému point-to-multipoint, jsou prakticky všechny koncové stanice vůči sobě skryté (hidden nodes), pomineme-li parazitní laloky a zpětné vyzařování antén, které je vždy jen omezeného rozsahu. Prakticky žádná z koncových stanic tedy není schopna detekovat vysílání jiné koncové stanice. Pokud se tedy stanice navzájem neslyší, mohou zahájit ve stejnou dobu vysílání. To vede k interferenci na AP a chybnému příjmu obou vysílání.

Tento typ interferencí může drastickým způsobem snižovat propustnost sítě. Samozřejmě záleží na počtu koncových stanic v síti a intenzitě provozu - zatížení sítě. Studie ukazují, že tento problém nastává i při aplikaci mechanismu přístupu k médiu Request to Send/ Clear to Send a exponenciálním Back-off algoritmu v rámci protokolu 802.11x. Je to způsobeno různou úrovní přijímaného signálu, kdy blízká stanice se silným signálem může svým vysíláním přehlušit slabý signál ze vzdálené stanice a monopolizovat si přístup k AP.

Při současném vysílání stanic dochází ke ztrátám propustnosti vlivem časových ztrát při opakování přenosu paketu, čekání na ACK (Acknowledge), častějším použitím Back-off algoritmu. Efektivní propustnost systému pak klesá s jeho zatížením.

Klepněte pro větší obrázek

Propustnost sítě v závislosti na jejím zatížení

TurboCell řeší problém soupeření stanic o médium pomocí algoritmu adaptivního pollingu optimalizovaného na bezdrátové sítě a vypnutím Back-off algoritmu. Proces je řízen centrální stanicí. Adaptivní polling se ze zvyšující zátěží stává více synchronní, redukující kolize a ztráty paketů na nulu.

Základnová stanice (Base station) nepřetržitě obvolává každou koncovou stanici (satellite) k vyzvednutí datového paketu na základě mnoha dynamických faktorů, jako např. doby odezvy klienta a historie přístupu. Současně v pravidelných intervalech poskytuje free-for-all periodu přístupu pro kteroukoliv stanici, která má připravena data k odeslání a nebyla zahrnuta do aktuálního pollingu. Tyto mechanizmy jsou jemně regulovány za účelem získání maximální propustnosti pro co největší počet koncových stanic. Pouze krátká perioda free-for-all přístupu snižuje pravděpodobnost soupeření stanic o medium na minimum. TurboCell nepoužívá back-off algoritmus a nesnižuje tím přenosovou rychlost, což dále zvyšuje propustnost systému.

Limitace přístupového pásma

ISP poskytují přístupovou rychlost (pásmo) jednotlivým klientům danou zpoplatněním služby. Navíc je třeba, aby dostupné pásmo na multipointu bylo rozděleno úměrně k počtu klientů a jejich přidělené přístupové rychlosti. S použitím standartních 802.11x protokolů nelze omezit přístupovou rychlost klientů a z tohoto pohledu ani optimalizovat přístup k přenosovému mediu.

V protokolu TurboCell umožňuje tzv. bandwith management individuální nastavení pásma pro každou koncovou stanici a optimální využití pásma pro řadou koncových stanic současně. Toho je dosaženo vyváženou kombinací agregace (super-frame), adaptivního pollingu a individuální limitací pásma MIR (Maximum Information Rate) pro koncové stanice, s možností garantované propustnosti CIR (Commited Information Rate) a maximální doby zpoždění MPD (Maximum Propagation Delay), podporující přenos hlasu a videa.

WORP = TurboCell

Doposud jsme mluvili pouze o nadstavbě TurboCell, ale pod názvem WORP (Wireless Outdoor Router Protocol) ji můžete najít v dnešní řadě produktů Proxim/Orinoco. K náhradě došlo poté co společnost Proxim koupila v roce 2002 produktová aktiva bezdrátových zařízení společnosti Agere včetně řady Orinoco. WORP se ovšem od TurboCellu nijak zásadně neliší. Jde sice o vlastní produkt, ale princip je stejný, pouze je přidána další funkcionalita. Rovněž u jiných výrobců se vyskytují podobné nadstavby pro standard IEEE 802.11x a tak jistě neuškodí o nich něco obecně vědět před výběrem vhodného zařízení, například pro spojení dvou budov.

Hardwarově i softwarově

Zmíněné nadstavbové protokoly používají stejnou radiovou technologii jako 802.11x, ovšem poskytují daleko lepší propustnost pro přístupové sítě ISP, privátní point-to-multipoint sítě a nebo point-to-point (Bridge) sítě. Jsou aplikovány v dříve známých systémech COR/ROR od Lucent/Orinoco/Avaya (dnes například Proxim řada Tsunami) nebo jsou dostupné jako softwarová aktualizace například od společnosti KarlNet pro řadu hardwarových platforem a radiových karet.

Tyto nadstavby jsou implementovány pouze v dražších verzích AP. Nebylo by tak ekonomicky výhodné, aby i samostatný koncový klient musel ke svému připojení používat drahá AP se speciálními funkcemi, když stejně většinu jeho schopností nepotřebuje. Za tímto účelem byly jak pro TurboCell, tak pro WORP vinuty speciální ovladače, který dovolí standardnímu klientovi používat tyto rozšířené protokoly.

Zdroj: KarlNet, Proxim

Diskuze (11) Další článek: ZUI k výsledkům roční činnosti Fóra pro vytáčený přístup k síti Internet

Témata článku: Wi-Fi, Adaptivní synchronizace, Proxim, Speciální systém, Maximum, Zařízení společnosti, Propustnost, Delay, Tsunami, Orin, Vysílání, Optimální využití, Send, Mezera, Stejný problém, WLAN, Radius, Nízká propustnost, Mira, Přenosová rychlost, Stanice, Speciální anténa, Hidden, Speciální protokol, Softwarová aktualizace


Určitě si přečtěte

Intel vs. AMD: souboj vícejádrových procesorů začal. AMD zesměšňuje Intel neuvěřitelně nízkou cenou

Intel vs. AMD: souboj vícejádrových procesorů začal. AMD zesměšňuje Intel neuvěřitelně nízkou cenou

** AMD představilo nové levné procesory až s 32jádry ** AMD útočí na serverový i domácí trh Intelu ** Intel nemá konkurenceschopnou nabídku

Karel Javůrek | 85

Cardano: kryptoměna nové generace, která se netěží, ale razí

Cardano: kryptoměna nové generace, která se netěží, ale razí

** Cardano je unikátní kryptoměna, která díky svým vlastnostem a schopnostem přitahuje pozornost ** Od Bitcoinu se zásadně liší ** Jejím smyslem není jen „koupit a prodat“, má pozoruhodné technologické možnosti

Martin Miksa | 29

Rozlučte se s Inboxem, Google ho v březnu „zařízne“

Rozlučte se s Inboxem, Google ho v březnu „zařízne“

** Google Inbox je alternativní aplikace pro práci s e-maily ** Nabízí řadu inovativních funkcí a novinek ** V březnu 2019 však Google tuto službu ukončí

Karel Kilián | 19

Alza si za osobní odběr účtuje už 45 Kč. Když zaplatíte předem, dostanete slevu

Alza si za osobní odběr účtuje už 45 Kč. Když zaplatíte předem, dostanete slevu

** Osobní odběr v Alze vyjde na 45 Kč ** Když zaplatíte kartou předem, dostanete slevu 30 Kč ** Většina ostatních e-shopů poplatek za osobní odběr nevede

David Polesný | 171

Užijte si poslední změny času: Už od března 2019 můžeme mít trvale letní čas

Užijte si poslední změny času: Už od března 2019 můžeme mít trvale letní čas

** Evropská komise přijala legislativní návrh na zrušení střídaní času ** Možná tak v březnu 2019 přesuneme ručičky hodinek naposledy ** Od toho okamžiku bude permanentně platit letní čas

Karel Kilián | 96

Šmírování kamerami Googlu: Koukněte se, co zachytily na Street View

Šmírování kamerami Googlu: Koukněte se, co zachytily na Street View

Google stále fotí celý svět do své služby Street View. A novodobou zábavou je hledat v mapách Googlu vtipné záběry. Podívejte se na výběr nejlepších!

redakce | 44


Aktuální číslo časopisu Computer

Megatest: 13 grafických karet

Srovnání 7 dokovacích stanic s USB-C

Jak na perfektní noční fotografie

Kvalitní zdroje informací pro sebevzdělávání