Pet najvećih izazova u WiFi mrežama i kako ih riješiti uz pomoć Huawei AirEngine rješenja

Zahtjevi u modernim WiFi mrežama nikada nisu bili veći – bez obzira radi li se o zahtjevima na samu površinu pokrivanja signalom ili ogromnom broju očekivanih krajnjih klijenata. Razlog tome je enorman porast broja krajnjih uređaja koji zahtijevaju ne samo daleko veće brzine pristupa zbog modernih aplikacija „gladnih“ bandwidtha, nego i očekivanih minimalnih kašnjenja signala (latencija) kako bi se WiFi mreže mogle proširiti na neka nova područja primjene po industrijama, koja do prije nekoliko godina nisu ni postojala.

Kako bi se dobila šira slika i razumijevanje problematike WiFi mreža, potrebno je naglasiti sličnost WiFi i mobilnih radijskih pristupnih (RAN) mreža. Kroz svoju povijest razvoja WiFi mreže su oduvijek pratile razvoj mobilnih pristupnih mreža i nasljeđivale, odnosno kopirale tehnološka rješenja iz mobilnih mreža. Isti problemi s kojima su se suočavale mobilne mreže pretočili su se s manjim vremenskim odmakom i na WiFi mreže, kako je broj klijenata vremenom rastao (prvo u mobilnim, a nakon toga i u WiFi mrežama).

Postoji nekoliko glavnih izazova koji općenito prate bežične mreže (kako mobilne, tako i WiFi) od samog njihovog začetka, koje su proizvođači opreme rješavali na razne, manje ili više uspješne načine. U nastavku iznosimo pet osnovnih:

Pokrivenost (Coverage)

Problemi u pokrivenosti postoje oduvijek zbog dizajna samih WLAN mreža, koji je uvjetovan radijskim frekvencijama (ili bolje rečeno nedostatkom istih, tj. ograničenjima frekvencijskog spektra koji nije beskonačan). WLAN mreže koriste tzv. ISM (Industrial Scientific & Medical) nelicencirani spektar koji koriste i neke druge bežične mreže kao što su Bluetooth ili ZigBee. Zbog navedenog (nažalost) nije moguće postaviti jedan access point na neku centralnu točku i pojačati mu snagu na bilo koju proizvoljnu jačinu kako bi se pokrila ogromna površina, nego je potrebno planiranje mreže uvođenjem tzv. ćelija (eng. cell, otuda i engleski naziv za mobilne mreže – cellular networks), koje imaju ograničenu snagu i domet. Postoje jasna ograničenja u ukupnoj zračenoj snazi (EIRP) nekog access point uređaja koje propisuju regulatorne agencije po državama. Stoga je u svakoj mobilnoj ili WiFi mreži potrebno dobro planiranje rasporeda odašiljača (baznih postaja ili access pointa) u prostoru, kao i korištenja frekvencije (kanala) i ukupne zračene snage kako bi se osiguralo kvalitetno pokrivanje željene površine, a da pritom ne dođe do neželjene interferencije među susjednim ili bliskim odašiljačima.

 

Kapacitet (Capacity)

Pod pojmom kapacitet podrazumijevamo dvije karakteristike: broj (gustoću, density) klijenata i ukupnu propusnost (throughput). Nije isto da li se na jednom access point uređaju nalazi jedan klijent koji radi 200 Mbit/s prometa ili 200 klijenata koji rade po 1 Mbit/s prometa. Potonji scenarij predstavlja veći tehnički izazov jer veći broj klijenata podrazumijeva i veće opterećenje na hardverske resurse access pointa koji su uvijek ograničeni (procesor, memorija). Isto tako treba računati da nam podrška za veliku gustoću klijenata po AP-u ne znači ništa ako svakom tom klijentu ne možemo osigurati minimalnu propusnost, što onda dovodi i do povećanih zahtjeva na ukupni throughput koji access point mora isporučiti, kao i ukupni throughput mreže u pozadini (switchevi, routeri, firewallovi, pristupni link na Internet…). Rješenje za problematiku kapaciteta u smislu sve većeg broja klijenata gladnih bandwidtha nam daje posljednji industrijski standard IEEE 802.11ax (WiFi 6) koji znatno povećava broj mogućih klijenata, kao i ukupni throughput:

Zaključimo prva dva izazova. U svijetu mobilnih i WiFi mreža uvijek se radi kompromis između pokrivenosti i gustoće klijenata. Ako želimo veću pokrivenost, trebaju nam veće ćelije, ali to znači i manju gustoću klijenata. S druge strane, ako želimo osigurati vrlo visoke gustoće klijenata, to znači da moramo smanjiti veličinu ćelije (smanjenjem snage emitiranja) i povećati njihov broj. Kako dobiti veću ćeliju tamo gdje je potrebno osigurati veću pokrivenost, a manju ćeliju tamo gdje je potrebna veća gustoća klijenata s istim hardverom? Rješenje daje Huawei sa svojom inovativnom tehnologijom Dynamic Zoom Smart Antenna:

Kao produkt dugogodišnjeg iskustva u mobilnim mrežama, ove pametne antene koje Huawei ugrađuje u svoje AP-ove imaju sposobnost dinamičke promjene radijusa pokrivanja u ovisnosti o tome kakav scenarij trebaju zadovoljiti. Za visoke gustoće klijenata (4-5 klijenata po m2), smanjuju radijus i usmjeravaju antene na uži snop pokrivanja kako bi se osigurao potreban kapacitet i smanjile interferencije, dok za slučajeve manjeg broja klijenata raspršenih na većoj površini (npr. u velikim open space uredima) povećavaju radijus i smanjuju mogućnost pojave „rupa“ u pokrivanju.

Nadalje, problematiku manjka kapaciteta Huawei rješava ne samo oslanjanjem na industrijski standard WiFi 6 (kao što radi većina vodećih proizvođača), nego čak u pojedinim slučajevima vrlo visokih zahtjeva za kapacitetom svojim AirEngine WiFi 6 sustavom nadilazi okvire samog standarda i proširuje broj predviđenih streamova sa 8 na 12, te koristi veće pojasne širine kanala od 160 MHz na 8 streamova. Na ovaj način Huawei AirEngine rješenje povećava ukupnu teoretsku propusnost s 9.6 GHz na 10.75 GHz, a ujedno povećava i broj mogućih klijenata:

Roaming

Roaming, odnosno primopredaja pokretnih klijenata iz jedne ćelije u drugu (handover) je tehnologija koja omogućava kretanje klijenata u prostoru bez osjeta prekida signala te osigurava konzistentnost u korištenju usluga (u idealnom slučaju). U praksi, najčešće će postojati neki manji ili veći gubitci prilikom roaminga, što zahtijeva izniman napor mrežne opreme kako bi se gubitci sveli na prihvatljivi minimum. Na kraju, kvalitetan roaming je jedan od ključnih elemenata i pokazatelja kvalitete neke mreže koji osigurava ono krajnje korisničko iskustvo u korištenju usluga.

Zašto je potreban toliki napor mreže da bi se osigurao kontinuirani roaming bez prekida? Koliko god dobro postavili i planirali mrežu te koliko god da su dobri algoritmi za proračun handovera, uvijek ostaje jedna nepobitna činjenica koja je po dizajnu sastavno svojstvo svake mobilne mreže – o trenutku roaminga odlučuje krajnji klijent, a ne mreža! To u praksi znači da će određeni klijenti imati bolje parametre i ishod roaminga od drugih.

Kako se Huawei nosi s ovom problematikom? Ponovno, koristeći iskustva iz mobilnih mreža, Huawei je u svoj AirEngine WiFi sustav ugradio tehnologiju tzv. AI Roaminga. Korištenjem metoda umjetne inteligencije u razrješavanju problematike roaminga, Huawei je ponovno otišao korak dalje od konkurencije.

 

Kako radi Huawei AI Roaming? Uobičajena praksa (prije uvođenja AI dijela) je pretpostavljala jedan model roaminga za sve klijente, korištenjem nekog fiksnog praga razine signala (thresholda) koji predstavlja klijentu „okidač“ za roaming. Uvođenjem komponenti umjetne inteligencije, WiFi sustav „uči“ o svojim klijentima tako da ih prvo identificira (tip uređaja, marka), te isprofilira njegov način roaminga (mjere se razine signala prije i poslije roaminga, te razlike između njih). Ponavljanjem ovih istih koraka na velikom broju klijenata te primjenom metoda umjetne inteligencije, AirEngine sustav uči koji je najbolji trenutak za roaming za svakog pojedinačnog klijenta, te kreira različita pravila (policy-je) roaminga prilagođena za svakog klijenta, odnosno grupu klijenata. Na kraju, kada imamo gotove profile, te nakon niza mjerenja razine signala klijenta, izvodi se potpomognuti, navođeni roaming kod kojega mreža uvjetno rečeno „nagovara“ klijenta da prijeđe na onaj AP koji je određen kao optimalan u nekom trenutku. Na ovaj način se vrlo vješto zaobilazi boljka mobilnih sustava u kojima klijent sam odlučuje o roamingu, a kontrola se (maksimalno koliko je moguće) prebacuje na mrežu.

Latencija (Latency)

Latencija, odnosno kašnjenje signala, još je jedna od vječitih boljki bežičnih mreža ako ih uspoređujemo s fiksnim mrežama. Za ovo je prvenstveno „kriva“ sama fizika širenja signala u prostoru – što je klijent dalje od pristupne točke ili bazne postaje, kašnjenje je veće i tu zapravo ne možemo puno promijeniti.  Kod WiFi mreža situacija je ipak bolja u odnosu na mobilne mreže jer su AP-ovi postavljeni fizički bliže klijentima, pa su i kašnjenja manja. Iako WiFi 6 standard donosi mnoga poboljšanja u smislu veće propusnosti po klijentu, više prostornih streamova, bolju modulaciju i način kodiranja, pa samim time i manja kašnjenja, ponekad niti to nije dovoljno. Određene aplikacije (kao što su glasovni i video pozivi) zahtijevaju vrlo niske latencije (često manje od 50 ms) i toleriraju vrlo malo gubitaka paketa kako bi se iste mogle odvijati u realnom vremenu. Uvođenjem modernijih aplikacija koje koriste više rezolucije (4K videokonferencije, Virtual Reality – VR, Augmented Reality – AR), problemi se samo povećavaju jer zahtijevaju još manje latencije (oko 10 ms) i veći bitrate, tj. propusnost.

Na ovaj izazov Huawei odgovara s inovativnom tehnologijom SmartRadio Dynamic Turbo koja je zadužena za ubrzavanje kritičnih aplikacija (intelligent application acceleration). Ova tehnologija automatski identificira ključne servise na WiFi mreži, dinamički im dodjeljuje prioritete, odnosno kapacitete u ovisnosti o zagušenju, te optimizira resurse na bežičnoj strani mreže (air interface slice scheduling). Na ovaj način se osiguravaju latencije od samo 10 ms za one aplikacije kojima je to potrebno.

QoS (Quality Of Service)

Garancija kvalitete usluge (QoS – Quality Of Service) jedan je od ključnih čimbenika krajnjeg korisničkog iskustva prilikom korištenja određenih aplikacija na mreži, a sastoji se od nekoliko parametara kao što su propusnost, bitrate, latencija, jitter, gubitak paketa (packet loss) i dr. Osigurati adekvatan QoS je naročito veliki izazov na bežičnim mrežama upravo zbog ranije navedenih izazova koje je prethodno potrebno riješiti. Osim toga, za pravilan QoS potrebno je identificirati i grupirati kako klijente, tako i aplikacije koje se koriste na njima. Današnji WiFi sustavi su u stanju identificirati vrlo veliki broj aplikacija i servisa jer manje-više svi napredniji sustavi imaju neku vrstu filtriranja i inspekcije prometa do razine aplikativnog (L7) nivoa. Najčešća praksa je ograničavanje ili prigušivanje određenog, manje važnog prometa (rate limiting/ throttling), te prioritizacija kritičnih aplikacija koje su od presudne važnosti za kontinuitet poslovanja. Za prioritizaciju u WiFi mrežama je zadužen standard poznat pod WiFi Multimedia (WMM), a on raspoznaje četiri reda (queue-a) – Voice (VO), Video (VI), Best Effort (BE) i Background (BK) – točno tim redom od prometa najvišeg prioriteta prema prometu najnižeg prioriteta.

Kako bi riješio izazov u području QoS-a, Huawei donosi vlastitu tehnologiju pod imenom Multimedia Smart scheduling koja koristi nekoliko novih tehnika za poboljšanje kvalitete servisa. Umjesto dosadašnjeg, fiksnog ograničavanja brzine (rate limiting) – koje je efikasno, ali često troši više mrežnih resursa nego je nužno – Multimedia Smart Scheduling daje mogućnost preferencijalnog, dinamičkog upravljanja multimedijalnim servisima. To znači da više nije potrebna ručna konfiguracija rate limita po cijeloj mrežnoj infrastrukturi, nego se mrežni resursi automatski i dinamički dodjeljuju u ovisnosti koji je promet u pitanju. Ako se ne koriste kritične aplikacije koje bi zahtijevale bolja vremena odaziva, nema posebnih ograničenja na ostatak prometa. Ako se u nekom trenutku krene s korištenjem zahtjevnijih aplikacija, resursi se dinamički dodjeljuju prema važnosti promet, korištenjem Dynamic Bandwidth Selection tehnologije i preferencijalnog upravljanja servisima.

Pozadinski (background) promet se dinamički potiskuje, kako bi se oslobodili resursi za promete višeg prioriteta. U slučajevima zagušenja, to u konačnici rezultira smanjenjem kašnjenja govornog i video prometa za 56-66% u odnosu na industrijski standard, što znatno poboljšava QoS i pridonosi kvaliteti ključnih usluga na mreži.

Na kraju, kada zbrojimo sva poboljšanja ključnih parametara i rješenja za izazove u WiFi mrežama, otvara nam se prostor za potpuno nove mogućnosti primjene po industrijskim vertikalama što do sada nije bilo moguće. U modernim uredima dobivamo mogućnost korištenja 4K i 8K rezolucije u videokonferencijama, u edukaciji se otvara mogućnost korištenja VR i AR tehnologija u realnom vremenu, u trgovačkim lancima se mogu koristiti elektroničke oznake cijena koje su promjenjive u realnom vremenu, zračne luke i veliki otvoreni prostori u sklopu Smart City rješenja dobivaju mogućnosti još veće pokrivenosti i kapaciteta, kao i povezivanje još većeg broja IoT uređaja, a posebno je zanimljiva primjena kod AGV (Automated Guided Vehicle) rješenja u proizvodnji, logistici i skladištenju gdje se zahtijevaju vrlo visoke gustoće klijenata, kao i ultra niske latencije kako bi se ubrzala proizvodnja i isporuka dobara, a mogućnost pogrešaka svela na minimum. Na koje sve načine Huawei AirEngine WiFi 6 sustav može pomoći u transformaciji poslovanja po različitim industrijama, pogledajte ovdje.

Zaključno, izazovi koje smo ovdje naveli nisu ništa novo i postoje otkada postoje bežične mreže, ali rješenja koja su ovdje predstavljena su najnovija tehnološka postignuća tvrtke Huawei koja znatno olakšavaju navedene probleme i odskaču od industrijskog standarda konkurencije, a sastavni su dio Huawei AirEngine WiFi 6 asortimana WLAN opreme.

Ukoliko ste zainteresirani za Huawei demo opremu ili imate bilo kakvih pitanja, obratite nam se!

Treba Vam ponuda ili pomoć pri izradi rješenja? Tražite partnera za implementaciju?

Kontaktirajte nas!