Reti WLAN: l’interferenza Co-Channel

Per progettare correttamente una rete WLAN è necessario ridurre al minimo l’interferenza Co-Channel
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Progettazione WLAN: l’interferenza Co-Channel

Per progettare correttamente una rete WLAN è necessario ridurre al minimo l’interferenza Co-Channel

In due precedenti post – WLAN: capire limiti e velocità  e Reti WLAN: l’utilizzo del tempo di trasmissione – grazie agli articoli dell’Airheads Community di Aruba Networks, abbiamo iniziato un approfondimento sulla capacità del WLAN e su come fare per misurarla al fine di progettare un’architettura di rete efficiente.

Nella seconda parte avevamo parlato di come prevedere la capacità di una rete WLAN in fase di progettazione e avevamo esaminato come rispondere in maniera ottimale alla richiesta di tempo di trasmissione di ciascun dispositivo client.

L’interferenza Co-Channel

La seconda maggiore difficoltà da affrontare in fase di progettazione di una rete WLAN è l’interferenza Co-Channel (CCI). Dal momento che le comunicazioni radio sono illimitate, i ricevitori devono tentare di distinguere il segnale in arrivo desiderato da tutti gli altri. Quando esistono più trasmissioni contemporaneamente sulla stessa frequenza è più complicato per i punti di ricezione determinare con precisione il segnale corretto per sincronizzare il proprio circuito e ricevere. Pertanto, per evitare la perdita di segnale in queste situazioni, la maggior parte dei sistemi wireless based opera sia in half-duplex (esempio: Wi-Fi) sia in modalità simplex (esempio: FDD). Nel caso del Wi-Fi significa che le stazioni devono rinviare la trasmissione se rilevano una trasmissione Wi-Fi in corso sulla frequenza.

La cosiddetta Co-Channel Interference (CCI) deriva dalla necessità di riutilizzare le stesse frequenze radio (canali) all’interno di una distribuzione WLAN multi-AP a causa delle limitate risorse dello spettro con cui abbiamo a che fare. Lo stesso discorso vale per le WLAN che si trovano nello stesso raggio d’azione e con le frequenze sovrapposte a causa della mancanza di coordinamento o di risorse di spettro limitate. Quando è presente una CCI, molteplici radio AP hanno aree di copertura sovrapposte e inducono le stazioni Wi-Fi a rinviare le trasmissioni oltre i confini AP. In questo modo la trasmissione in una cella AP provoca ritardo di ricezione in una cella AP adiacente. Il risultato è che le due celle AP condividono su larga scala il tempo di trasmissione disponibile e la capacità.

È facile immaginare come per progettare correttamente una rete WLAN sia necessario ridurre al minimo la CCI. Per far ciò per prima cosa bisogna sapere che cos’è la soglia RSSI, dove una stazione Wi-Fi può correttamente riconoscere, sincronizzare e decodificare la struttura del frame e l’intestazione PLCP (intestazione livello fisico).

Purtroppo questo varia in base ai chipset e al design del dispositivo. Genericamente, le strutture dei frame PLCP possono essere decodificate a livello di ricezione di sensibilità (Rx) del dispositivo Wi-Fi dalla velocità dei dati utilizzata per codificare il preambolo. Le intestazioni PLCP sono codificate a velocità di trasmissione basse sulla base delle specifiche PHY come segue:

802.11b con lunghi preamboli = 1 Mbps
802.11b con brevi preamboli = 2 Mbps
802.11a / g / n / ac (OFDM) = 6 Mbps

Il livello di sensibilità Rx, per molti chipset a queste velocità di trasmissione dati, può essere molto basso, tra un range di -90 a -99 dBm (a volte anche meno per gli AP). Ciò può comportare che la CCI venga rilevata da trasmissioni molto distanti, causando ritardo di ricezione e la perdita di tempo di trasmissione e capacità. Alcuni dispositivi Wi-Fi, principalmente gli AP, hanno anche soglie di sensibilità CCA artificiali che possono essere configurate per ignorare le trasmissioni al di sotto di un determinato livello di segnale che è superiore alla sensibilità Rx del dispositivo, riducendo gli effetti negativi della CCI da trasmettitori distanti.

A questo punto i lettori esperti potrebbero domandarsi: «perché, per prima cosa, non limitarsi a progettare il dispositivo con una più bassa sensibilità Rx?». La risposta è perché è preferibile che la sensibilità Rx rimanga alta per migliorare la ricezione dei frame con qualsiasi velocità di trasmissione dati, tra cui anche velocità di trasferimento dati più elevate, migliorando le velocità fuori scala su tutta la linea. Migliorare la sensibilità Rx è in genere positivo e serve a migliorare le prestazioni.

Lo standard IEEE 802,11-2012 definisce anche una soglia del segnale per la sensibilità CCA e il differimento, che è -82 dBm per PHY OFDM (802.11a / g / n / ac). Questo livello è anche una soglia artificiale comune negli Access Point. Pertanto i professionisti del WLAN solitamente progettano le reti in modo da ridurre al minimo il CCI con un limite di cella di -82 dBm. È importante capire fino a che punto un segnale RF viaggia oltre l’area di copertura desiderata (ad esempio -66 dBm). Il grafico qui sotto aiuta a visualizzare questa distanza, che è il risultato della legge dell’inverso del quadrato, in cui si afferma che ogni raddoppio della distanza in uno spazio libero risulta in 1/4 ° della potenza del segnale ricevuto, o -6 dB. L’effetto pratico è che la CCI può benissimo causare il differimento della CCA, il tempo di trasmissione e la capacità condivisa fino ad 8 volte di distanza dall’ AP come il range di associazione client desiderato!

interferenza_co-channel

Grafica per gentile concessione di Aruba Networks

La mancanza di mitigazione CCI è una delle principali fonti di capacità ridotta sulle moderne reti Wi-Fi. Spesso gli architetti di rete riconoscono la necessità di una maggiore capacità, ma non tengono conto degli effetti negativi di interferenza co-canale (CCI) che riduce in modo importante la capacità. Quando si progetta una rete WLAN, quindi, è fondamentale pianificare la giusta quantità di AP, il loro posizionamento, le antenne, la larghezza del canale AP, l’utilizzo dei canali di DFS (che influenza il numero di canali disponibili per il riutilizzo di frequenza), la soglia di copertura di associazione, la sovrapposizione degli AP per il roaming, il riuso di frequenza e la limitazione CCI. Con l’installazione di troppi Access Point o con una non adeguata attuazione di un piano di frequenze di riutilizzo, la CCI aumenterà e la capacità effettiva sulla WLAN diminuirà a causa dell’aumento dell’overhead proveniente dalla gestione e dal controllo del traffico. Inoltre la capacità scende ulteriormente a causa del maggior numero di client connessi agli AP sulla frequenza per l’aumento medio dell’ RSSI / SNR attraverso un’area di copertura più ampia, che porta in competizione più stazioni per il tempo di trasmissione del canale condiviso. Come parte del processo di progettazione, se si vuole ridurre al minimo la CCI, va presa in considerazione anche la disabilitazione radio, in particolare nella banda dei 2,4 GHz e lo standard de-facto degli AP dual-radio con bande di frequenza fissa.

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