Qui ne s’est pas posé la question un jour, comment choisir le bon point d’accès radio et comment dimensionner ma couverture en fonction de pré-requis technique. Quels sont les données du problème ?
Définissons quelques besoins représentatifs du marché en terme de périmètre wireless.
- Dimension du bâtiment ;
- Couverture totale ou sur zone prédéfinie ;
- Type de terminaux présent sur le site téléphone IP, PC, tablette,…) ;
- Type de flux transitant (html, mail, VoWlan, consultation contenu vidéo, eLearning,..) ;
- Nombre d’utilisateur ;
- Type d’environnement radio ;
- Ratio performance/couverture ;
- Troubleshooting.
Je vous propose de découper cette méthodologie en 4 grandes étapes.
- Besoin des utilisateurs et des applications ;
- Taille des cellules ;
- Bande de fréquence à choisir ;
- Fonctionnalités supplémentaires à mettre en oeuvre.
1- Besoins des applications
Chaque application nécessite un débit différent. Pour faire simple, je vous ai regroupé par application dans le tableau ci-dessous, le besoin en débit constant et instantané durant la phase de transaction (consultation, partage, stockage,..). Tableau extrait de « Design Guide constructeur ». Tous ces chiffres sont exploitables dans le cadre d’un projet d’évolution ou de création d’une architecture de couverture radio 802.11.
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Application par utilisateurs |
Bande passante en débit constant |
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Consultation Web occasionnelle |
500 Kbps |
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Consultation web soutenue |
1 Mbps |
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Consultation audio occasionnelle |
100 Kbps |
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Consultation audio forte |
1 Mbps |
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Consultation vidéo faible |
1 Mbps |
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Consultation vidéo importante |
2 à 4 Mbps |
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Impression |
1 Mbps |
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Partage de petit fichier |
1 Mbps |
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Partage de gros fichier |
2 à 8 Mbps |
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e-Learning (test ou évaluation en ligne) |
2 à 4 Mbps |
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Sauvegarde |
10 à 50 Mbps |
Avec ces données, il ne reste plus qu’à comptabiliser le nombre de poste/application qui communique simultanément dans la zone de couverture et de multiplier le résultat pour connaître le besoin de cette zone. Bien évidemment c’est une estimation, qui dit radio, dit mobilité et déplacement du client avec hand-over inter-cellule. Mais cela reste relativement valide comme résultat et tout a fait acceptable.
2 -Taille des cellules
La taille des cellules va exclusivement avoir un impact sur le nombre de bornes à installer pour assurer la couverture radio.
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2,4 Ghz/100 mW |
5 Ghz/40mW |
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Distances |
Débits |
Débits |
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A 135m |
1 Mbps |
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A 130m |
2,2 Mbps |
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A 125m |
5 Mbps |
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A 100m |
11 Mbps |
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A 150,5m |
11 Mbps |
6 Mbps |
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A 90m |
11 Mbps |
9 MBps |
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A 82,5m |
11 Mbps |
12 Mbps |
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A 75m |
11 Mbps |
18 Mbps |
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67,5m |
11 Mbps |
24 Mbps |
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A 60m |
11 Mbps |
36 Mbps |
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A 45m |
11 Mbps |
48 Mbps |
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A 24m |
11 Mbps |
54 Mbps |
On constate que le périmètre de la zone de couverture du 5 Ghz est beaucoup plus faible que celle du 2,4 Ghz, se qui nécessitera de mettre plus de point d’accès pour couvrir la même zone en 802.11a et implicitement en 802.11n.
Qu’est ce que l’on constate immédiatement. Dans le cadre d’un déploiement intégrant de base de la téléphonie sur IP au travers de mobile wireless, les éléments de configuration des constructeurs préconisent de désactiver les débits faibles ce qui a pour incidence de diminuer le diamètre de la zone de couverture et d’augmenter donc le nombre de borne.
Les retours terrain nous remontent également des probabilités de perturbation en 2,4 Ghz qui amènent l’installateur ou le client à éteindre les bas débits qui sont l’origine des couvertures trop large ou au moins à limiter la puissance d’émission de ces points d’accès.
Le best practice terrain nous donne deux paramètres à prendre en considération. Garantir un espacement de 19 dBm entre deux zones de même fréquence et un recouvrement de cellule de 10 à 15%. (voir schéma ci-dessous).
Quelques bons sens encore. Si dans une zone de couverture, on trouve des matériaux qui provoquent de l’absorption ou de la réfraction, cette zone va considérablement diminuer et il est conseillé de ne pas travers plus de deux murs avec le même point d’accès, donc de diminuer les zones de couverture et positionner plus de point d’accès pour augmenter la pénétration radio.
Ce qui nous amener à définir deux type de couverture,
-
L’une répondant à la « densité d’utilisateurs » avec des cellules larges accueillant un grand nombre d’utilisateur au détriment de la bande passante attribuée à chacun d’eux.
- Cette solution ne tient pas compte des besoins utilisateurs et applications.
-
L’autre type orienté « densité de bornes » permettant de diminuer les zones de couverture et augmenter le nombre de point d’accès et ainsi la bande passante par utilisateur afin de répondre à des besoins de consultation vidéo, e-learning, transfert et stockage réseau en forte sollicitation.
- Cette solution est orienté performance pour l’utilisateur. Le principe étant d’offrir un maximum de bande passante par utilisateur et par application.
- Les zones de regroupement seront supérieures à 15% et assureront une grande densité d’accueil.
3 - Quelle bande je dois choisir ?
Le 1er point ou 1er critère que l’on va chercher à valider afin de faire le bon choix en terme de point d’accès.
Petit rappel en quelques points.
Le wifi est aujourd’hui sur deux bandes radio, le 2,4 et le 5 Ghz. La bande des 2,4 Ghz est relativement pour pas dire fortement surchargée et perturbé mais malheureusement la plus inévitable du faite qu’elle est la plus utilisée, y compris par des équipements très récents (ex : iPhone5 et autres smartphones de dernière génération). Par contre, la bande des 5 Ghz est la plus capacitaire, mais malheureusement aussi vue comme une bande pas légalement utilisable ou n’apportant pas assez de couverture radio. C’est cette vision que certaine personnes véhiculent et qui reflète la problématique d’aujourd’hui et leurs méconnaissances du monde de la propagation radio. Cependant on ne peut pas l’ignorer surtout avec l’augmentation des équipements nécessitant une connexion au m² et de faite, partageant la bande passante disponible.
La bande des 2,4 Ghz est en Europe découpée sur 13 canaux superposables (11 au US) de 20 Mhz et n’offrant au final que 3 canaux non recouvrant et donc utilisable simultanément. En standard les canaux 1 – 6 – 11 sont la plupart du temps retenus par les administrateurs systèmes. Ca ne changera pas le débat, cette limite sur la bande des 2,4 Ghz est à prendre en compte, d’autant plus avec l’arrivée du 802.11n qui pour disposer de sa pleine capacité doit regrouper deux cellules de 20 Mhz pour faire des cellules de 40 Mhz, ce qui a pour incidence de ne pouvoir faire d’une seule cellule 802.11n unique dans la bande des 2,4 Ghz.
Certes, on peut qu’en même faire 3 cellules : une « a », une « b » et une « g », et jusqu’à 3x54 Mbps possible. Effectivement.
Maintenant, si votre choix est de disposer d’une couverture 802.11n avec une bande passante de 300 Mbps, peux-t-on oui ou non créer ce type de cellule et en disposer ?
Non. Cela n’a pas de sens, car cela prend toute la bande des 2,4 Ghz pour faire 300 Mbps et surtout comme l’on doit cohabiter avec l’ensemble des équipements et qu’ils ne font pas forcement du 802.11n, le mécanisme des 40 Mhz (rappelons le, mécanisme qui assure le regroupement de deux cellules de 20 Mhz) ne se déclenche pas et de faite l’on dispose donc au maximum de 150 Mbps théorique au lieu des 300 Mbps potentiellement atteignable. Pour disposer des 300 Mbps, il faudra donc être sur la bande des 5 Ghz.
Cette bande des 5 Ghz offre 19 canaux non recouvrable, donc 19 fois 54 Mbps potentiellement. Sur cette bande, si l’on fait du 802.11n, on dispose de 9 cellules non recouvrantes de 300 Mbps ou 9x450 Mbps (pour la dernière version 802.11n). Certes cela veut dire qu’il faudra mettre 9 points d’accès dans la même pièce, mais qui sait, la demande peut créer le besoin. Dans la réalité, on va plutôt créer des micro-cellules que de les superposer, mais au final, cela revient au même et l’on dispose d’une couverture forte et sécurisée.
Bi-Bande ou Bi-radio ?
Second critère plus sournois, plus difficile à appréhender.
Abus de langage bien souvent voulu par les différents constructeurs afin de vendre leurs produits.
Bi-bande veut dire => mon produit est a même de fonctionner sur les deux plages de fréquence autorisée en Europe ou dans le monde, mais pas forcement en même temps. Il faut faire un choix de la bande que l’on va utiliser. C’est donc un équipement mono radio qui à la capacité d’être programmer ou configurer sur la bande des 2,4 ou des 5 Ghz. Ces points d’accès sont construits sur la base des mêmes chipset (puce) que ceux que l’on trouve dans nos ordinateurs portables, sauf que dans ce type de produit, la notion de basculement d’une bande radio vers l’autre est le principe même de l’utilisation. L’ordinateur en fonction des cellules radios disponibles, va s’adapter et s’accrocher à l’une ou l’autre de ces cellules et cela dynamiquement, mais toujours avec la notion de mono-radio. Donc au finale, ce point d’accès mono-radio est souvent inutile, car il s’appuie sur le faite que vous puissiez prendre la décision de mettre le point d’accès, soit sur la bande des 2,4 Ghz, soit sur la bande des 5 Ghz. Hors, il n’existe pas de situation, a part quelques rares cas liés à un besoin spécifique, ou l’on peut éteindre la bande des 2,4 Ghz. Il y a toujours un équipement qui ne fonctionnera que sur cette bande, l’exemple en est avec l’iPhone 5 de dernière génération, la puce radio Broadcom intégré fonctionne exclusivement sur la bande des 2,4 Ghz. Mais c’est le cas aussi d’un nombreux important d’équipements encore aujourd’hui. Attention, Broadcom travail actuellement sur une puce 5Ghz 802.11ac, mais cela est un autre sujet déjà traité dans un autre post (insérer le lien). Donc si votre choix se porte sur un point d’accès bi-bande (mono-radio), ce point d’accès sera dans la plupart des cas utilisé exclusivement sur la bande des 2,4 Ghz, la radio 5 Ghz étant éteinte. Je ne dis pas que cette solution est mauvaise, elle est simplement adaptée à un contexte figé de mono-bande/mono-radio qui lorsque l’on voudra évoluer nécessitera le rachat d’un second point d’accès pour disposer des deux bande de fréquence simultanément.
Bi-radio garanti qu’en a lui de disposer de deux cartes radio et donc d’émettre sur les deux plages de fréquence simultanément. C’est le produit le plus à même de garantir une utilisation optimale si l’on souhaite faire du 802.11n sans risquer de perdre des équipements « legacy ou 2,4 Ghz» n’ayant pas la capacité pour cela.
Quel débit – Combien de connexion simultanée …
Même si la liste peut-être rallonger, ce dernier critère porte sur les débits et le nombre d’utilisateur par zone.
En fonction des plages de fréquence, il est possible de dimensionner une disponibilité par utilisateur.
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Protocole |
Plage fréquence |
Bande passante théorique |
Bande passante réelle |
Nbre d’utilisateur |
Bande passante/utilisateur |
|
802.11b |
2,4 Ghz |
11 Mbps |
7 Mbps |
10 |
720 Kbits/s |
|
802.11b |
2,4 Ghz |
11 Mbps |
7 Mbps |
30 |
240 Kbits/s |
|
802.11b/g |
2,4 Ghz |
54 Mbps |
13 Mbps |
10 |
1,3 Mbits/s |
|
802.11b/g |
2,4 Ghz |
54 Mbps |
13 Mbps |
30 |
430 Kbits/s |
|
802.11g |
2,4 Ghz |
54 Mbps |
24 Mbps |
10 |
2,4 Mbits/s |
|
802.11g |
2,4 Ghz |
54 Mbps |
24 Mbps |
30 |
800 Kbits/s |
|
802.11a |
5 Ghz |
54 Mbps |
25 Mbps |
10 |
2,5 Mbits/s |
|
802.11a |
5 Ghz |
54 Mbps |
25 Mbps |
30 |
833 Kbits/s |
|
802.11n |
2,4 GHz |
150 Mbps |
70 Mbps |
10 |
7 Mbits/s |
|
802.11n |
2,4 GHz |
150 Mbps |
70 Mbps |
30 |
2,3 Mbits/s |
|
802.11n |
5 Ghz |
300 Mbps |
160 Mbps |
10 |
16 Kbits/s |
|
802.11n |
5 Ghz |
300 Mbps |
160 Mbps |
30 |
5,3 Kbits/s |
Rappelons le, nous sommes dans une notion de partage radio, en gros un hub traditionnel. Il n’y a pas de limite en nombre d’association, mais plutôt un débit réduit et devenant nul si trop de monde s’associe en même temps. Un autre point à garder en mémoire et que plus l’utilisateur est éloigné du point d’accès, moins le débit d’émission est important.
S’il faut retenir une chose, retenez « critère de choix et de besoin».
-
Type de radio nécessaire ?
- Voulez vous disposer d’une couverture bi-radio (2,4 Ghz et 5 Ghz) ?
- Vos équipements sont uniquement dans la bande des 2,4 ghz ou une hétérogénéité existe sur votre parc (tablette, pistolet code barre, poste de travail ancienne génération, équipements d’acquisition médicale, téléphone wifi,… )?
- Quel débit par client ?
- Quelle capacité voulez vous ? Sachant que ce critère est souvent lié aux applications de votre périmètre professionnel. Chaque application n’a pas le même comportement et/ou la même capacité / bande passante requise pour s’exécuter correctement et cela va dimensionner votre réseau d’accès et la plupart du temps de transport (switch, artère, cœur de réseau).
- Combien de personne par cellule ?
- Densité de couverture envisagée ?
Sans ces critères, le risque d’un mauvais fonctionnement, voir d’un non fonctionnement est majeur.
802.11n
Petit rappel chronologique. Le 802.11n est apparu en 2007 (draft 2) avec une normalisation totale en 2009. C’est donc une technologie complètement mature par rapport au 802.11b/g plus vieux et surtout évolutif, on le voit avec l’apparition des premières ébauches du 802.11ac, nouveau standard qui s’appuiera sur le 802.11n et surtout sur la bande des 5 Ghz exclusivement. Donc la bande des 2,4 Ghz sera cette fois exclue pour ne pas dire finie. Donc le 802.11n apporte quelques innovations comme :
Beamforming ou ClientLink (Cisco) : technologie qui permet lorsque l’on est sur une borne 802.11n de diriger le signal vers des clients de type « a » et « g » afin de leur offrir un meilleur service. C’est assez important cette technologie car elle apport une capacité optimal qui peut aller jusqu’à 65%. Attention cela ne veut pas dire que le client radio va dépasser les 54 Mbps de débit. Le client ne peut pas décoder plus que 54 Mbps. Par contre il va pouvoir rester accrocher à la cellule beaucoup plus longtemps et cela à 54 Mbps avant de décroitre par pallier de 48, 36, 24, 12 à 6 Mbps. Cet avantage étant également possible lorsque l’on partage la cellule ; On acceptera beaucoup plus de client à un débit supérieur que l’on aurait pu avoir en standard. Tout cela n’est pas négligeable, puisqu’au travers d’une couverture 802.11n, on améliore les performances même pour des clients non « n ».
CleanAir (Cisco) – RF interférences : technologie qui sert a analyse les interférences, les détecter, les classifier, les localiser et puis les éviter. CleanAir s’est surtout une solution. L’idée de CleanAir n’est pas de mettre une capacité technique dans du hardware, même si cela est au demeurant important, mais plutôt de disposer d’une capacité d’agréger les informations, de les présenter et d’être utilisable au jour le jour. CleanAir est une fonctionnalité intégrée dans le point d’accès et nécessite d’avoir au moins deux points d’accès supportant cette fonctionnalité pour offrir des informations pertinentes. Mais c’est aussi et surtout l’application d’administration qui est capable réellement de faire le suivi du réseau.
Pourquoi et quand, utiliser CleanAir ?
Dans le cas d’une situation « business critique » ou nouveau besoin exprimé relatif à des perturbations nouvellement apparues nécessitant d’aller jusqu’à ce niveau de qualité radio ou de qualité de détection et d’évitement des interférences.
CleanAir à pour capacité de changer les paramètres radio sur les point d’accès en fonction des interférences présentes et surtout de remonter la qualité du réseau et les modifications appliquées.
Au travers de CleanAir, il est aussi possible de faire du « Troubleshooting » style analyseur de spectre, utilisable comme une sonde remote.
Antenne couverture et gain
Le marché des équipements d’antenne radio est large et permet de disposer d’un modèle pour chaque besoin terrain (antenne Dipôle, Patch, Yagi ou omnidirectionnelle). Maintenant, quelles en sont les données, les modes de déploiement, les distances et rayons de couverture.
Dans la majorité des cas, ceci est bien défini. Des tableaux sont fournis avec chacune des antennes lorsqu’on les achète. Ce qui faut connaître, c’est surtout le mode de positionnement (mural, plafond, poteau) et la distance maximum supportée entre l’antenne les utilisateurs.
Un point d’accès type soucoupe (sans antenne externe) dispose d’antennes omnidirectionnelles assurant une couverture de type parapluie (large zone de couverture) mais au détriment de la hauteur avec environ 6m maximum entre sa zone de fixation et les postes de travail des utilisateurs, ce qui demandera dans certains cas de disposer de suspente pour abaisser le point d’accès afin de couvrir parfaitement la zone concernée.
Pour terminer, il existe une gamme d’antenne a forte couverture et pouvoir de pénétration qui permettent de diminuer le nombre de point d’accès, tout en conservant à l’esprit qu’avec ce type d’antenne, certes on diminue les coûts (moins de point d’accès), mais l’on diminue aussi par conséquence la bande passante de chacune d’elle. Cette alternative doit être vue dans l’architecture orientée « densité de bornes » du chapitre 2.