CC BY
9
Изменение скорости подключения к интернету в зависимости от количества сетей на одном WI-FI канале
1 2 М.Б. Хорошко , Джавад Х. А.
1 ИА Regnum,
2 Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова, г. Новочеркасск
Аннотация: Wi-Fi сети в настоящее время становятся основным методом подключения к интернету. При этом при развертывании и проектировании сетей не учитывается факт снижения пропускной способности сети при наличии нескольких сетей на одном канале. Данный фактор настолько же важен, как стены и перекрытия, которые снижают зону покрытия сигналом. В статье приводятся результаты эксперимента по измерению пропускной способности при подключении к интернету через сеть WI-FI при разном количестве сетей на одном канале. Подтверждается факт уменьшения пропускной способности сети при различном числе сетей. При двадцати точках доступа скорость подключения к интернету снижается в три раза. Таким образом, количество сетей на одном канале стоит учитывать при развертывании сети и управлении трафиком. Ключевые слова: WI-FI сеть, пропускная способность, скорость сети, управление трафиком.
В настоящее время сети Wi-Fi стали очень популярны не только в частной среде, но и в корпоративной. На данный момент Wi-Fi — это основной метод подключения различных портативных устройств к сети Интернет [1]. Во многих ноутбуках, планшетных компьютерах и смартфонах, отсутствует интерфейс Ethernet, и Wi-Fi остается единственным способом подключения устройства не только в глобальную, но и в локальную сеть [2].
Кроме этого, растет количество сетей. В квартирных домах количество сетей практически равняется количеству квартир. Учитывая стены и перегородки, рядом находятся от 5 до 20 сетей [3]. Это сети, развернутые в соседних квартирах. В торговых центрах, аэропортах в одной точке доступно до 50 сетей, включая частные точки доступа.
Wi-Fi сети используют две частоты для работы - 2,4 ГГц и 5 ГГц. При этом большинство сетей работает на частоте 2,4 ГГц [4]. Следующим параметром в работе сети является частотный канал, на котором работает сеть. Рассмотрим сеть, работающую на частоте 2.4 ГГц. В ней доступно 13
М Инженерный вестник Дона, №8 (2020) ivdon.ru/ru/magazine/archive/n8y2020/6589
каналов в РФ (таблица 1, рисунок 1) с различными частотами, при этом не пересекающимися являются только три канала: 1, 6, 11 (рисунок 2) [5]. Данное выделение строится на требовании IEEE по обеспечению минимума в 25MHz [6] для разнесения центров неперекрывающихся частотных каналов Wi-Fi. При этом ширина канала составляет 22MHz.
Таблица № 1
Удлинение и скорость деформации при испытании различных нитей
Канал Wi-Fi Нижняя частота Центральная частота Верхняя частота
1 2.401 2.412 2.423
2 2.406 2.417 2.428
3 2.411 2.422 2.433
4 2.416 2.427 2.438
5 2.421 2.432 2.443
6 2.426 2.437 2.448
7 2.431 2.442 2.453
8 2.436 2.447 2.458
9 2.441 2.452 2.463
10 2.446 2.457 2.468
11 2.451 2.462 2.473
12 2.456 2.467 2.478
13 2.461 2.472 2.483
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
2.400 2.410 2.420 2.430 2 440 2.450 2.460 2.470 2.480 2.490 2.500 GHz GHz GHz GHz GHz GHz GHz GHz GHz GHz GHz
и
Рис. 1- Частотные каналы
Рис. 2 - Не пересекающиеся каналы
В настройках роутера имеется возможность выбора канала, но по умолчанию канал выбирается в автоматическом режиме [7]. При этом существуют приложения, позволяющие посмотреть занятость канала, точнее наличие и количество сетей на одном канале. Одно из таких приложений — это Wi-Fi Analyzer (рис.3). В данном примере всего три сети, они находятся
на 6, 9 и 11 канале.
Каналы л!Ш 2 !.4 SH2 5ghz II 1 Ф Ф с? ■ 2
-20_
■30
■50
-60
-70 к!епе1с-11 А / \ )69 (~17т) к
-SO / \ и_L
-90 (
Q Т Р . |NK_2 э93п _ L
1 12 3 4 5 6 7 1 S Ч 10 11 12 13 14
Рис. 3. - Пример работы Wi-Fi Analyzer
При этом общеизвестно, что Wi-Fi — это среда с общим доменом коллизий. То есть, чем больше устройств работают на одном канале (±2 соседних) [8], тем выше вероятность коллизии - одновременной попытки передачи пакета. Каждая такая коллизия требует задержки перед повторной попыткой передачи и снижает суммарную скорость всего канала. При этом неважно, к одной или нескольким точкам доступа подключены клиенты, домен коллизий один на канал [9]. Потери суммарной пропускной способности обычно принимают как 3-5% на каждое следующее устройство в том же или в соседних каналах, при этом в документации к оборудованию об этом не говорится [10].
Т.е. теоретическое снижение пропускной способности в процентах можно рассчитать по формуле:
где п - количество сетей на одном канале;/скоэффициент снижения пропускной способности изначальный (3-5%).
Общую пропускную способность можно посчитать по следующей формуле:
где р п 0 д кл ю ч е н ия - изначальная пропускная способность, равная скорости подключения.
располагается на непрерывающемся канале с изначальной пропускной способностью р п 0 д кл ю ч е н ия = 37 Мбит/сек. Рассчитаем пропускную способность при разном количестве сетей на одном канале (таблица 2, рисунок 4). В результате расчета, при 20 устройствах пропускная способность снижается на 54%.
, (1)
(2)
Проведем эксперимент. У нас имеется сеть Wi-Fi, которая
Таблица 2
Расчёт пропускной способности при разном количестве сетей
Количество сетей на Пропускная способность, Пропускная способность,
канале к=5% к=3%
1 37,0 37,0
2 35,2 35,9
3 33,4 34,8
4 31,7 33,8
5 30,1 32,8
6 28,6 31,8
7 27,2 30,8
8 25,8 29,9
9 24,5 29,0
10 23,3 28,1
11 22,2 27,3
12 21,0 26,5
13 20,0 25,7
14 19,0 24,9
15 18,0 24,2
16 17,1 23,4
17 16,3 22,7
18 15,5 22,0
19 14,7 21,4
20 14,0 20,7
40,0 35,0 30,0 25,0 20,0 15,0 10,0 5,0 0,0
k=5% k=3%
5 10 15 20
Рисунок 4. - Теоретическое снижение пропускной способности
Для сравнения теоретического снижения пропускной способности с фактическим, проведен эксперимент. Будем измерять скорость подключения к интернету на компьютере, подключенном к Wi-Fi роутеру Keenetinc-1916 при разном количестве сетей на этом же канале (сеть 2.4 МГц, стандарт 802.11n), зависимость показана на рисунке 5.
40,0 35,0 30,0 25,0 20,0 15,0 10,0 5,0 0,0
k=5% k=3%
• Фактическая
10
15
20
Рисунок 5. - Результаты эксперимента
1
1
5
M Инженерный вестник Дона, №8 (2020) ivdon.ru/ru/magazine/archive/n8y2020/6589
Эксперимент проводился с постепенным подключением роутеров на 6 канале. Роутеры включались на канале поочередно, первые 5 роутеров - TP-Link TL-MR150, вторые 5 роутеров - Keenetinc-1916, оставшиеся 10 роутеров - TP-Link TL-MR6400. Каждый роутер имел независимое подключение к интернету по 4G. Уменьшение пропускной способности, скорее всего, зависит от типа оборудования, но при 20 точках доступа скорость падает до 11Мб, т.е. более чем в три раза. При этом пропускная способность снижалась не равномерно. Данный эксперимент доказывает возникновение коллизий, и значимость этого параметра при проектировании Wi-Fi сетей, в случае выбора канала при управлении трафиком также стоит закладывать коэффициент снижения порядка 7-15% в зависимости от количества сетей и типа здания (частный дом, офисное здание, аэропорт).
Литература
1. Wang D., Zhao F., Wang T., Zhang X. Wi-Fi fingerprint based indoor localization with iterative weighted knn for wifi ap missing. В сборнике: IEEE Vehicular Technology Conference. 88. Сер. "2018 IEEE 88th Vehicular Technology Conference, VTC-Fall 2018 - Proceedings" 2019. P. 8690648.
2. Мельник В.А., Чепелев М.Ю., Хорев Н.П. Установка для изучения распространения радиоволн wifi диапазона // В сборнике: Актуальные проблемы деятельности подразделений УИС. Сборник материалов Всероссийской научно-практической конференции с международным участием. Федеральная служба исполнения наказаний, Федеральное казенное образовательное учреждение высшего профессионального образования Воронежский институт ФСИН России. 2014. С. 228-229.
3. Гудин М., Федоров М. Некоторые тенденции развития технологий wifi, wimax, действующих на частоте 2.4 ггц. // Беспроводные технологии. 2006. № 1 (2). С. 4-6.
4. Степанова И.В. Вопросы построения и проектирования систем беспроводного широкополосного доступа технологий WIFI и MESH. // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. 2016. Т. 10. № 2. С. 25-33.
5. Чернега В.С. Оценка реальной пропускной способности компьютерных wifi сетей на транспортном уровне. // Таврический научный обозреватель. 2017. № 3-1 (20). С. 119-128.
6. Гайер, Дж., Гайер Э., Кинг Дж.Р. Беспроводные сети. Установка и устранение неполадок за 5 минут. - М.: НТ Пресс, 2015. - 176 с.
7. Альбекова З.М., В.О. Квашурин, Тутик Н.А. Анализ эволюции технологии беспроводных сетей и прогнозы развития инфокоммуникационных сетей в России // Инженерный вестник Дона, 2016, №4. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2016/3933.
8. Фиговский О. Новейшие нанотехнологии (обзор) // Инженерный вестник Дона. 2012. №1. URL: ivdon.ru/ru/magazne/archive/n1y2012/725 .
9. 1. Бачаров С. Выбор технологии беспроводного обмена данными для решения задач автоматизации систем жизнеобеспечения офисно-производственных помещений // Беспроводные технологии, 2007, №2. -URL: wirelesse.ru/articles/technologies/2007_2_58.php (дата обращения 04.03.2019).
10. 4. WI-FI в промышленных средах // ARMAN - системная интеграция для промышленности. URL: arman -engineering.ru/info_center/articles/1102 (дата обращения 04.03.2019).
References
1. Wang D., Zhao F., Wang T., Zhang X. IEEE Vehicular Technology Conference. 88. Ser. "2018 IEEE 88th Vehicular Technology Conference, VTC-Fall 2018 - Proceedings" 2019. p. 8690648.
2. Mel'nik V.A., CHepelev M.YU., Horev N.P. Vserossijskoj nauchno-prakticheskoj konferencii s mezhdunarodnym uchastiem. Federal'naya sluzhba ispolneniya nakazanij, Federal'noe kazennoe obrazovatel'noe uchrezhdenie vysshego professional'nogo obrazovaniya Voronezhskij institut FSIN Rossii. 2014. pp. 228-229.
3. Gudin M., Fedorov M. Besprovodnye tekhnologii. 2006. № 1 (2). pp.
4-6.
4. Stepanova I.V. T-Comm: Telekommunikacii i transport. 2016. T. 10. № 2. pp. 25-33.
5. CHernega V.S. Tavricheskij nauchnyj obozrevatel'. 2017. № 3-1 (20). pp. 119-128.
6. Gayer, Dzh, Gayer E., King Dzh.R. Besprovodnyie seti. Ustanovka i ustranenie nepoladok za 5 minut. [Wireless network. Installing and troubleshooting 5 minutes]. M. NT Press, 2015. 176 p.
7. Al'bekova Z.M., V.O. Kvashurin, Tutik N.A. Inzhenernyj vestnik Dona, 2016, №4. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2016/3933.
8. Figovskiy O. Inzenernyj vestnik Dona. 2012. №1. URL: ivdon.ru/ru/magazne/archive/n1y2012/725 .
9. Bacharov S. Besprovodnye tekhnologii, 2007, №2. URL: wirelesse.ru/articles/technologies/2007_2_58.php.
10. ARMAN - sistemnaya integraciya dlya promyshlennosti. 2019. URL: armanengineering.ru/info_center/articles/1102.
