WLAN-toistimet, WDS, mesh ja muut langattomat laajennukset

Monesti WLAN-projektin kallein vaihe on kaapelointi. Kaapelointi? Eikö tämän pitänyt olla langatonta? Eikö näitä kaapeleita voisi korvata langattomalla yhteydellä? Myyjillä ainakin on tuotteita, jotka lupaavat paljon.

Normaalissa WLAN-verkossa jokainen tukiasema on liitetty langalliseen verkkoon. Miksei siihen voisi käyttää langatonta verkkoa itseään? Houkutteleva ajatus. Toki myyjillä on siihen sitten ratkaisuja. Ratkaisujen toimivuudesta voidaan olla sitten eri mieltä. Myyjän mielestä verkko toimii, kun sivu aukeaa selaimessa aikanaan. Toisen myyjän mielestä riittää, että verkkoon voi liittyä, sivujen aukeamisesta ei ollut puhetta. Ostaja olisi ehkä halunnut kuunnella musiikkia tai jopa katsella videoita.

Suorituskykyongelmiin jotkut myyjät ovat jopa suositelleet tukiasemien lisäämistä. Myyjällehän kaikkein paras ratkaisu on myydä vielä vähän lisää. Oikeasti tukiasemien lisääminen saattaa hidastaa verkkoa. Hidastaa? Miten niin? Mitä tässä oikein tapahtuu?

Toistimet

Aloitetaan teknisesti yksinkertaisimmista laitteista eli toistimista, jotka tunnetaan myös termeillä repeater tai Wi-Fi Range Extender. Toistin on laite, joka nimensä mukaan toistaa kaiken kuulemansa. Se ei välitä mihin suuntaan tieto on kulkemassa, toistin toistaa kaiken kuin kaiku. Toistin sijoitetaan kuuluvuusalueen reunalle, jossa se kuulee tukiaseman viestit ja toistaa niitä laitteille, jotka ovat kuuluvuusalueen ulkopuolella. Vastaavasti laitteiden viestit toistetaan, että ne kuuluvat tukiasemalle. Sangen yksinkertainen periaate, ei vaadi erityisiä asetuksia ja toimii, kunhan liikennettä on vähän.

Toistimen toiminnan haittapuolta voi ajatella kuvittelemalla neuvotteluhuoneen, jossa on niin pitkä pöytä, että toisessa päässä ei kuulla mitä toisessa päässä puhutaan. Ongelma ratkaistaan laittamalla puoleenväliin pöytää papukaija, joka toistaa kaiken kuulemansa. Järjestely hidastaa kokoustamista, koska jokaisen lauseen jälkeen pitää pitää tauko, että papukaija saa toistettua lauseen. Jokaiseen puheenvuoroon kuluu siis kaksinkertainen aika eli tiedonsiirron nopeus putoaa puoleen. Papukaija toistaa myös puheenvuorot, jotka on tarkoitettu vain vieressä istuvalle (ojennatko kahvia?)

Entäpä jos pöytä on niin pitkä, että siihen tarvitaan useampi papukaija määrävälein? Viestiminen hidastuu puoleen jokaisen papukaijan myötä. Koska papukaija ei voi kuunnella ja toistaa yhtä aikaa, sen pitää odottaa että seuraava papukaija on saanut edellisen lauseen toistettua ja niin edelleen. Vasta kun kaikki ovat vaienneet voidaan aloittaa uuden lauseen välittäminen.

Wireless Distribution System eli WDS

Normaalisti WLAN-liikenne tukiasemalta käyttäjän laitteelle tarvitsee vain kolme osoitetta ja niin alkuperäinen 802.11 on kirjoitettu. Välitettäessa paketteja eteenpäin tarvitaan täydet neljä osoitetta: lähettäjä ja vastaanottaja sekä alkuperäinen lähde ja lopullinen kohde. WDS lisää 802.11-paketteihin neljännen osoitteen, mutta ikävä kyllä WDS:ä ei koskaan standardoitu loppuun saakka. Kukin valmistaja teki siitä omannäköisensä ratkaisun eli eri laitteet eivät toimi yhteen. Käytännössä WDS toimii vain saman valmistajan laitteiden kesken, koska niiden pitää ymmärtää toisiaan. Tässä suhteessa WDS eroaa toistimista, jotka eivät vaadi mitään asetuksia emoverkkossa.

Neljä osoitetta mahdollistavat pakettien välittämisen usean tukiaseman kautta (multi-hop). Tukiasemat tietävät mitä laitteita sen omalla kuuluvuusaluueella on ja päättää mitkä paketit se toistaa. Tukiasema voi myös oppia mitä laitteita naapuritukiasemien alueella on. Käytännössä laitteet voivat liikkua ja vaihtaa tukiasemaa, joten varminta on toistaa kaikki paketit kuten toistimen tapauksessa.

Koska tukiasemien pitää lähettää toisilleen paketteja, on niiden kaikkien oltava samalla kanavalla. Näin koko verkko on samaa törmäysaluetta, vain yksi laite kerrallaan voi turvallisesti lähettää. Tämä ja pakettien uudelleenlähetys (se papukaija) hidastavat verkon toimintaa. Nopeus putoaa aina puoleen jokaista langatonta hyppyä kohti. Jos paketti tarvitsee kolme hyppyä päästäkseen perille niin nopeus on enää ⅛ nimellisnopeudesta.

Toinen ongelma WDS:n kanssa on salaus. Normaalissa WLAN:ssa käyttäjien laitteet tunnistautuvat tukiasemalle eli laitteilla on eri roolit. WDS:ssä tukiasemien pitäisi osata päättää rooleista tunnistautuessaan keskenään. Tehokkaissa salausmenetelmissä avaimia myös vaihdetaan määrävälein, joka tuottaa ongelmia monenkeskeisessä tunnistautumisessa. Näistä syistä WDS-verkot olivat aluksi täysin salaamattomia tai käyttivät heikkoa WEP-salausta. Myöhemmin valmistajat kehittivät omia ratkaisujaan WPA2 Personalin eli jaetun salasanan käyttöön, mutta ne eivät toimi ristiin. 802.11s:n piti ratkaista tämä ongelma, mutta siitä ei ole tullut kovin suosittua.

Mesh

Mesh ei ole standardoitu termi lainkaan. Monilla valmistajilla vain tuntuu olevan oma mesh-ratkaisunsa, jotka ovat joka perus-WDS:ä tai sen jatkokehitelmiä. Yleisin parannus on varata tukiasemien väliseen liikenteeseen oma radio. Esimerkiksi tukiasemat käyttävät keskenään 5GHz radiota ja käyttäjien laitteiden kanssa viestitään 2,4GHz:lla. Tällä tavalla vierekkäiset tukiasemat voivat käyttää eri kanavia 2,4GHz:lla, mutta keskinäiseen viestintään tukiasemien silti pitää olla samalla 5GHz kanavalla.

On myös laitteita, joissa on kolme radiota, joista siis kahta käytetään käyttäjien laitteiden kanssa ja kolmatta tukiasemien väliseen viestintään. Näin voidaan käyttäjille tarjota sekä 2,4GHz että 5GHz verkko ja silti varata oma kanava tukiasemien välille. Ratkaisu parantaa verkon suorituskykyä kunhan 5GHz:lla on riittävästi vapaita kanavia.

Eri radioita käyttämällä saadaan ensimmäinen nopeuden puoliintuminen vältettyä. Tukiasema voi samaan aikaan vastaanottaa lähetystä yhdellä radiolla ja lähettää sitä samaan aikaan edelleen toisella. Vasta jos seuraavan tukiaseman pitää lähettää paketti edelleen niin siinä vaiheessa nopeus puoliintuu. Mesh-ratkaisuissa tukaisemien välillä voidaan käyttää 802.11ac:n 80MHz tai jopa 160MHz leveää kanavaa, jonka kapasiteetti on moninkertainen. Silloin nopeuden puoliintuminenkaan ei enää ole niin iso ongelma.

Standardien puuttuessa mesh-ratkaisut ovat valmistajakohtaisia. Mesh-tukiasemat ovat yleensä kalliimpia, etenkin jos niissä on kolme radiota. Lisäksi on huomattava tukiasematiheys. Yleensä tukiasemien ei haluta kuulevan toisiaan eli tukiasemien kuuluvuusalueet leikkaavat toisiaan vain reunoiltaan. Mesh-ratkaisussa tukiasemien sen sijaan on kuultava toisiaan ja vieläpä hyvin, joten tukiasemien väliset etäisyydet on puolitettava. Tukiasemia tarvitaan siis ainakin kaksinkertainen määrä.

Tavallinen WLAN-verkko
Mesh-verkko

Langaton runkoverkko

Monilla valmistajilla on erilaisia omia ratkaisuja myös kahden pisteen väliseen (Point-to-Point eli PtP) tai yhdestä moneen pisteeseen (Point-to-Multi-Point eli PtMP) yhteyteen. Laitteet ovat säänkestäviä ja yleensä samoihin kuoriin on laitettu sekä voimakkasti suuntaava antenni että tukiasema. Näillä laitteilla voi rakentaa WLAN-tukiasemien välille langattoman runkoverkon, joka suorituskyvyltään vastaa hyvinkin kaapelointia. Ratkaisut usein käyttävät 802.11-standardia tehokkaampaa aikajakoa (Time Division Multiple Access eli TDMA) ja mahdollisesti aivan muita taajuuksia kuten 24GHz tai 60GHz.

Langaton runkoverkko voi kuulostaa ylilyönniltä, mutta on oikeasti aivan järkevää tekniikka järkevään hintaan. Esimerkiksi muutaman rakennuksen kampuksella langaton runkoverkko voi olla parempi vaihtoehto kuin kaivaa kaapeleita maahan, etenkin jos tiloissa ollaan vuokralla. Joissain historiallisissa ympäristöissä kaapelointi voi olla kohtuuttoman kallista tai kokonaan kielletty. Toisaalta esimerkiksi pienessä mökkikylässä PtMP voi olla kaikkein halvin tapa saada maatalolle tuleva laajakaista jaettua rannassa oleviin mökkeihin. Vaatimuksena on näköyhteys, sillä mäen yli tai läpi mikroaallot eivät kanna.

Huippuluokan laitteet pitkille etäisyyksille ovat kalliita, mutta satojen metrien tai muutaman kilometrin matkalle PtP-yhteyden saa alle 200 eurolla. Siihen pitää tietysti vielä laskea WLAN-tukiasema lisäksi, sillä tavalliset käyttäjälaitteet eivät voi liittyä TDMA-verkkoon suoraan.

Suositus

WLAN-tukiasemat kannattaa kaapeloida aina kun se on mahdollista. Kaapeli on kaksisuuntainen, häiriötön ja kapasiteetiltaan ylivoimainen. Jos käyttäjiä ja liikennettä on vähän niin mesh-ratkaisuilla voidaan täydentää kaapeloituja tukiasemia. Meshin vaikutus suorituskykyyn pitää vain ottaa huomioon. Kannattaa myös laskea mitä kaikkea voisi kaapeloida sillä rahalla, joka menee mesh-tukiasemiin. Jo muutaman kaapeloidun tukiaseman lisääminen mesh-verkkoon parantaa merkittävästi suorituskykyä, kun useamman hypyn ketjut lyhenevät. Jos tarvitaan hyvää suorituskykyä, mutta kaapelointi ei tule kyseeseen, kannattaa rakentaa langaton runkoverkko PtP- tai PtMP-yhteyksillä.

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista.

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.