Як перейти на Wi-Fi 6? Підготовка кабельної інфраструктури для нової бездротової мережі

Новий стандарт Wi-Fi нарешті досяг значимої популярності у всьому світі. На середину 2022 р. доступні уже десятки моделей ноутбуків та мобільних телефонів, домашніх та корпоративних бездротових точок доступу з підтримкою Wi-Fi 6/6E.

За прогнозом Wi-Fi Alliance до 2025 р. приблизно 80% усіх нових смартфонів будуть підтримувати Wi-Fi 6E. Компанії телекомунікаційної галузі починають бачити як пряму вигоду, повʼязану зі зростанням попиту користувачів на високошвидкісний доступ до Інтернет, так і переваги від підвищення продуктивності власної корпоративної мережі.

Звісно, масове застосування мереж IEEE 802.11ax також висуває еволюційно нові вимоги до проектування кабельної інфраструктури. В першу чергу, найсучасніший Wi-Fi 6E значно збільшує пропускну здатність корпоративних і громадських мереж бездротового зв’язку до 5 Гбіт/c. Крім того, підтримка модуляції 1024-QAM, ширина каналу в 160 МГц і до 8 потоків в майбутньому потенційно забезпечать пропускну здатність 9,61 Гбіт/с! Тому при плануванні монтажу нової або вимушеному ремонті існуючої кабельної інфраструктури доцільно застосувати такі кабелі, які не будуть слабким місцем мережі та реальним джерелом проблем після оновлення активного обладнання у майбутньому.

Що таке Wi-Fi 6E (802.11ax)?

Ще кілька років тому стандарти, яким відповідають точки доступу Wi-Fi, маршрутизатори та інші бездротові пристрої було прийнято маркувати літерами та цифрами, наприклад «802.11ac» або «a/b/g/n». Починаючи з 2019 Wi-Fi Alliance® почав офіційно використовувати такі спрощені та значно зручніші  назви (Таблиця 1).

Таблиця 1. Нові та старі назви стандартів  Wi-Fi

Отож, згідно нової термінології Wi-Fi Alliance, пристрої з підтримкою Wi-Fi 6E здатні передавати дані у бездротових мережах частотою 6 ГГц – на додачу до 2,4 ГГц та 5 ГГЦ. За твердженням Intel, Wi-Fi 6E є найбільшим «стрибком» у технології Wi-Fi за останні 20 років. При цьому Wi-Fi 6E є еволюційним розширенням можливостей Wi-Fi 6, а не принципово новим бездротовим стандартом. Серед основних переваг Wi-Fi 6E – зменшення затримки, оскільки в нещодавно відкритому спектрі немає жодних пристроїв Wi-Fi, які конкурують між собою. Пропускна здатність мережі навіть за наявності перешкод також значно зросте.

Постійно зростаюча кількість мобільних пристроїв, які використовуються для доступу до корпоративних сервісів, усе більші обсяги потокового відео надвисокої чіткості (Ultra HD) та затримка з переходом на 5G cприяють зростанню попиту на Wi-Fi 6 і Wi-Fi 6E.  Згідно даних IDC Research, у 2022 році загальний обсяг випущених пристроїв Wi-Fi шостого покоління перевищить 2,3 млрд пристроїв, при цьому 350 млн з них відповідатимуть новішому стандарту Wi-Fi 6E . Важливим фактором популяризації Wi-Fi 6E є підтримка технології найбільшими виробниками інтегральних мікросхем – Broadcom, Infineon, Intel, MediaTek, Qualcomm.

У такій ситуації швидший дротовий лінк від маршрутизатора до сервера відіграватиме важливу роль у оптимізації роботи мережі та підтримці зростаючого трафіку, але також вимагатиме відповідного рівня кабельну інфраструктуру.

Нові вимоги до кабельної інфраструктури

Для розкриття потенціалу бездротових пристроїв Wi-Fi 6 і Wi-Fi 6E необхідно дотримуватись таких принпипів проектування структурованої кабельної системи:

• Забезпечення наявності мінімум двох ліній класу EA/категорії 6A для підключення кожної бездротової точки доступу.
• Встановлення волоконно-оптичної магістралі з пропускною здатністю мінімум 25 Гбіт/с для підтримки Wi-Fi 6 і Wi-Fi 6E.
• Використання зональної архітектури структурованої кабельної системи для підтримки масштабування бездротової мережі з встановленням додаткових точок доступу, в тому числі резервних.
• Використання кабелів із суцільними жилами з більшою температурною стабільністю і меншими вносимими втратами, ніж у кабелів з многожилою.
• Використання надійних конекторів польового монтажу, наприклад рівня Siemon’s Z-PLUG® категорії 6A. Це дозволяє уникнути помилок монтажу та додаткових незручностей прокладання ліній з попередньо встановленими конекторами.
• Враховування можливого суттєвого накопичення тепла в пучках кабелів під час дистанційного живлення потужних точок бездротового доступу за стандартом PoE Type-2 802.3at і вище. Екрановані кабелі є оптимальним вибором, оскільки відзначаються більшою температурною стабільністю навіть у випадку прокладання в великих пучках. Рекомендованим вибором для одночасного живлення великої кількості обладнання із використанням сучасних стандартів PoE будуть екрановані кабелі Siemon категорії 6A та категорії 7A (розраховані на роботу у діапазоні температур до 75°C).
• Сумісність компонентів з вимогами IEC 60512-99-0012 гарантує, що контакти розʼємів не будуть пошкоджені при відʼєднанні під час активного навантаження дистанційного живлення.

Еволюція технології Wi-Fi

Wi-Fi 6E забезпечує, у середньому, в чотири рази більшу пропускну здатність мережі з великою кількістю клієнтських пристроїв порівняно зі стандартами попереднього покоління. Така велика різниця пояснюється еволюцією алгоритмів. Наприклад, формування променів у Wi-Fi 6 і Wi-Fi 6E потребує кількох антен для концентрації сигналів і мінімізації впливу перешкод (множинний вхід, множинний вихід або MIMO). Сигнал з однієї передавальної та однієї приймальної антени називається просторовим потоком (spatial stream), а можливість підтримувати кілька просторових потоків є однією з особливостей Wi-Fi 4, Wi-Fi 5, Wi-Fi 6 і Wi-Fi 6E. Ключовими технологіями, які забезпечують надвисоку пропускну здатність Wi-Fi 6, Wi-Fi 6E без втрати зворотньої сумісності є ортогональне частотне мультиплексування (OFDMA - дозволяє використовувати смугу пропускання відповідно до потреб клієнта) і синхронізована висхідна передача даних.

Рисунок 1. Таблиця 2. Зразок сигнального сузірʼя 16-QAM та корелюючі значення даних

Ще одна з технологій, що знайшла застосування у Wi-Fi 6, 6E-  квадратурна амплітудна модуляція (QAM), -  широко використовується в цифрових телекомунікаційних системах. QAM модуляція передбачає одночасну зміну як фази, так і амплітуди сигналу, що зазвичай зображають у вигляді діаграми сигнального сузірʼя (constellation diagram), де кожна точка представляє ряд бітів (наприклад, 0 або 1). Для передачі значень, що відповідають кожній точці сузірʼя використовуються синусоїдальні опорні сигнали, зсунуті на 90 градусів за фазою, які маніпулюються за допомогою амплітудної цифрової модуляції (ASK) або аналогової амплітудної модуляції (AM). Рисунок 1 зображує найпростіший зразок 16-QAM модуляції. В кожному квадранті сузір’я 16-QAM є чотири точки, кожна з яких відповідає чотирьом інформаційним бітам у діапазоні від 0000 до 1111. Для порівняння, за допомогою кожної точки сузірʼя з використанням 64-QAM модуляції (Wi-Fi 4) передається 6 біт, а використанням 256-QAM модуляції (Wi-Fi 5) - 8 біт. У найбільш сучасних Wi-Fi 6, Wi-Fi 6E використовується 1024-QAM модуляція  (10 біт на кожну точку сузірʼя).

На відміну від пристроїв Wi-Fi 5, що використовують діапазон 5 ГГц, пристрої Wi-Fi 6 і Wi-Fi 6E працюють одночасно у кількох діпазонах 2,4 ГГц, 5 ГГц та 6 ГГц. Це дозволяє поєднувати переваги 6 ГГц (більша пропускна здатність, більше доступних радіоканалів, менше працюючих пристроїв і електромагнітних завад) та 2,4 ГГц (кращі характеристики проникнення сигналу) для таких сучасних додатків як IoT. Побудова кабельної інфраструктури, готової до встановлення та використання точок доступу Wi-Fi 6 і Wi-Fi 6E може вберегти бізнес від багатьох невиправданих витрат, повʼязаних з вдосконаленням мережі у майбутньому.

На Рисунок 2 зображено рекомендовану схему прокладання зональної кабельної системи. Традиційно використовуються точки концентрації послуг (service concentration points) у вигляді шаф  із надлишковою кількістю портів для простого і швидкого нових підключення кабельних ліній до сервісних розеток (SO),  розташованих на плані приміщення у вигляді стільників. Замість сервісних розеток обслуговування зараз усе частіше використовується пряме підключення за допомогою ліній MPTL. Більшість точок доступу (WAP) зазвичай кріпляться до стелі або зашиваються декоративними панелями, і у таких місцях встановлення цілком ймовірне зростання температури вище середньої по будівлі. Саме тому рекомендується використовувати шнури із суцільними жилами, які показують кращу термостабільність і менші втрати за відносно високих температур, ніж шнури з многожилою. Стандарти ANSI/BICSI 0074 і TIA TSB-162-B5 містять важливі норми, які варто враховувати при проектуванні та встановленні кабельної  системи для подальшого підключення бездротових точок доступу з можливістю гнучкої зміни конфігурації.

Рисунок 2. Приклад схеми зональної кабельної системи для підключення бездротових точок доступу

У 2021 році американський телеком-регулятор US Federal Communications Commission ухвалив рішення про виділення в діапазоні 6 ГГц смуги спектру шириною 1,2 ГГц для неліцензійного використання. Відкриття цієї частини спектру було широко схвалено як представниками корпоративних користувачів, так і виробниками компонентів та обладнання, оскільки дозволяє розширити використовану смугу спектру у пʼять разів, збільшити пропускну здатність та зменшити вплив перешкод у порівнянні з попередніми поколіннями Wi-Fi. Нового спектру достатньо для 7 додаткових каналів по 160 МГц (без перекриття) або 14 каналів по 80 МГц (без перекриття). Крім того, Wi-Fi 6E підтримує до восьми антен і просторових потоків, забезпечуючи максимальну пропускну 9,61 Гбіт/с! Варто памʼятати, що на відміну від повнодуплексної збалансованої передачі у мережі Ethernet, пропускна здатність бездротової мережі являє собою суму трафіку висхідного та низхідного потоків. На Таблиця 3 узагальнено основні відмінності можливостей між технологіями Wi-Fi 4, Wi-Fi 5 і Wi-Fi 6/6E.

Таблиця 3. Порівняння характеристик Wi-Fi 4, Wi-Fi 5 та Wi-Fi 6/6E

Таблиця 4. Зразок застосування Wi-Fi 5 та Wi-Fi 6/6E

Через варіації пропускної здатності каналів, кількості просторових потоків і багатокористувацьких механізмів сигналізації, мережі Wi-Fi 5, Wi-Fi 6 і Wi-Fi 6E можна гнучко налаштовувати. Загалом, відносно неелика пропускна здатність використовується компактними мобільними пристроями (смартфони), середня пропускна здатність -  ноутбуками, а надвисока спеціалізованими пристроями або на вулиці, де концентрація пристроїв та перешкод менша, ніж у приміщенні. У Таблиця 4 представлено максимальні теоретичні швидкості для першого та другого покоління продуктів з підтримкою Wi-Fi 5, Wi-Fi 6 і другої хвилі  продуктів Wi-Fi 6E.

У пристроях Wi-Fi 6E використовується формування променя за допомогою кількох антен, більш ефективне використання просторових потоків та інші способи підвищення пропускної здатності та еффективної відстані звʼязку. Якщо узагальнити, то можна  очікувати вчетверо більшої продуктивності мережі з великою кількстю пристроїв-клієнтів та незначного покращення енергоспоживання після переходу на Wi-Fi 6E (Рисунок 3). 

Рисунок 3. Порівняння пропускної здатності Wi-Fi мереж різних поколінь

Кабельна система як основа інфраструктури

Порівнюючи можливості Wi-Fi, важливо памʼятати, що на пропускну здатність впливає кількість пристроїв-клієнтів та їх розподіл у просторі відносно точки доступу, супутні витрати бездротового протоколу. У деяких випадках достатньо навіть даних мережі Wi-Fi 5 щоб повністю використати пропускну здатність дротової мережі 1000BASE-T (1 Гбіт/с) на основі витої пари.

Безумовно, що зростання кількості пристроїв з підтримкою Wi-Fi 6 і Wi-Fi 6E, призведе збільшення вимог до дротового каналу вище 1 Гбіт/с. Комутатори 2,5GBASE-T (2,5 Гбіт/с) і 5GBASE-T (5 Гбіт/с) можуть тимчасово вирішити проблему, однак важливо пам’ятати, що лише кабелі класу EA / категорії 6A та вище гарантовано підтримують 2,5/5GBASE-T при довжині каналу 100 м.

Для повного використання можливостей кожної точки доступу Wi-Fi 6E знадобляться два з’єднання 2,5 / 5GBASE-T за схемою агрегації каналів (Рисунок 2). Агрегація каналів 10GBASE-T знадобиться уже відносно скоро, після розробки і впровадження нового стандарту Wi-Fi 7 з пропускною здатністю 20 Гбіт/с ( Рисунок 5).

На сьогодні майже всі міжнародні (включно з ANSI/TIA-568.1-E7) та державні телекомунікаційні стандарти спеціально рекомендують проектувати та монтувати по два кабельних лінії категорії 6A для підключення кожної бездротової точки доступу.

Енергоефективність

Радіочіпи Wi-Fi 6 і Wi-Fi 6E загалом є більш ефективними, ніж мікросхеми попереднього покоління. Втім, їх енергоспоживання значно вище. Через зростання складності протоколів точки доступу Wi-Fi 5, Wi-Fi 6 і Wi-Fi 6E не можуть працювати в межах 13-ватного бюджету PoE 802.3af і вимагають живлення окремим адаптером постійного струму або за допомогою PoE 802.3at і вище.

Використання PoE – безпечне для людей, але може спричинити підвищення температури у пучках кабелів на 10°C відносно температури приміщення та збільшити вірогідність виникнення електричної дуги на контактах роз’ємів. Нагрівання кабелів може спричинити зростання кількості бітових помилок, оскільки внесені втрати сигналу прямо пропорційні температурі.

У крайньому випадку, вказані негативні явища можуть призвести до незворотного пошкодження кабелю та роз’ємів. На щастя, цих ризиків можна гарантовано уникнути за допомогою правильного вибору мережевого кабелю.

Проектування інфраструктури

Існуючі бездротові точки доступу, абонентські пристрої, комутатори та кабельна інфраструктура, ймовірно, потребуватимуть оновлення для підтримки майбутніх стандартів Wi-Fi.

Проект будь-якої нової кабельної інфраструктури повинен відповідати вимогам чинних галузевих стандартів ( у першу чергу, ISO / IEC 11801, прийнятий як національний стандарт України ДСТУ ISO/IEC 11801-(1-6)) та гарантійних вимог виробників структурованих кабельних систем (Таблиця 5). Це питання висвітлювалось у численних дослідженнях і статтях, що базуються на досвіді тисяч компаній. Якщо звести причини до кількох, то дотримання вимог стандарів значно знижує ризик помилок  при проектування, встановленні та експлуатації інфраструктури і в довгостроковому проміжку часу робить її використання дешевшим, в том числі через більшу гнучкість простішу здастність масштабування, модернізації.

Таблиця 5. Міжнародні стандарти структурованих кабельних систем

Інфраструктура, що підтримує 10GBASE-T стандарт є оптимальною для впровадження Wi-Fi мереж нових поколінь. Використання екранованих кабелів (наприклад, Siemon категорії 6A та категорії 7A) не потребує зменшення у проекті максимальної довжини кабелів для відповідності вимогам TIA та ISO/IEC щодо внесених втрат і механічної надійності при температурах до 75°C. Такі кабелі є рекомендованими до застосовування у мережах з дистанційним живлення вище PoE 802.3at навіть при прокладанні у крупних пучках.

Варто зазначити, що хоч кабелі категорії 6 / класу E також підтримують 10GBASE-T і коштують дешевше, але вони не позбавлені кількох суттєвих недоліків:

• 10GBASE-T (10 Гбіт/с) підтримуюється при довжині каналу максимум 55 метрів
• менша захищеність від перешкод
• збільшене споживання електроенергії
• гірша здатність розсіювати тепло та гірша стабільність при високих температурах

Таким чином, кабелі категорії 6 / класу D не є повноцінною заміною категорії 6A / класу EA та категорії 7A / класу FA у випадку проектування сучасної кабельної інфраструктури з гарантованою підтримкою Wi-Fi 6 і Wi-Fi 6E точок доступу.

З точки зору оптимізації витрат, використання кабелів категорії 6A  / класу EA у структурованій кабельній системі з зонуванням та точками концентрації послуг сьогодні є ідеальним способом забезпечити достатню щільність резервних портів з підтримкою агрегування каналів 2,5/5GBASE-T для кожної точки доступу та 10GBASE-T у майбутньому. Така конфігурація є надзвичайно гнучкою, оскільки дозволяє змінювати зони покриття, в тому числі за рахунок підключення нових точок доступу.

Наприклад, Siemon рекомендує проектувати кабельну мережу із розрахунку одна 24-портова точка консолідації на зону радіусом 13 м. Точки консолідації мають бути заздалегідь підʼєднані до відповідної кількості кабельних ліній для простішого підключення нових пристроїв у майбутньому. Рекомендована початкова надлишкова ємність портів становить 50% від використаної у проекті (тобто 12 із 24 портів, усього доступних у точці консолідації).

Якщо точку консолідації окрім підключення бездротових точок доступу також передбачається використовувати для підключення сенсорів, пристроїв автоматизації, освітлення будинку та телекомунікаційних розеток (TO), кількість надлишкових портів потрібно збільшити (або частіше встановлювати точки консолідації).

Розʼєми, патч-панелі та інше з’єднувальне обладнання, що використовується в топології каналу, має відповідати стандарту IEC 60512-99-001. Це гарантує, що поверхні контактів під дією дуги постійного струму PoE живлення не будуть пошкоджені.

Для підключення бездротових точок доступу рекомендується використовувати коннектори категорії 6A високої якості, з можливістю польового монтажу –  наприклад Z-PLUG® від Siemon. Використання у топології каналу типу MPTL (готова лінія з модульним коннектором) має кілька переваг у порівнянні з патч-кордами – немає ризику занадто короткого патч-корду, не потрібен патч-корд нестандартної довжини, немає проблем з надлишковим зусиллям від провисаючого патч-корду на порт точки доступу. Siemon додатково рекомендує використовувати канал, що складається мінімум з двох зʼєднань – це полегшує внесення змін та модернізацію, тестування та маркування системи.

Магістралі структурованої кабельної системи повинні підтримувати пропусну здатність не менше 25 Гбіт/с (многомодові або одномодові волоконно-оптичні кабелі).

Вартість інфраструктури для Wi-Fi 6/6E

Повна вартість бездротових мереж часто недооцінюється, і як наслідок – вона значно перевищує очікування замовника. Основною помилкою є оцінка вартості проекту та формування бюджету лише на основі ціни обладнання та програмного забезпечення (загальна вартість придбання або total costs of aquisition, TCA). Gartner повʼязує 80% загальних витрат на ІТ-рішення з періодом після закупівлі та дає визначення загальній вартості володіння (Total costs of ownership, TCO) як сукупній сумі витрат і повʼязані зміни у компанії протягом певного часу.

Розрахунок загальної вартості володіння для мережі WiFi дозволяє прийняти обґрунтоване рішеня щодо набору технологій та архітектури, забезпечити рентабельність.  Загальна вартість володіння враховує витрати на придбання, матеріальні і нематеріальні витрати, які виникають протягом терміну служби обладнання.

Важливо зауважити, що вибір набору технологій та архітектури не повинен базуватися виключно на загальній вартості володіння рішення, а і на його надійності та гнучкості:

• наявності технологічного запасу, відповідно до темпу розвитку технологій
• простості масштабуння та модернізації

Загальну вартість володіння для розрахунку часто поділяють на капітальні витрати (Capex) та операційні витрати (Opex). На Рисунок 7 нижче зазначені складові обох груп та ступінь впливу кабельної інфраструктури на їх вартість:

Таблиця 6. Вплив кабельної інфраструктури на витрати компанії

Конкретне значення кожної складової у загальній вартості володіння, ступінь впливу кабельної інфраструктури є індивідуальним для кожного випадку, оскільки залежить від багатьох чинників. Втім, залежність загальної вартості володіння від правильно обраного рішення кабельної інфраструктури є логічною та незаперечною.

Резюме

Еволюція технологій змушує переглянути погляди навіть на широко розповсюджені та перевірені досвідом платформи чи системи. Поширення Wi-Fi 6 і Wi-Fi 6E  суттєво впливає на оцінку існуючої інфраструктури, оскільки ці бездротові стандарти вимагають пропускної здатності кабельних ліній понад 5 Гбіт/с і дистанційного живлення PoE 802.3at і вище.

Таким чином, вигідність вичікувальної позиції щодо впровадження структурованої кабельної системи рівня 10GBASE-T уже зараз є сумнівною. Інвестування в інновації потрібно робити вчасно. Лише правильно спроектована та змонтована інфраструктура з використанням зонування, екранованих компонентів щонайменше класу EA/категорії 6A, кабелів з високою температурною стабільністю, може гарантувати повну підтримку Wi-Fi 6E зараз і більш новіших стандартів у майбутньому.

Обладнання Siemon у нас у каталозі:

Кабель Siemon внутрішній / зовнішній армований із вільним буфером

Кабель Siemon внутрішній / зовнішній із щільним буфером

Кабель Siemon внутрішній із щільним буфером

Кабель Siemon внутрішній / зовнішній із вільним буфером

Кабель Siemon зовнішній армований із вільним буфером

Кабель Siemon зовнішній з вільним буфером

Патч-корди оптичні Siemon LC BladePatch

Патч-корди оптичні Siemon LC ValueLight

Патч-корди оптичні / піг-тейли оптичні Siemon LC XGLO / LightSystem

Піг-тейли оптичні Siemon MTP

Всі товар Siemon >