Как перейти на Wi-Fi 6? Подготовка кабельной инфраструктуры для новой беспроводной сети

Новый стандарт Wi-Fi наконец-то достиг значимой популярности во всем мире. К середине 2022г доступны уже десятки моделей ноутбуков и мобильных телефонов, домашних и корпоративных беспроводных точек доступа с поддержкой Wi-Fi 6/6E.

За прогнозом Wi-Fi Alliance до 2025 г. приблизительно 80% всех новых смартфонов будуть поддерживать Wi-Fi 6E. Компании телекоммуникационной отрасли начинают видеть как прямую выгоду, связанную с растущим спросом пользователей на высокоскоростной доступ к Интернет, так и преимущества от увеличения продуктивности собственной корпоративной сети.

Закономерно, массовое применение сетей IEEE 802.11ax также выдвигает эволюционно новые требования к проектированию кабельной инфраструктуры. В первую очередь самый современный Wi-Fi 6E значительно увеличивает пропускную способность корпоративных и общественных сетей беспроводной связи до 5 Гбит/c. Кроме того, поддержка модуляции 1024-QAM, ширина канала в 160 МГц и до 8 потоков в будущем потенциально обеспечат пропускную способность 9,61 Гбит/с! Поэтому при планировании монтажа новой или вынужденном ремонте существующей кабельной инфраструктуры целесообразно применить такие кабели, которые не будут являться слабым местом сети и реальным источником проблем после обновления активного оборудования в будущем.

Что такое Wi-Fi 6E (802.11ax)?

Еще несколько лет назад стандарты, которым соответствуют точки доступа Wi-Fi, маршрутизаторы и другие беспроводные устройства было принято маркировать буквами и цифрами, например «802.11ac» или «a/b/g/n». Начиная с 2019 года  Wi-Fi Alliance® начал официально использовать следующие упрощенные и значительно более удобные названия (Таблица 1).

Таблица 1. Новые и старые названия стандартов Wi-Fi

Согласно новой терминологии Wi-Fi Alliance, устройства с поддержкой Wi-Fi 6E способны передавать данные в беспроводных сетях частотой 6 ГГц – в дополнение к 2,4 ГГц и 5 ГГЦ. По утверждению Intel, Wi-Fi 6E является самым большим «скачком» в технологии Wi-Fi за последние 20 лет. При этом Wi-Fi 6E представляет собой эволюционное расширение возможностей Wi-Fi 6, а не принципиально новый беспроводной стандарт. Среди основных преимуществ Wi-Fi 6E – уменьшение задержки, поскольку в недавно открытом спектре нет никаких конкурирующих между собой устройств Wi-Fi. Пропускная способность сети даже при наличии помех значительно возрастет.

Постоянно растущее количество мобильных устройств, используемых для доступа к корпоративным сервисам, все большие объемы потокового видео сверхвысокой четкости (Ultra HD) и задержка с переходом на 5G способствуют росту спроса на Wi-Fi 6 и Wi-Fi 6E. Согласно данным IDC Research, в 2022 году общий объем выпущенных устройств Wi-Fi шестого поколения превысит 2,3 млрд устройств, при этом 350 млн из них будут соответствовать более новому стандарту Wi-Fi 6E. Важным фактором популяризации Wi-Fi 6E является поддержка технологии крупнейшими производителями интегральных микросхем – Broadcom, Infineon, Intel, MediaTek, Qualcomm.

В такой ситуации более быстрое проводное подключение от маршрутизатора к серверу будет играть важную роль в оптимизации работы сети и поддержке растущего трафика, но также потребует соответствующего уровня кабельную инфраструктуру.

Новые требования к кабельной инфраструктуре

Для раскрытия потенциала беспроводных устройств Wi-Fi 6 и Wi-Fi 6E необходимо соблюдать следующие принципы проектирования структурированной кабельной системы:

• Обеспечение наличия минимум двух линий класса EA/категории 6A для подключения каждой беспроводной точки доступа.
• Установка волоконно-оптической магистрали с пропускной способностью минимум 25 Гбит/с для поддержки Wi-Fi 6 и Wi-Fi 6E.
• Использование зональной архитектуры структурированной кабельной системы для поддержания масштабирования беспроводной сети с установкой дополнительных точек доступа, включая резервные.
• Использование кабелей со сплошными жилами с большей температурной стабильностью и меньшими потерями, чем у кабелей с многожилой.
• Использование надежных коннекторов полевого монтажа, например уровня Siemon's Z-PLUG® категории 6A. Это позволяет избежать ошибок монтажа и дополнительных неудобств прокладки линий с предварительно установленными коннекторами.
• Учитывание возможного существенного накопления тепла в пучках кабелей во время дистанционного питания мощных точек беспроводного доступа по стандарту PoE Type-2 802.3at и выше. Экранированные кабели являются оптимальным выбором, поскольку отличаются большей температурной стабильностью даже в случае прокладки в больших пучках. Рекомендованным выбором для одновременного питания большого количества оборудования с использованием современных стандартов PoE будут экранированные кабели Siemon категории 6A и 7A (рассчитаны на работу в диапазоне температур до 75°C).
• Совместимость компонентов с требованиями IEC 60512-99-0012 гарантирует, что контакты разъемов не будут повреждены при отключении при активной нагрузке дистанционного питания.

Эволюция технологий Wi-Fi

Wi-Fi 6E обеспечивает в среднем в четыре раза большую пропускную способность сети с большим количеством клиентских устройств по сравнению со стандартами предыдущего поколения. Такая большая разница объясняется эволюцией алгоритмов. Например, формирование лучей в Wi-Fi 6 и Wi-Fi 6E требует нескольких антенн для концентрации сигналов и минимизации воздействия помех (множественный вход, множественный выход или MIMO). Сигнал с одной передающей и одной приемной антенны называется пространственным потоком (spatial stream), а возможность поддерживать несколько пространственных потоков является одной из особенностей Wi-Fi 4, Wi-Fi 5, Wi-Fi 6 и Wi-Fi 6E. Ключевыми технологиями, обеспечивающими сверхвысокую пропускную способность Wi-Fi 6, Wi-Fi 6E без потери обратной совместимости являются ортогональное частотное мультиплексирование (OFDMA – позволяет использовать полосу пропускания в соответствии с потребностями клиента) и синхронизированная восходящая передача данных.

Рисунок 1. Таблица 2. Образец сигнального созвездия 16-QAM и коррелирующие значения данных

Еще одна из технологий, нашедшая применение в Wi-Fi 6, 6E – квадратурная амплитудная модуляция (QAM), – широко используется в цифровых телекоммуникационных системах. QAM модуляция предполагает одновременное изменение как фазы, так и амплитуды сигнала, обычно изображаемые в виде диаграммы сигнального созвездия (constellation diagram), где каждая точка представляет ряд битов (например, 0 или 1). Для передачи значений, соответствующих каждой точке созвездия, используются синусоидальные опорные сигналы, сдвинутые на 90 градусов по фазе, которые манипулируются с помощью амплитудной цифровой модуляции (ASK) или аналоговой амплитудной модуляции (AM). Рисунок 1 изображает самый простой образец 16-QAM модуляции. В каждом квадранте созвездия 16-QAM имеется четыре точки, каждая из которых соответствует четырем информационным битам в диапазоне от 0000 до 1111. Для сравнения, с помощью каждой точки созвездия с использованием 64-QAM модуляции (Wi-Fi 4) передается 6 бит , а использованием 256-QAM модуляции (Wi-Fi 5) – 8 бит. В наиболее современных Wi-Fi 6, Wi-Fi 6E используется 1024-QAM модуляция (10 бит на каждую точку созвездия).

В отличие от устройств Wi-Fi 5, использующих диапазон 5 ГГц, устройства Wi-Fi 6 и Wi-Fi 6E работают одновременно в нескольких диапазонах 2,4 ГГц, 5 ГГц и 6 ГГц. Это позволяет сочетать преимущества 6 ГГц (большая пропускная способность, больше доступных радиоканалов, меньше работающих устройств и электромагнитных помех) и 2,4 ГГц (лучшое проникновение сигнала) для таких современных приложений как IoT. Построение кабельной инфраструктуры, готовой к установке и использованию точек доступа Wi-Fi 6 и Wi-Fi 6E может уберечь бизнес от многих неоправданных затрат, связанных с усовершенствованием сети в будущем.

На Рисунок 2 изображена рекомендуемая схема прокладки зональной кабельной системы. Традиционно используются точки концентрации услуг (service concentration points) в виде шкафов с избыточным количеством портов для простого и быстрого подключения новых кабельных линий к сервисным розеткам (SO), расположенных на плане помещения в виде сот. Вместо сервисных розеток сейчас все чаще используется прямое подключение с помощью линий MPTL. Большинство точек доступа (WAP) обычно крепятся к потолку или зашиваются декоративными панелями, и в таких местах установки вполне вероятный рост температуры выше средней по зданию. Именно поэтому рекомендуется использовать шнуры со сплошными жилами, которые показывают лучшую термостабильность и меньшие потери при относительно высоких температурах, чем шнуры с многожилой. Стандарты ANSI/BICSI 0074 и TIA TSB-162-B5 содержат важные нормы, которые следует учитывать при проектировании и установке кабельной системы для дальнейшего подключения беспроводных точек доступа с возможностью гибкого изменения конфигурации.

Рисунок 2. Пример схемы зональной кабельной системы для подключения беспроводных точек доступа

В 2021 году американский телеком-регулятор US Federal Communications Commission принял решение о выделении в диапазоне 6 ГГц полосы спектра шириной 1,2 ГГц для нелицензионного использования. Открытие этой части спектра широко одобрено как представителями корпоративных пользователей, так и производителями компонентов и оборудования, поскольку позволяет расширить используемую полосу спектра в пять раз, увеличить пропускную способность и уменьшить влияние помех по сравнению с предыдущими поколениями Wi-Fi. Нового спектра достаточно для 7 дополнительных каналов по 160 МГц (без перекрытия) или 14 каналов по 80 МГц (без перекрытия). Кроме того, Wi-Fi 6E поддерживает до восьми антенн и пространственных потоков, обеспечивая максимальную пропускную 9,61 Гбит/с! Следует помнить, что в отличие от полнодуплексной сбалансированной передачи в сети Ethernet пропускная способность беспроводной сети представляет собой сумму трафика восходящего и нисходящего потоков. На Таблица 3 обобщены основные отличия возможностей между технологиями Wi-Fi 4, Wi-Fi 5 и Wi-Fi 6/6E.

Таблица 3. Сравнение характеристик Wi-Fi 4, Wi-Fi 5 и Wi-Fi 6/6E

Таблица 4. Образец применения Wi-Fi 5 и Wi-Fi 6/6E

Из-за вариаций пропускной способности каналов, количества пространственных потоков и многопользовательских механизмов сигнализации, сети Wi-Fi 5, Wi-Fi 6 и Wi-Fi 6E можно гибко настраивать. В целом относительно небольшая пропускная способность используется компактными мобильными устройствами (смартфоны), средняя пропускная способность - ноутбуками, а сверхвысокая специализированными устройствами или на улице, где концентрация устройств и помех меньше, чем в помещении. В Таблице 4 представлены максимальные теоретические скорости первого и второго поколений продуктов с поддержкой Wi-Fi 5, Wi-Fi 6 и второй волны продуктов Wi-Fi 6E.
В устройствах Wi-Fi 6E используется формирование луча с помощью нескольких антенн, более эффективное использование пространственных потоков и другие способы повышения пропускной способности и эффективного расстояния связи. Если обобщить, то можно ожидать в четыре раза большей производительности сети с большим количеством устройств-клиентов и незначительного улучшения энергопотребления после перехода на Wi-Fi 6E (Рисунок 3).

Рисунок 3. Сравнение пропускной способности Wi-Fi сетей разных поколений

Кабельная система как основа инфраструктуры

Сравнивая возможности Wi-Fi важно помнить, что на пропускную способность влияет количество устройств-клиентов и их распределение в пространстве относительно точки доступа, сопутствующие расходы беспроводного протокола. В некоторых случаях достаточно даже данных сети Wi-Fi 5, чтобы полностью использовать пропускную способность проводной сети 1000BASE-T (1 Гбит/с) на основе витой пары.

Безусловно, что рост количества устройств с поддержкой Wi-Fi 6 и Wi-Fi 6E, приведет к увеличению требований к проводному каналу выше 1 Гбит/с. Коммутаторы 2,5GBASE-T (2,5 Гбит/с) и 5GBASE-T (5 Гбит/с) могут временно решить проблему, однако важно помнить, что только кабели класса EA/категории 6A и выше гарантированно поддерживают 2,5 /5GBASE-T при длине канала 100м.

Для полного использования возможностей каждой точки доступа Wi-Fi 6E понадобятся два соединения 2,5/5GBASE-T по схеме агрегации каналов (Рисунок 2). Агрегация каналов 10GBASE-T понадобится уже относительно скоро, после разработки и внедрения нового стандарта Wi-Fi 7 с пропускной способностью 20 Гбит/с (Рисунок 5).

На сегодняшний день почти все международные (включая ANSI/TIA-568.1-E7) и государственные телекоммуникационные стандарты специально рекомендуют проектировать и монтировать по два кабельных линии категории 6A для подключения каждой беспроводной точки доступа.

Энергоэффективность

Радиочипы Wi-Fi 6 и Wi-Fi 6E в целом более эффективны, чем микросхемы предыдущего поколения. Впрочем, их энергопотребление существенно выше. Из-за возрастания сложности протоколов точки доступа Wi-Fi 5, Wi-Fi 6 и Wi-Fi 6E не могут работать в пределах 13-ваттного бюджета PoE 802.3af и требуют питания отдельным адаптером постоянного тока или с помощью PoE 802.3at и выше.

Использование PoE – безопасно для людей, но может вызвать повышение температуры в пучках кабелей на 10°C относительно температуры помещения и увеличить вероятность возникновения электрической дуги на контактах разъемов. Нагрев кабелей может вызвать рост количества битовых ошибок, поскольку внесенные потери сигнала прямо пропорциональны температуре.

В крайнем случае, указанные негативные явления могут привести к необратимому повреждению кабеля и разъемов. К счастью, эти риски можно гарантированно избежать с помощью правильного выбора сетевого кабеля.

Проектирование инфраструктуры

Существующие беспроводные точки доступа, абонентские устройства, коммутаторы и кабельная инфраструктура, вероятно, потребуют обновления для поддержки будущих стандартов Wi-Fi.

Проект любой новой кабельной инфраструктуры должен отвечать требованиям действующих отраслевых стандартов  (в первую очередь, ISO / IEC 11801, принятый как национальный стандарт Украины ДСТУ ISO/IEC 11801-(1-6)) и гарантийным требованиям производителей структурированных кабельных систем (Таблица 5). Этот вопрос освещался в многочисленных исследованиях и статьях, основанных на опыте тысяч компаний. Если свести причины к нескольким, соблюдение требований стандартов значительно снижает риск ошибок при проектировании, установке и эксплуатации инфраструктуры и в долгосрочном промежутке времени делает ее использование дешевле, в том числе из-за большей гибкости более простой способности масштабирования, модернизации.

Таблица 5. Международные стандарты структурованных кабельных систем

Инфраструктура, поддерживающая 10GBASE-T стандарт, является оптимальной для внедрения Wi-Fi сетей новых поколений. Использование экранированных кабелей (например, Siemon категории 6A и категории 7A) не требует уменьшения в проекте максимальной длины кабелей для соответствия требованиям TIA и ISO/IEC по внесенным потерям и механической надежности при температурах до 75°C. Такие кабели рекомендованы к применению в сетях с дистанционным питанием выше PoE 802.3at даже при прокладке в крупных пучках.

Следует отметить, что хотя кабели категории 6/класса E также поддерживают 10GBASE-T и стоят дешевле, но они не лишены нескольких существенных недостатков:

• 10GBASE-T (10 Гбит/с) поддерживается при длине канала максимум 55 метров
• меньшая защищенность от помех
• увеличенное потребление электроэнергии
• худшая способность рассеивать тепло и худшая стабильность при высоких температурах

Таким образом, кабели категории 6/класса D не являются полноценной заменой категории 6A/класса EA и категории 7A/класса FA в случае проектирования современной кабельной инфраструктуры с гарантированной поддержкой Wi-Fi 6 и Wi-Fi 6E точек доступа.

К примеру, Siemon рекомендует проектировать кабельную сеть из расчета одна 24-портовая точка консолидации на зону радиусом 13 м. Точки консолидации должны быть заранее подключены к соответствующему количеству кабельных линий для более простого подключения новых устройств в будущем. Рекомендуемая избыточная емкость портов составляет 50% от использованной в проекте (т.е. 12 из 24 портов, всего доступных в точке консолидации).

Если точку консолидации, кроме подключения беспроводных точек доступа, также предполагается использовать для подключения сенсоров, устройств автоматизации, освещения дома и телекоммуникационных розеток (TO), количество избыточных портов нужно увеличить (или чаще устанавливать точки консолидации).

Разъемы, патч-панели и другое соединительное оборудование, используемое в топологии канала, должны соответствовать стандарту IEC 60512-99-001. Это гарантирует, что поверхности контактов под действием дуги постоянного тока PoE питания не будут повреждены.

Для подключения беспроводных точек доступа рекомендуется использовать коннектор категории 6A высокого качества, с возможностью полевого монтажа – например Z-PLUG® от Siemon. Использование в топологии канала типа MPTL (готовая линия с модульным коннектором) имеет несколько преимуществ по сравнению с патч-кордами – нет риска слишком короткого патч-корда, не требуется патч-корд нестандартной длины, нет проблем с избыточным усилием от провисающего патч-корда порт точки доступа. Siemon дополнительно рекомендует использовать канал, состоящий минимум из двух соединений – это облегчает внесение изменений и модернизацию, тестирование и маркировку системы.

Магистрали структурированной кабельной системы должны поддерживать пропускную способность не менее 25 Гбит/с (многомодовые или одномодовые волоконно-оптические кабели).

Стоимость инфраструктуры для Wi-Fi 6/6E

Полная стоимость беспроводных сетей часто недооценивается, и как следствие – она значительно превышает ожидания заказчика. Основной ошибкой является оценка стоимости проекта и формирование бюджета только на основе цены оборудования и программного обеспечения (общая стоимость приобретения или total costs of aquisition, TCA). Gartner связывает 80% общих затрат на ИТ-решения с периодом после закупки и дает определение общей стоимости владения (Total costs of ownership, TCO) как совокупной суммы расходов и связанных изменений в компании в течение определенного времени.

Расчет общей стоимости владения сети WiFi позволяет принять обоснованное решение относительно набора технологий и архитектуры, обеспечить рентабельность. Общая стоимость владения учитывает затраты на приобретение, материальные и нематериальные затраты, возникающие в течение срока службы оборудования.

Важно отметить, что выбор набора технологий и архитектуры не должен базироваться исключительно на общей стоимости владения решения, а и на его надежности и гибкости:

• наличия технологического запаса в соответствии с темпом развития технологий
• простота масштабирования и модернизации

Общая стоимость владения для расчета часто делится на капитальные расходы (Capex) и операционные расходы (Opex). На Рисунок 7 ниже указаны составляющие обеих групп и степень влияния кабельной инфраструктуры на их стоимость:

Таблица 6. Влияние качества кабельной инфраструктуры на расходы компании

Конкретное значение каждой составляющей в общей стоимости владения, степень влияния кабельной инфраструктуры индивидуально для каждого случая, поскольку зависит от многих факторов. Впрочем, зависимость общей стоимости владения от правильно выбранного решения кабельной инфраструктуры логична и неоспорима.

Резюме

Эволюция технологий заставляет пересмотреть взгляды даже на широко распространенные и проверенные опытом платформы или системы. Распространение Wi-Fi 6 и Wi-Fi 6E оказывает существенное влияние на оценку существующей инфраструктуры, поскольку эти беспроводные стандарты требуют пропускной способности кабельных линий свыше 5 Гбит/с и дистанционного питания PoE 802.3at и выше.

Таким образом, выгодность выжидательной позиции по внедрению структурированной кабельной системы уровня 10GBASE-T уже сейчас является сомнительной. Инвестирование в инновации необходимо делать вовремя. Только правильно спроектированная и смонтированная инфраструктура с использованием зонирования, экранированных компонентов, по меньшей мере, класса EA/категории 6A, кабелей с высокой температурной стабильностью, может гарантировать полную поддержку Wi-Fi 6E сейчас и более новых стандартов в будущем.

Оборудование Siemon у нас в каталоге:

Кабель Siemon внутренний / внешний армированный со свободным буфером

Код: 273577

Кабель Siemon внутренний / внешний с плотным буфером

Код: 273578

Кабель Siemon внутренний с плотным буфером

Код: 273579

Кабель Siemon внутренний / внешний со свободным буфером

Код: 273580

Кабель Siemon внешний армированный со свободным буфером

Код: 273581

Кабель Siemon внешний со свободным буфером

Код: 273582

Патч-корды оптические Siemon LC BladePatch

Код: 273583

Патч-корды оптические Siemon LC ValueLight

Код: 273584

Патч-корды оптические / пиг-тейлы оптические Siemon LC XGLO / LightSystem

Код: 273585

Пиг-тейлы оптические Siemon MTP

Код: 273586

Все товар Siemon >