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高密度環境におけるシスコ無線デザインケーススタディ CC5-5

エンタープライズネットワーク事業ユニファイドアクセス部コンサルティングシステムズエンジニア

古川裕康

Cisco and/or its affiliates. All rights reserved. CC5-5 Cisco Public

アジェンダ

高密度Wi-Fiの広がり

Wi-Fiパフォーマンスへ影響をおよぼすもの

高密度Wi-Fiベストプラクティス – 指向性アンテナ

– Rx-SOP

ケーススタディ

– スタジアム

– コンベンションセンター

– オフィス

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高密度Wi-Fiの広がり


なぜ高密度Wi-Fiが注目されている?

無線LANが、お気に入りの、多くの場合、事実上唯一のアクセステクノロジーに

高密度への需要はスタジアムやイベント会場から始まり、オフィスのネットワークへも広がり始めている

スマートデバイスの爆発的な普及とともに、あらゆる場所で座席当たりのコネクション数が増大

無線LANは依然として半二重のメディアであり、導入を成功させるには効率的な使い方が求められる

ユーザあたり2 から 3 デバイス

Wi-Fi パフォーマンスに影響を及ぼすもの


802.11が進化しても変わらないもの

802.11 エラーリカバリは限定的 – 未だに – Retransmit a packet

– Rate shift

無線のデューティサイクルは、チャネル利用率に対数比例

チャネル利用率はキャパシティを示す

トラフィック量の多いネットワーク – 干渉への許容度が低い

トラフィック量が少なければ – 低いレベルの干渉には気づかない可能性も

帯域は – あればあるだけ使ってしまう(ある意味、お金のよう)

最低限抑えておくべきは – 去年よりも多くのネットワークユーザがいて、それは5年前よりも多い(つまり年々増えていく)ということ

802.11 とデューティサイクル – チャネル利用率 – エアタイム

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干渉がどのようにWi-Fiに影響するか?

802.11a/b/g/n - CSMA/CA, LBT (listen Before Talk)

Collision Avoidance – 802.11は、非常に礼儀正しいプロトコルになるようデザイン – CCA (Clear Channel Assessment) – Collisions – SNR

CCA – ED (Energy Detect) – 素早く、低消費電力だか、誤検出しやすい

– Preamble – 時間も消費電力も多くかかるが、誤検出しづらい

CCA しきい値は 802.11b/g では -65 dBm

802.11aではCCAは-65dBmのEDとは異なる。もし20dB低ければプリアンブル調査は-85dBmで処理される必要がある。

事実を見極める

7


干渉がどのようにWi-Fiに影響するか?

Collisions - 非Wi-FiデバイスはCollision Avoidanceではない独自のメカニズム

Wi-Fiへの配慮がないことによる影響 – Corrupted packets – 再送の増加

– デューティサイクルの増加

– 利用可能な帯域の減少

SNR – Signal to Noise ratio

事実を見極める

8

High SNR Low SNR


エンドユーザへの影響

スループット減少

Interference Type 至近距離 (25 ft)

近距離(75 ft)

2.4 or 5 GHz Cordless

Phones 100% 100%

Video Camera 100% 57%

Wi-Fi (busy neighbor) 90% 75%

Microwave Oven 63% 53%

Bluetooth Headset 20% 17%

DECT Phone 18% 10%

ネットワークキャパシティおよびカバレッジの減少

音声通話や動画の品質劣化

完全なリンク障害の可能性

IT 管理者への影響

セキュリティ違反の可能性

サポート要求

運用コストの増大 Source: FarPoint Group

干渉源の無線LANパフォーマンスへの影響保護されないネットワークのリスク

http://www.cisco.com/wirelesssecurity


チャネル利用率とは？

チャネル利用率は物理的なもので、論理的には消費されたエアタイム

CCAレベル以上の強さの物理的な信号

論理的なCW (Contention Window) と NAV (Network Allocation Vector)

空間に飛び交う全ての電波を含む – 自分以外の不正AP – それが802.11で受信可能なレベルであればカウントされる

現在のチャネルでの当該APのTX_opを表すメトリック

当該APだけではなく、チャネル全体の利用率を表す

チャネル利用率が高い根本原因を切り分け – 自システムからの干渉 – 複数SSID, データレート, APの間隔と密度 – 設定で制御可能

– 非Wi-Fiデバイスからの干渉 – 大部分は対処可能

– 不正デバイス/ ネットワークからの干渉 – 設定である程度管理可能

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ノイズ、干渉源と利用率をWLCで確認

Rx Utilization 36

Tx Utilization 7

Channel Utilization 96

11


スペクトラムは共有で有限のリソース

802.11 b/g/a/n/ac プロトコルの選択とデューティサイクルの関係を理解する – なぜ重要なのか？

12

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

6 12 36 54 130 173.3 300 540

64 Bytes

128 Bytes

256 Bytes

512 Bytes

1024 Bytes

2048 Bytes

Data Bytes

Time μS

Data Rate - Mbps

HT/VHT 40 3ss

HT/VHT 20 2ss

OFDM


Client Link 3.0

ClientLinkのビームフォーミング能力は、標準のものとは異なり、レガシークライアントも含む全てのクライアントのSNRを改善

この技術はクライアント側のハードウェアやソフトウェアの特別な能力を前提としておらず、同じアクセスポイントに共存する802.11acおよび802.11nクライアントが混在するネットワークでシームレスに稼働

標準ベースのビームフォーミングは、.11acクライアントで動作するが、現在多くのものはビームフォーミングをサポートしない

なぜ高密度環境で有効か

高密度Wi-Fi ベストプラクティス


先進技術堅実な無線設計基本的なチューニング

電波の飛びすぎを抑える – 指向性アンテナ、ダウ

ンチルト

良好な配置/ 設計: – チャネル、送信電力

干渉の削減 – 不正APと非Wi-Fi干渉

SSID数を必要最小限に

低いデータレートを無効に – スティッキークライアン

ト問題を改善し、キャパシティが増加

バンド誘導 – デュアルバンドクライ

アントを5GHzへ

RF プロファイル

Rx-SOP チューニング – 同一チャネル干渉の影

響を軽減し、キャパシティを大幅に改善

– 同時にスティッキークライアントも削減

マルチキャストビデオの最適化

高密度Wi-Fi – ベストプラクティス


Rx-SOP とは?

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Receiver Start of Packet Detection Threshold (RX-SOP) は、AP無線モジュールがパケットを復調、復号できるWiFi信号レベルをdBmで定義したもの

Rx-SOPのレベルを高くすると、無線モジュールの感度がより低くなり、セルサイズが小さくなる

セルサイズを小さくすることで、クライアントをより分散させることができ、利用率を下げる効果が期待できる

高密度設計のための機能で、システムの挙動に関する深い理解が必要

現在のセルで送信したパケットが無視されたクライアントは別のAPにローミングする必要がある

AireOSのスタジアム向けバージョン専用に開発され、AireOS 8.0で公開された機能

聞こえなくなるもの: 遠くにある不正AP 遠くにある同一チャネルのAP (自システムからの干渉) 遠くにあるクライアント


Rx-SOP 効果と注意点

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慎重に最適化すればメリットはあるが、適切に最適化されないと非常に危険 – 1) 著しい性能向上と 2) セルエッジでのクライアントサービス

レベル低下の差が紙一重

チャネルの実際のエネルギーは変化せず、無線モジュールの感度に影響する

無線モジュールの受信感度を事前に決められたレベルに低下させる – すなわち、-80dBm以下の信号強度で無線モジュールに入っ

てきたものは全て無視する

正しいクライアントから送信されたパケットがAPで『聞こえなく』ならないよう、チューニングしすぎには注意アンテナの設置方法が重要

RX-SOPはグローバルレベルでもRFプロファイルでも同様に利用可能

プロファイルを使い、高密度環境での特定の問題を解決するためだけに使うことを強く推奨。

“Earmuffs”


QBSS – 全て不正APが利用

遠方の不正AP Live Nation, Outdoor concert series

シナリオ大規模な屋外音楽祭 ASがWi-Fiサービスを、AP3500シリーズで提供近隣の不正AP – MotorolaがQBSSの負荷を目一杯に上

げて送信 – タワーに設置されたあるCisco APでは-80dBmで見えていた

実効的にチャネル1の利用率を80%にしていて、これがサービスが途切れる原因になっていた

ソリューションと結果基本の RX-SOP コマンドを、スペシャルビルドで作成新規APイメージでRx-SOPを-78dBmにしたところ、チャネ

ル利用率が80%から40%と効果的に減少し、接続性が劇的に改善

この機能がフィールドで実際に有効だと証明された


チャネル利用率 – 高い状態

同一チャネルのAP CiscoLive

シナリオ高密度導入で、チャネルが貴重アンテナや設計は最大の密度で最適化 -60 dBm未満のセルがないデータレートとチャネルプランは最適化済チャネル利用率が依然として高い状態

ソリューションと結果 RX-SOPをセル境界に一致するように適用カバレッジエリアが異なれば、異なる設定が必要シアター内は、アグレッシブな設定で、キャパシティをシアター外は、保守的な設定で、カバレッジをこれは、綿密に設計・実装された上でのチューニングの結

果であり、それがなければトラブルの元


Rx-SOP 設定

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High, Medium, Low, Autoのいずれかを設定

Auto はデフォルトの挙動で、自動で調整されるためRx-SOP機能はCCAしきい値にリンクしたまま

多くのネットワークはLow設定をサポートでき、改善が見られる


Rx-SOP チューニングガイドライン

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平均セルサイズにもとづく – 低密度 (平均) 550 m2 = 通常のエンタープライズのカバレッジモデル – 中程度から高密度 300 m2 = APは指向性アンテナと組み合わせて使うべき。高いデータレ

ートを無効にするなどアドバンスト設定が必須で、中程度から高いRx-SOPを適用 – 高密度 100-300 m2 = スタジアムアンテナなどの高い指向性アンテナと組み合わせた高密

度設置

いずれのシナリオでも: デザインしたセルの端にいるクライアントが見えるようにすること – 最低でも10dBの余裕をもたせること (人体による信号の減衰などを考慮) – 例: 最も端にいるクライアントが-71dBmなら、Rx-SOPは-81にしてみる

低めの値から慎重に始めて、うまく行くという結果が確認できたときだけより高い設定を試みるようにする

ケーススタディ


スタジアムWi-Fi RFデザインゴール

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大前提: セルのサイズを小さくする

802.11bは、チャネルオーバーラップしない1ch、6ch、11chを使用する

802.11aを使えるところはなるべく使う

低いデータレートを無効

電波出力をなるべく小さくする

30%のセルオーバーラップでデザインする


スタジアム事例西武ドーム

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2013年のシーズンから全体で141台のWiFiアクセスポイントを導入 1. フリーWiFiインターネットアクセス 2. ドーム内限定の無料コンテンツ（ブラウザベース）


スタジアム事例カバレッジプランの例

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サイトサーベイ結果を参考に複数案の中から選択

• 高指向性アンテナでスタンド上部をカバー

• 指向性アンテナでスタンド下部をカバー

• 座席下の指向性アンテナでスタンド中段をカバー

• キャパシティは十分

• AP同士が見通せる位置関係にない

• ケーブルの長さも考慮

高指向性アンテナ指向性アンテナ


スタジアム事例楽天Koboスタジアム

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28,000人の観客に対して約280台のアクセスポイントを隈なく配置、極めて快適なWiFiアクセス

• フリーWiFiインターネットアクセスと、ドーム内限定の無料コンテンツ、ビール販売のEdy決済


コンベンションセンター事例 Mobile World Congress 2014

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• スペイン、バルセロナで開催

• 8つの大ホール

• 屋内や屋外に数多くの休憩所

• 多くのクラスルームやミーティングルーム

• 50箇所のレストラン

• ホールをまたがる、高さのある歩道

• 参加ベンダー4,000、参加者85,000人

Mobile World Congress 2014: Behind the Wi-Fi Network http://www.cisco.com/c/en/us/products/collateral/wireless/aironet-3700-series/white-paper-c11-732008.html

http://www.cisco.com/c/en/us/products/collateral/wireless/aironet-3700-series/white-paper-c11-732008.html













コンベンションセンター事例

RF ポリシー

機能を分割するためにチャネルを選定

ベンダー用対施設運用管理用

デモ用のフリーチャネル

役割に応じて(Role base)

屋内対屋外

高い送信電力対低い送信電力

覚えておくべき原則としては - DFSチャネルを使う場合は、最低でも1つ以上の非DFSチャネルが使えるようにしておくこと。そうでないと、最悪の場合、レーダー検知時は30分間稼働できない。

RF Profile DCAをどのように活用したか


コンベンションセンター事例 MWC – GSMA 無線ポリシー

• MWC2014 – AP Group および RF Profile • 216 AP group • 86 RF profile • 送信電力、チャネル、データレート、およびHDXしきい値 • 主要なSSIDは3つ • 追加で240ものSSID (ベンダー名など) を用意

• MWC 2015での無線ポリシー(方向性) • ベンダー用の、さらに細分化されたチャネルグループ • ホールでは特別なリクエストがない限り2.4 GHzを offに • それ以外の場所では2.4GHzは自由に使える

MWCでの無線プロファイル概要


平均セルサイズ = 260 m2 (2700 ft2) : -65 dBm, 5 GHz

コンベンションセンター事例 AP3700とスタジアムアンテナを格子状に配置


コンベンションセンター事例ゾーン毎のポリシー分け

1 1

1

1

1

1

1

1 1

1

1



2

2

2



3

3



4


オフィス事例

Mac OS, iOSデバイスが多い – Bonjourなどのマルチキャストトラフィックもある

AAA override併用のため、1つのSSIDでも複数のVLANがある – VLAN毎にマルチキャスト転送

WLC 5508, AireOS 7.4

AP3502I, AP3602I

30m × 50mのフロアにAPが15台

1APあたり最大120台のクライアントが接続

天井パネルを使わない内装のため、パッチアンテナの適用が困難(意匠、費用)

背景

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オフィス事例

Prime Infrastructureでのモニター – 70-99台のクライアントが接続

– Utilizationが定常的に高い Channel Utilization Tx Utilization

想定される原因 – Sticky Client

– 低速データレートでのAirTime浪費

一般的な対策 – APの送信電力を下げる

– 低速データレートを無効に

事象1 – 利用率が高い

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オフィス事例

Prime Infrastructureでのモニター – Utilizationが定常的に高い Channel Utilization

想定される原因 – 同一チャネル干渉

一般的な対策 – 近隣APの送信電力を下げる

– チャネル割り当ての見直し (固定も含む)

事象2 – 利用率が高い

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オフィス事例

各フロアのAPにおける10分間のマルチキャストフレーム平均送信数、および最大送信フレーム数

マルチキャストフィルタの効果

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Avg 作業前作業後

Day 1 Day 2 Day 3 Day 4 Day 5

Floor A 29,544 25,482 13,342 14,083 12,992

Floor B 18,832 15,292 8,317 7,990 6,623

Floor C 23,978 21,613 12,326 13,347 11,570

Floor D 32,070 29,705 14,605 15,713 13,809

Floor E 31,293 30,629 13,411 13,697 12,022

Floor F 32,165 28,894 14,996 15,417 13,959

Floor G 29,043 24,776 13,399 13,924 11,351

Max

Floor A 195,801 147,059 101,086 100,250 85,946

Floor B 150,953 153,402 56,888 88,816 63,304

Floor C 166,285 193,903 87,358 113,386 128,871

Floor D 200,521 178,514 80,287 100,919 108,206

Floor E 253,246 190,179 166,104 87,472 110,049

Floor F 198,288 157,605 113,717 105,983 122,375

Floor G 183,175 185,007 98,384 110,415 90,833

Bonjourフィルタ適用 MLD Snooping停止

MLDv2フィルタ適用

マルチキャストフレーム数がほぼ半分以下に


オフィス事例 Sticky Clientの削減

39

TPC閾値設定変更（-70dBm → -76dBm）

TxPowerが1（最大出力）で固定されていた一部のAPはTPC構成へ変更し、出力調整の結果、周辺のAPと接続端末数を分散するようになったことを確認

設定前のクライアント収容数設定後のクライアント収容数

最大80台程度の同時接続最大35台程度の同時接続に減少

一部のAPへの端末集中によるパフォーマンス低下が軽減

TxPower = 1 TxPower = 5


オフィス事例

チャネルデフォルト -70dBm

設定後 -76dBm

AP01 44 1 1

AP02 44 3 5

AP03 36 3 5

AP04 48 3 4

AP05 40 4 5

AP06 48 4 5

AP07 36 5 5

AP08 36 5 5

AP09 44 5 5

AP10 48 5 5

AP11 40 5 5

AP12 36 4 5

AP13 44 4 5

AP14 48 4 5

AP15 40 4 5

TPC閾値を下げた後の送信電力(TxPower Level)の変化

40

AP05

AP04

AP03

AP07 AP09

AP01

AP02

AP06 AP08 AP10

AP11

共用部

AP12 AP13

AP14

AP15

15台のAPのうち、9台で送信電力が1レベル以上

小さくなり、同一チャネル干渉が緩和。


各段階の作業実施前後におけるチャネル使用率の変化

各フロアのAPにおける10分間のチャネル使用率平均値

チャネル使用率の変化

チャネル利用率% Day1 Day2 Day3 Day4 Day5

Floor A 23.93 24.79 19.84 17.35 17.07 Floor B 7.79 6.99 5.97 5.08 6.38 Floor C 17.14 12.34 14.05 11.97 11.78 Floor D 29.53 25.39 26.90 24.59 26.30 Floor E 24.30 24.25 20.51 21.03 19.55 Floor F 32.97 27.46 29.81 26.11 30.95 Floor G 23.22 14.01 13.40 11.57 11.87

チャネル使用率の業務時間帯(9時～22時)平均

Day 1: 作業実施前

Day 2: Bonjourフィルタ/MLD無効化

Day 3: 低速レート(Floor A 有効/Floor G無効)/ MLDv2フィルタ

Day 4: TPC調整

Day 5: Ch再配置

全体的なチャネル使用率としては、多少の改善傾向が見られる


オフィス事例

マルチキャストACL, MLD Snooping無効化、マルチキャスト転送レートを引き上げ

低速データレートを無効に

IPv6 / IPv4 マルチキャストに対するACL設定を追加

TPC閾値を変更

チャネル設定の固定化、再割り当て

段階的に対策を適用し、効果を確認

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まとめ


まとめ

高密度環境では、できるだけセルを小さくして、同一チャネル干渉を抑える

送信電力を下げるだけでなく、必要に応じてRx-SOPも組み合わせて最適化

指向性の鋭いスタジアムアンテナや通常のパッチアンテナ、内蔵型アンテナを用途に応じて効果的に組み合わせる

RF Profileでポリシーを細分化し、RRMで自動調整を図る

.11ac以外のクライアントもサポートする独自のClientLink3.0によって、Cisco無線LAN製品は高密度環境で高いパフォーマンスが期待できる

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