Często spotykamy się z opinią, że realizacja usług Voice-over-IP w sieci przedsiębiorstwa w przypadku sieci Wi-Fi czyli usług VoWiFi (WoWLAN) jest technicznie trudna. Pisaliśmy o tym także na naszym portalu. Twierdzenie takie jest rzeczywiście uzasadnione – zapewnienie usług transmisji głosu jest (obok instalacji o b. dużej gęstości użytkowników) najtrudniejszym wyzwaniem w realizacji sieci bezprzewodowych – z czego jednak wynikają problemy? W tym artykule postaramy się zwięźle wyjaśnić wyzwania z jakimi spotykamy się wdrażając VoWiFi.
Z usług typu VoIP rutynowo korzystają średnie i większe firmy wykorzystując stacjonarne telefony IP. Wykorzystanie mobilnych zestawów komunikacyjnych VoIP jest rzadsze ale stale rośne. Urządzenia VoWiFi to zarówno mobilne telefony zgodne z protokołami 802.11a/b/g/n jak i innego rodzaj sprzęt, np. proste „radiotelefony” WiFi – tzw. „communication badge” - jak np. oferowane przez firmę Vocera (zdjęcie). Często jednak VoIP pojawia się w sieciach firmowych bez wiedzy administratora – łatwo zapomnieć, że usługi takie jak Skype, facetime, itp. uruchamiane na laptopach, tabletach i komórkach to także VoIP!
Mobilne telefony Wi-Fi wykorzystywane są w typowych środowiskach biurowych, ale także w logistyce oraz wszelkiego rodzaju obiektach o dużej powierzchni. Ruch sieciowy generowany przez tego typu urządzenia jest specyficzny i składa się z długich sekwencji niewielkich pakietów wysyłanych regularnie w krótkich odstępach czasu. Wielkość pakietu i częstość wysyłki zależy głównie od używanego codeca audio, możemy spotkać się typowo z pakietami o rozmiarze do 20 do 120 B wysyłanych c.a. 50 razy na sekundę (co 20 ms). Strumień danych generowany przez VoIP nie jest imponujący – to od 8 do 60 Kbps, duże mniej niż przy przeglądaniu stron WWW lub transmisji wideo. Dlaczego więc VoWiFi sprawia tyle trudności?
Przyczyny leży nie w natężeniu ruchu ale w wymaganiach dot. zapewnienia jego regularności i braku błędów. Wg. wymagań ITU (międzynarodowa unia telekomunikacyjna) maksymalne opóźnienie w dostarczeniu pakietu real-time-audio nie może przekroczyć 150 ms. Co jest dość trudne do spełnienia w sieciach WiFi. Przyjmuje się zazwyczaj, że transmisja VoIP wymaga stopy retransmisji L2 na poziomie 2% i nie więcej niż 5%. Wymaga się latencji transmisji na poziomie do 100ms. Dodatkowo wymaga się aby zmienność latencji (jitter) była niewielka. W praktyce oznacza to, że słaby sygnał oraz sieć przeciążona (nawet w niewielkim stopniu) nie będzie w stanie spełnić takich wymagań.
Wymagania na parametry ruchu VoWiFi przekładają się na wymagania dotyczące fizycznych parametrów sieci: o ile zakłada się, że w „normalnych” zastosowaniach całkowicie wystarczająca moc sygnału to -70dBm, o tyle dla VoIP przyjmuje się -65dBm jako właściwy poziom mocy, przy czym powinien on być spełniony na całym obszarze, na którym korzystamy z usług VoIP. Zakłada się też że stosunek sygnał do szumu (SNR) musi być większy niż 28dB (co nie jest łatwe do spelnienia np. w środowiskach przemysłowych).
Obecnie przyjmuje się, że usługi VoIP muszą być realizowane w sieci zgodnej ze standardem WMM (Wireless Multimedia), czyli 802.11e. Oznacza to, że zarówno urządzenia klienckie jak i AP muszą posiadać certyfikat WMM. WMM obejmuje dwa ważne aspekty transmisji: priorytety ruchu (VoIP ma najwyższy priorytet) oraz efektywną obsługę oszczędzania energii (WMM-PS). Obsługa priorytetów w ruchu WiFi jest dość złożona i z reguły poprawnie implementuje ją tylko sprzęt profesjonalny. Szczegółowy opis wykracza poza to opracowania, możemy jednak podać tu najważniejsze założenia: w WMM-AC (WMM-Admission Control) standardowy mechanizm zarządzania dostępem do pasma radiowego (DCF – Distributed Coordination Function ) zastąpiony jest przez mechanizm EDCA (Enhanced Distributed Channel Access). Ruch sieciowy rozdzielany jest na 4 osobne kolejki (VoIP, video, best effort i background). Każdy z czterech typów ruchu otrzymuje lepsze (lub gorsze) szanse wygrania rywalizacji o pasmo; dane typu VoIP otrzymują statystycznie najkrótszy czas oczekiwania na dostęp i zazwyczaj (ale nie zawsze) wygrywają rywalizację.
Wdrożenie AP zgodnych z WMM nie koniecznie zapewni poprawne funkcjonowanie usług VoIP, kolejne wyzwanie techniczne to zapewnienie szybkiego roamingu między punktami dostepowymi, co jest niezbędne w przypadku przemieszczających się użytkowników. Protokół roamingowy zdefiniowany jest w standardzie 802.11r oraz standardach wspierających (m.in. 802.11k). Jednak w przeciwieństwie do samego WMM roaming nie jest w 100% zdefiniowany przez standardy, które określają tylko proces przełączenia się urządzenia klienckiego z AP do AP, lecz nie precyzują kiedy ono następuje oraz nie określają w jaki sposób AP przekazują sobie wzajemnie informacje o mobilnym kliencie. Przyjmuje się, że w przypadku klientów VoIP przełączenie klienta VoIP między AP nie może trwać dłużej niż 100-150 ms. Osiągnięcie krótkiego czasu przełączenia klienta między AP jest trudne w środowiskach, w których wykorzystujemy autoryzację 802.1X/EAP – czyli praktycznie we wszystkich środowiskach „profesjonalnych”. Pełne uwierzytelnienie suplikanta poprzez serwer uwierzytelniający obejmujący wieloetapową wymianę kluczy trwa ok 700ms, czyli zdecydowanie za długo. Protokoły roamingowe obejmują więc i ten aspekt dzięki mechanizmom „re-autoryzacji” klienta (OKC, FT).
Wdrożenie infrastruktury WiFi zgodnej ze standardami WMM - poprawnie oraz sprawnie realizującymi roaming niestety nie zapewni nam jeszcze sprawnego funkcjonowania VoWiFi, kolejnym klockiem układanki jest infrastruktura przewodowa, czyli przełączniki obsługujące priorytety ruchu zgodnie ze standardem IEEE 802.1D, czyli obsługą QoS na poziomie MAC Ethernet. Oczywiście, obsługa QoS w sieci Ethernet musi się jeszcze poprawnie integrować z w.w. standardami QoS dla sieci bezprzewodowej. Do tego dodać musimy jeszcze obsługę 802.1Q i odpowiednie mapowanie ruchu VoIP na dedykowany VLAN.
Jak więc zrealizować dobrze funkcjonującą sieć VoWiFi? Proces projektowania zasadniczo nie odbiega od standardowego procesu dla sieci bezprzewodowej i obejmuje standardowe fazy: zbierania wymagań, planowania, symulacji, badań terenowych (Site Surevey) , wdrożenia właściwego, ponownych badań ewaluacyjnych (Post instalation Site Surevey) oraz wprowadzania poprawek. Istotne jest uwzględnienie parametrów kluczowych dla sieci tego typu – o najważniejszych napisaliśmy wyżej. Inne czynniki wymagające uwzględnienia wynikają z aktualnie obowiązujących najlepszych praktyk (best practices) dla sieci VoWiFi i obejmują np.: maksymalną liczbę stacji klienckich per AP (w zależności od stosowanej modulacji), kwestie związane z bezpieczeństwem (zależne od infrastruktury i wymagań klienta), kwestie związane z integracją z infrastrukturą Ethernet, itd. Przy wyborze dostawcy rozwiązań musimy pamiętać o kilku kwestiach: niezbędne minimum to zgodność z normami: WMM, 802.11e, 802.11r/k/i, etc. Jest to kryterium konieczne lecz nie wystarczające – normy obejmują wyłącznie warstwę L1 i L2 sieci Wi-Fi i nie opisują np. kwestii kooperacji AP w zakresie roamingu, etc. Tak więc, doświadczenie udokumentowane referencjami danego producenta w faktycznie zrealizowanych wdrożeń VoWiFi jest bardzo ważne.
Więcej informacji:
(c) CC & GB
