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Cisco Connect Japan 2014: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

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Cisco Connect Japan 2014 にて行われたセッションプログラム「高密度環境におけるシスコ無線デザイン ケース」についての資料です。

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Cisco Connect Japan 2014: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

  1. 1. 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
  2. 2. 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 2
  3. 3. 高密度Wi-Fiの広がり
  4. 4. Cisco and/or its affiliates. All rights reserved.CC5-5 Cisco Public 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
  5. 5. Wi-Fi パフォーマンスに影響を及ぼすもの
  6. 6. Cisco and/or its affiliates. All rights reserved.CC5-5 Cisco Public 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 6
  7. 7. Cisco and/or its affiliates. All rights reserved.CC5-5 Cisco Public 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
  8. 8. Cisco and/or its affiliates. All rights reserved.CC5-5 Cisco Public 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
  9. 9. Cisco and/or its affiliates. All rights reserved.CC5-5 Cisco Public 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
  10. 10. Cisco and/or its affiliates. All rights reserved.CC5-5 Cisco Public 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 10
  11. 11. Cisco and/or its affiliates. All rights reserved.CC5-5 Cisco Public 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
  12. 12. Cisco and/or its affiliates. All rights reserved.CC5-5 Cisco Public 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
  13. 13. Cisco and/or its affiliates. All rights reserved.CC5-5 Cisco Public 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
  14. 14. 高密度Wi-Fi ベストプラクティス
  15. 15. Cisco and/or its affiliates. All rights reserved.CC5-5 Cisco Public 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
  16. 16. Cisco and/or its affiliates. All rights reserved.CC5-5 Cisco Public Rx-SOP とは? 16  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
  17. 17. Cisco and/or its affiliates. All rights reserved.CC5-5 Cisco Public Rx-SOP 効果と注意点 17  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”
  18. 18. Cisco and/or its affiliates. All rights reserved.CC5-5 Cisco Public 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
  19. 19. Cisco and/or its affiliates. All rights reserved.CC5-5 Cisco Public 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
  20. 20. Cisco and/or its affiliates. All rights reserved.CC5-5 Cisco Public Rx-SOP 設定 20  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
  21. 21. Cisco and/or its affiliates. All rights reserved.CC5-5 Cisco Public Rx-SOP チューニング ガイドライン 21  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
  22. 22. ケーススタディ
  23. 23. Cisco and/or its affiliates. All rights reserved.CC5-5 Cisco Public スタジアムWi-Fi RFデザインゴール 23  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  
  24. 24. Cisco and/or its affiliates. All rights reserved.CC5-5 Cisco Public スタジアム事例 西武ドーム 24 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)
  25. 25. Cisco and/or its affiliates. All rights reserved.CC5-5 Cisco Public スタジアム事例 カバレッジプランの例 25 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
  26. 26. Cisco and/or its affiliates. All rights reserved.CC5-5 Cisco Public スタジアム事例 楽天Koboスタジアム 26 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
  27. 27. Cisco and/or its affiliates. All rights reserved.CC5-5 Cisco Public コンベンションセンター事例 Mobile World Congress 2014 27 • 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
  28. 28. Cisco and/or its affiliates. All rights reserved.CC5-5 Cisco Public 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
  29. 29. Cisco and/or its affiliates. All rights reserved.CC5-5 Cisco Public 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
  30. 30. Cisco and/or its affiliates. All rights reserved.CC5-5 Cisco Public 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
  31. 31. Cisco and/or its affiliates. All rights reserved.CC5-5 Cisco Public コンベンションセンター事例 ゾーン毎のポリシー分け 11 1 1 1 1 1 11 1 1
  32. 32. Cisco and/or its affiliates. All rights reserved.CC5-5 Cisco Public コンベンションセンター事例 ゾーン毎のポリシー分け 2 2 2
  33. 33. Cisco and/or its affiliates. All rights reserved.CC5-5 Cisco Public コンベンションセンター事例 ゾーン毎のポリシー分け 3 3
  34. 34. Cisco and/or its affiliates. All rights reserved.CC5-5 Cisco Public コンベンションセンター事例 ゾーン毎のポリシー分け 4
  35. 35. Cisco and/or its affiliates. All rights reserved.CC5-5 Cisco Public 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 35
  36. 36. Cisco and/or its affiliates. All rights reserved.CC5-5 Cisco Public 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 36
  37. 37. Cisco and/or its affiliates. All rights reserved.CC5-5 Cisco Public 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 37
  38. 38. Cisco and/or its affiliates. All rights reserved.CC5-5 Cisco Public 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 38 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
  39. 39. Cisco and/or its affiliates. All rights reserved.CC5-5 Cisco Public 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
  40. 40. Cisco and/or its affiliates. All rights reserved.CC5-5 Cisco Public 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。
  41. 41. Cisco and/or its affiliates. All rights reserved.CC5-5 Cisco Public  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
  42. 42. Cisco and/or its affiliates. All rights reserved.CC5-5 Cisco Public 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 42
  43. 43. まとめ
  44. 44. Cisco and/or its affiliates. All rights reserved.CC5-5 Cisco Public 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 44

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