Une chose est certaine avec les réseaux Wi-Fi, les performances réelles sont rarement celles attendues. La radio est un média partagé, ce qui signifie que tous les clients et les points d’accès d’un même voisinage radio entrent en concurrence pour l’utilisation du temps d’antenne et de la bande passante. De plus, la vitesse d’émission et de réception de chaque client dépend intrinsèquement du standard qu’il supporte (802.11a/b/g/n), de la puissance du signal radio, de la quantité d’interférences et de bruit qui l’entoure. Les clients Wi-Fi les plus anciens utilisant des protocoles plus lents, les interférences souvent mal détectées et mal gérées, les zones de couverture inconsistantes,… sont autant d’obstacles au développement de réseaux Wi-Fi à haut débit. En outre, un client lent consomme plus de temps d’antenne pour émettre une quantité de données, ce qui laisse fatalement moins de temps disponible aux autres clients, plus rapides, diminuant ainsi drastiquement la capacité du réseau et dégradant considérablement les performances de l’ensemble des clients Wi-Fi connectés.
Ce document passe en revue les éléments clés qui affectent les performances d’un réseau Wi-Fi et démontre comment la nouvelle technologie brevetée d’Aerohive en matière de qualité de service (QoS) – Dynamic Airtime Scheduling – permet de résoudre ces problèmes.
Les clients Wi-Fi en premier lieu, mais également les administrateurs du réseau bénéficient des avantages de la technologie Dynamic Airtime Scheduling.
En effet, Dynamic Airtime Scheduling permet aux clients rapides, connectés au réseau à des débits élevés et dans un environnement radio mixte composé de clients à différents taux de transmission, d’atteindre jusqu’à 10 fois le débit qu’ils obtiendraient dans un réseau Wi-Fi traditionnel n’implémentant pas Dynamic Airtime Scheduling, et ce sans pénaliser les clients les plus lents. L’expérience utilisateur en est considérablement améliorée : temps de transfert de fichiers bien plus rapides, amélioration des performances des applications (voix, vidéo, métiers). Dynamic Airtime Scheduling permet également de s’assurer que les utilisateurs les plus lents ne vont pas restreindre les performances des autres clients du réseau, anéantissant ainsi les investissements réalisés pour la mise en œuvre d’un réseau haut débit nouvelle génération.
Dynamic Airtime Scheduling permet donc aux architectes et administrateurs du réseau de migrer leur infrastructure Wi-Fi vers la norme 802.11n en profitant immédiatement des avantages de ce nouveau standard, notamment en terme de débit et de performances, et ce même si le parc de clients Wi-Fi se met à niveau bien plus lentement. Et puisqu’un utilisateur connecté à la lisière du réseau Wi-Fi ne peut plus monopoliser le temps d’antenne, l’impact sur le réseau d’un client lent ou d’une couverture radio faible diminue considérablement, permettant aux administrateurs réseau de réduire les investissements d’infrastructure et d’accroître la satisfaction des utilisateurs. Dynamic Airtime Scheduling, couplé à la possibilité d’appliquer des politiques de contrôle discrètes sur les utilisateurs et les applications, transforme ainsi le réseau Wi-Fi traditionnel partagé en une infrastructure multiservices sur laquelle les utilisateurs et les applications filaires peuvent être maintenant migrés.
Les différents standards 802.11 permettent à tous les clients Wi-Fi d’une même zone de couverture radio et utilisant le même canal de se concurrencer pour l’accès au médium, n’autorisant qu’un seul point d’accès ou client Wi-Fi à communiquer à un instant donné.
Une fois qu’un point d’accès ou un client Wi-Fi a commencé à transmettre une trame, tous les autres équipements Wi-Fi utilisant le même canal doivent atteindre la fin de la transmission avant que l’un d’eux puisse émettre à son tour. Une fois la trame émise avec succès et le récepteur ayant envoyé un accusé de réception sur le réseau sans fil (message ACK), tous les équipements Wi-Fi, y compris ceux ayant participé à la transmission précédente, disposent d’une chance équivalente de pouvoir de nouveau utiliser le canal pour transmettre.
Si un dispositif transmet sur le médium, le temps que devra attendre un autre client avant de pouvoir émettre est déterminé par la taille de la trame en cours d’émission et le débit d’émission/réception entre le client et son point d’accès Wi-Fi. Par exemple, une trame transmise depuis ou vers un client connecté à faible débit peut consommer 10 millisecondes de temps d’antenne, alors qu’un client connecté à un débit rapide n’utilisera que 100 millisecondes pour la même trame. Et bien que ce client rapide aurait pu émettre 100 trames durant la période de temps au cours de laquelle le client lent n’a pu en envoyer qu’une, ce client rapide est traité par le réseau Wi-Fi de manière équivalente au client lent – l’accès au réseau est fair-play – de sorte que le client rapide passe le plus clair de son temps à attendre que le client lent finisse d’émettre et qu’il puisse à son tour utiliser le medium. Et cette compétition pour l’accès au medium a lieu pour chaque trame à émettre. Ceci signifie donc qu’un client lent peut ralentir l’ensemble des autres clients du réseau Wi-Fi. Ceci est particulièrement connu dans le cas de présence d’un client 802.11b sur le réseau.
La figure ci-après démontre clairement cet aspect des réseaux Wi-Fi. Deux clients, l’un lent et l’autre rapide, doivent émettre 8 trames de même taille et de manière simultanée. On constate aisément que bien que le temps nécessaire à un client rapide pour émettre la même quantité de données qu’un client lent est évidemment beaucoup plus court, la réalité veut que le client lent monopolise le temps d’antenne et empêche le client rapide d’émettre ses données. Au final, pour le même volume de données à émettre, le temps d’émission du client lent et du client rapide sont quasiment identiques.
Au final, le client lent et le client rapide terminent leur émission approximativement au même instant, et ont un débit réel équivalent. Ceci signifie que l’usage du temps d’antenne n’est absolument pas égal : le trafic émis par le client lent consomme bien plus de temps et pénalise directement le client rapide, l’empêchant d’émettre à sa vitesse.
Si, au lieu de donner un accès égal au médium à tous les clients, on affecte un temps de transmission égal à chacun des clients, quelque soit leur débit, alors on améliore considérablement le temps de transmission du client rapide, en impactant peu ou pas le client lent. La figure ci-après démontre qu’en allouant des tranches de temps égales aux deux clients, le client rapide peut alors évidemment transmettre beaucoup plus de trames que le client lent sur une même tranche de temps.
Dans l’exemple utilisé, le client rapide émet quatre trames lorsque le client lent, pour une même période d’émission, n’en transmet qu’une (il est donc quatre fois plus lent).
Au fil du temps, si les deux clients téléchargent le même fichier, ce qui correspond à l’exemple illustré précédemment, le client rapide finira toujours plus tôt que le client lent, libérant ainsi l’antenne plus rapidement. Le client lent n’est quasiment pas impacté, il n’est pas accéléré, mais quasiment pas ralentit non plus ; il peut même être susceptible de terminer plus rapidement.
En effet, plus il y a de conflits sur le réseau, plus la probabilité de collisions, de ralentissements aléatoires et de retransmissions augmente, diminuant ainsi les performances pour tous les clients du réseau Wi-Fi. Ainsi, la capacité pour un client rapide de libérer le réseau de manière anticipée permet de minimiser les conflits et augmenter les performances globales.
Ceci est démontré dans le diagramme ci-dessous présentant les résultats de tests conduits par l’outil VeriWaveTM WLAN déroulant un test WiMix. Dans ce premier test, l’outil VeriWave simule un seul client Wi-Fi connecté transférant un fichier via le protocole http (TCP) depuis un serveur connecté au réseau Ethernet ; le fichier est téléchargé en 10 000 trames de 1 500 octets chacune. Dans le premier test (graphe de gauche), le client Wi-Fi 802.11a est connecté à 54 Mbps alors que dans le second (graphe de droite), ce même client est connecté à 6 Mbps.
La transmission des 10 000 trames http au client connecté à 54 Mbps s’effectue approximativement en 12 secondes, alors que le même transfert vers le client à 6 Mbps prend environ 50 secondes.
Le test suivant (figure 4) présente les résultats des deux clients précédents transférant le même fichier, mais de manière simultanée. Le test est réalisé sans congestion sur le réseau Wi-Fi entre les deux clients.
Tel que l’on peut s'y attendre, le temps total nécessaire aux deux téléchargements simultanés est d'environ 62 secondes, soit la somme des 12 et 50 secondes nécessaires au téléchargement individuel du même fichier.
Plus surprenant, on constate que les deux clients, quelque soit leur vitesse, présentent des performances quasiment identiques : leur débit réel est d’environ 4000 Kbps (4 Mbps) et les deux clients effectuent le téléchargement en 62 secondes. Ceci prouve que le client le plus lent monopolise le temps d’antenne et ralentit en conséquence le client rapide qui montre alors des performances très décevantes.
Ce problème particulièrement bien connu dans le monde des réseaux Wi-Fi peut être résolu en accordant à chaque client, quelque soit leur taux de transmission, non pas une chance égale d’émettre un paquet, mais un temps égal d’antenne. Cela minimise les possibilités pour les clients lents de réduire les performances des clients rapides, tout en offrant aux clients à faible vitesse une part égale de temps d'antenne.
La technologie brevetée Dynamic Airtime Scheduling d’Aerohive assure un ordonnancement du temps d’antenne basé sur des critères de priorités définis par l’administrateur du réseau Wi-Fi et améliore ainsi considérablement les performances de chacun des clients et du réseau Wi-Fi tout entier. Le graphique ci-dessous montre de nouveau les 2 clients Wi-Fi précédents mais dans un réseau dans lequel la technologie Dynamic Airtime Scheduling d’Aerohive est implémentée.
Ce test démontre clairement que l’ordonnancement du temps d’antenne permet au client le plus rapide de terminer le téléchargement du fichier 4 fois plus vite que précédemment – soit 300% d’augmentation des performances – alors que le client lent termine approximativement dans le même délai. Les performances des clients les plus rapides, et plus généralement du réseau sans fil, sont donc améliorées de manière significative sans pénaliser les clients les plus lents.
TEMP - En cours de rédaction
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