อีกหนึ่งคำถามที่เจอบ่อยจะมาประมาณ "ขอความช่วยเหลือครับ ออฟฟิสผมใช้ Zoom ผ่าน Wi-Fi จะเจอปัญหาสัญญาณกระตุกเมื่อใช้งานพร้อมๆกันเกิน XX เครื่อง ต้องแก้ยังไงครับ"

ปัจจัยที่ส่งผลต่อการใช้งาน Wi-Fi มีเยอะครับ ไม่สามารถฟันธงได้ว่าเพราะอะไร แต่ผมมั่นใจมันเกี่ยวกับ Airtime งั้นวันนี้เรามาคุยกันเรื่อง Airtime Utilization กันครับ

หลายท่านที่คุ้นเคยกับงาน Wi-Fi คงจะพอทราบดีว่า Wi-Fi ใช้ สัญญาณวิทยุ (RF) เป็นสื่อในการรับส่งข้อมูล แบ่งย่อยเป็น channel และโดยธรรมชาติแล้ว RF เป็น half-duplex ดังนั้น client ส่งได้ทีละตัวเท่านั้น ถ้ามี client หลายตัวต้องการจะส่งข้อมูลก็ต้องเข้าคิวรอส่ง ซึ่งเป็นพื้นฐานการทำงานของ Wi-Fi  

สมมุติว่าเราต้องการ design WLAN ในสวนแห่งหนึ่งที่ใช้ IoT Sensor 100 ตัว และแต่ละตัวส่งข้อมูลขนาด 100KB ทุกๆ 1 วินาที ถ้า IoT client ตัวนี้รองรับแค่ 2.4GHz 1x1 และเราติด AP แค่ตัวเดียว คำถามคือ AP ตัวนี้จะรองรับ IoT ได้กี่ตัวก่อนจะเริ่มมีปัญหาในการรับส่งข้อมูล

เริ่มจากดูความสามารถของ client จาก MCS Index ก่อน ที่ www.mcsindex.com

Data Rate สูงสุดของ 1x1 client อยู่ที่ 72.2Mbps@20MHz ดังนั้น TCP Throughput จะอยู่ที่ประมาณ 36Mbps (เนื่องจาก 802.11 ใช้ overhead ในการจัดการ client และ data ฉะนั้นเราจะได้ Throughput จริงที่ประมาณ 50-60% ของ data rate)

จากนั้นเราเอาตัวแปรเราตั้งในสมการ

IoT หนึ่งตัวส่ง data ขนาด 100KB ทุกๆ 1 วินาที = 100KB x 8 bits = 0.8Mbps จากนั้นเอา 0.8Mbps มาหารด้วย 36Mbps = 2.22% ซึ่งก็คือ Airtime ที่ IoT 1 ตัวจะใช้ทุกๆ 1 วินาที

พอเราเอา Airtime ทั้งหมด 100% มาหาร 2.22% จะได้ประมาณ 45 clients แต่ปกติแล้วเราจะคำนวณ max airtime ที่ 80% ดังนั้น จำนวน IoT client ที่ AP ตัวนี้รองรับอยู่ที่ประมาณ 36 ตัว

สรุปคือเราก็ต้องมี 3 channels เพื่อที่จะรองรับ client 100 ตัว ถ้า AP เราเป็น single radio ก็ต้องใช้ AP 3 ตัว

แต่ถ้าเราเปลี่ยน IoT client เป็น chipset ที่รองรับ 5GHz@40MHz อ้างอิงจาก MCS Index จะได้ max data rate ที่ 200Mbps หรือ Throughput ที่ประมาณ 100Mbps ดังนั้น โจทย์เดิม

จะเห็นว่าพอเปลี่ยนมาใช้ client อีกรุ่น เราใช้ AP แค่ตัวเดียวก็รองรับ IoT Client ได้ทั้งหมด!

โอเค ตัวอย่างนี้เป็นแค่การคำนวณเชิงทฤษฎีการใช้งานจริงมีตัวแปรเยอะกว่านี้ เช่น client ทุกตัวคงไม่ได้ max data rate ที่ 72.2Mbps หรือ 200Mbps ตลอดเวลา ไม่รวมถึง noise/channel interference และ utilization จาก AP เพื่อนบ้านซึ่งก็จะแย่ง airtime กันอีก

หัวใจสำคัญในมุมของ WLAN Design คือความสามารถของ client มีผลโดยตรงกับ airtime และจำนวน AP ที่ใช้

ดังนั้น ก่อนที่เราจะ design WLAN เราต้องนึกถึง

• Client ที่ใช้งาน เป็น 2.4GHz-only หรือ 2.4GHz/5GHz รองรับ data rate สูงสุดที่เท่าไหร่
• Application ที่ใช้รวมถึง Bandwidth requirement

กลับมาที่คำถาม Zoom ถ้าเรา search ดู system requirements จะเห็นว่า Zoom ใช้ data ประมาณ 2Mbps ต่อ session จากนั้นเราก็ดูว่า client ของเราคืออะไร มีกี่เสา เกาะ 2.4GHz หรือ 5GHz data rate เท่าไหร่ แล้วคำนวณกลับ ก็จะพอได้ไอเดียว่าต้องใช้ AP (จริงๆคือ channel) ทั้งหมดกี่ตัวถึงจะรองรับ client ได้ทั้งหมด

Resources:

• https://blogs.arubanetworks.com/industries/push-it-to-the-limit-understand-wi-fis-breaking-point-to-design-better-wlans/