Проблемы и решения быстродействия каналов связи беспроводных сетей 3G и 4G
Проблемы и решения беспроводных сетей 3G и 4G такие, как слабый сигнал в удаленных местах, зависимость от погоды и плотности застройки, внешние помехи и риск разрыва соединения. Проблема низкой скорости исходящего соединения, связанная с особенностями работы сотовой связи. Несимметричность каналов и необходимость агрегации и балансировки для оптимизации производительности беспроводной связи.

Оптимизация производительности беспроводных каналов: Решение проблем низкой скорости соединения

Агрегация и балансировка беспроводных каналов связи 3G и 4G предполагает решение нескольких задач, несмотря на преимущества легкости развертывания и гибкости конфигурации беспроводных сетей. Эти проблемы включают слабый сигнал в удаленных местах, зависимость от погодных условий, плотности застройки и внешних помех, что может привести к риску разрыва соединения. Особенно актуальной является проблема низкой скорости исходящего соединения, что обусловлено особенностями работы сотовой связи: скорость входящего соединения часто значительно превышает скорость исходящего. Например, в сетях 3G скорость входящего соединения может быть в десятки раз выше, чем скорость исходящего, и даже в сетях 4G, где скорость исходящего соединения улучшена, каналы по-прежнему остаются несимметричными, с более низкой скоростью исходящего потока данных.

Для преодоления упомянутых трудностей эффективным методом является применение роутеров с несколькими GSM-модулями. В зависимости от объема и характера нагрузки между GSM-модулями могут применяться технологии агрегации или балансировки.

Балансировка каналов 3G и 4G связи

Балансировка каналов связи, также известная как load balancing, представляет собой процесс равномерного распределения нагрузки между различными каналами передачи данных.

В простейшем случае применяется круговая балансировка, при которой каждый последующий пакет направляется через новый канал, сохраняя при этом логику работы клиентских/серверных приложений с помощью маркировки трафика. Однако у этого метода есть недостаток: при снижении скорости обмена данными в одном из каналов, алгоритм продолжает отправлять пакеты в этот канал, что снижает общую скорость сбалансированного канала.

Более сложный вариант включает подсчет метрик, например, с использованием ICMP-пакетов, что позволяет эффективнее распределять трафик, уменьшая задержки обмена данными через медленный канал.

Балансировка находит применение при создании Wi-Fi точек доступа в общественных местах, где она обеспечивает простой доступ в интернет. Промышленные роутеры, такие как iRZ серии R4, оснащенные балансировкой, стремятся обеспечивать быстрый проводной интернет с резервированием через беспроводной канал. Модели с двумя GSM-модулями поддерживают функции горячего резерва и объединения каналов связи для повышения скорости соединения.

Агрегация каналов 3G и 4G связи

Агрегация каналов, также известная как link aggregation, представляет собой технологию, позволяющую объединить несколько физических каналов в единый логический канал.

Для реализации агрегации требуется специальное программное обеспечение как на стороне сервера, так и на стороне клиента. Решение о выборе конкретного канала и распределении нагрузки между ними принимается после анализа метрик, вычисляемых как на сервере, так и на клиентской стороне. Это позволяет оценить пропускную способность каждого отдельного исходящего и входящего соединения в реальном времени.

Для успешной реализации агрегации необходимы значительные вычислительные ресурсы со стороны сервера и наличие высокоскоростного интернет-канала, способного обрабатывать большое количество подключений. Возможна симультанная передача данных через два канала: один сервер принимает запросы от клиентского оборудования, в то время как другой отправляет их в интернет, получает ответ и передает его обратно клиентам через первый канал.

В общем, агрегация требует значительных затрат, включая оплату серверного оборудования и высокоскоростных каналов. Однако в некоторых сценариях использование мультироутера с агрегацией может быть оптимальным решением для определенных задач.

Пример №1

Необходимо создать туннель через беспроводной канал с использованием двух высокоскоростных 4G (LTE) каналов. В условиях, когда качество связи в любом из каналов может неожиданно ухудшиться до обрыва соединения, использование балансировки приведет к перестройке туннеля при потере выбранного канала для обмена данными по протоколу TCP. Это приведет к некоторым задержкам и прерываниям передачи данных. В случае агрегации каналов туннель будет продолжать функционировать без прерывания передачи данных.

Пример №2

Имеется измерительный прибор, передающий показания датчиков давления в реакторе через последовательный порт роутера. Прерывание потока данных, распознаваемое как сигнал об аварии, недопустимо. Агрегация каналов позволяет обеспечивать непрерывный поток данных даже при потере одного из каналов.

Пример №3

Во всех этих примерах общей чертой является неотложная необходимость поддержания стабильного соединения, что делает технологию агрегации предпочтительной для таких случаев, несмотря на ее более высокую стоимость по сравнению с балансировкой. Выбор между этими технологиями зависит от особенностей конкретных задач и их критичности.

Дополнительная информация