Wi-Fi Netzwerke - ARGE wireless

Outdoor Wireless
und Mesh Netzwerke
Hermann klein, +49-89-89059784
[email protected]
Agenda
 Proxim Überblick
 Beispiele für Wireless Outdoor Anwendungen
 Besondere Anforderungen im Außenbereich
 Anwendungen mit Proxim Tsunami
 Mesh Networking
Proxim auf einen Blick



Gegründet 1979, Anerkannt als
führender, globaler Wireless
Networking Hersteller
Hauptquartier - Silicon Valley mit
weltweiter Präsenz
Unser Fokus:
Wireless Netzwerke als primärer
Netzwerkanschluss
> Wi-Fi Access
> Broadband Wireless Access,
künftig WiMAX Standard
> FSO
Nahtlose Mobilität
>
Daten
>
Sprache
>
Bilder

300 Angestellte:
>
125+ Entwickler
>
125+ Vertrieb & Marketing

WiMAX Forum Gründungsmitglied und Board
Member

Gründungsmitglied der Wi-Fi Alliance
Feste Wireless Outdoor Verbindungen
Last Mile Access
Metropolitan Area Networking
Verbindungen auf dem
Unternehmensgelände
Mobile Wireless Breitband Anwendungen
Mobiler HotSpot
Notfall-, Rettungs- oder
Sicherheitskräfte
Feste oder mobile VideoÜberwachung
Flächendeckender Last Mile Access
Zentraler Punkt und NOC mit MP.11s
MP.11 und
AP-4000
MP.11
und
AP-4000
Hafen
HotSpot
Wohnhäuser
Hotel
Small Businesses
Rathaus
Campingplatz
Hospital
“Hidden Node Problem” und WORP
 “Hidden-node Problem”
> 802.11a/b/g Radios verwenden CSMA/CA (Collision Avoidance) zur
Übertragung
> Dies setzt voraus, dass die Radios sich gegenseitig hören
> Mit Hilfe des RTS/CTS (Request to send/Clear to send) Mechanismus
sollen Kollisionen verhindert werden
> Dennoch können mehrere Radios einen RTS senden während ein
anderes überträgt. Dies führt zur Zerstörung der Daten und senkt die
Performance bis zum kompletten Zusammenbruch des Netzwerks schon
bei relativ wenig Teilnehmern
 Proxim’s WORP Polling Algorithmus verhindert diese Kollisionen
 WORP’s Polling passt sich an die Anzahl der Teilnehmer und
Datenmengen dynamisch an
 Dadurch stellt WORP sicher, dass die Performance auch bei hoher
Teilnehmerzahl und Last erhalten bleibt
WORP Super-packeting und Fragmentation
 Ethernet Frames haben nur 1514
data bytes.
> 60% der IP Pakete sind unter 100
data bytes.
 WORP sendet Pakete in 802.11
Frames mit max. 2304 Bytes
<100
 WORP minimiert den Overhead
via:
> Super-packeting
> Fragmentation
 Der Datendurchsatz bleibt
unabhängig von der Paketgröße
konstant hoch
Paketstruktur
100%
90%
80%
70%
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0%
128
256
512
1024
1514
 WORP
802.11
5
4,5
4
3,5
3
2,5
2
1,5
1
0,5
0
64
128
256
512
1024
1514
Proxim’s Tsunami MP.11 Produktlinie
Die Lösung für Outdoor
Punkt-zu-Punkt
Punkt-zu-Multipunkt
Tsunami MP.11 Multipoint System
Subscriber
Unit
Base Station
Unit
POP
Internet
 Base Station Unit (BSU) ist zentrale Kontrollstation
 Bis zu 250 Subscriber Units (SU) kommunizieren über die
Base Station Unit
 BSUs und SUs sind zum Indoor-Netzwerk über Ethernet
verbunden
 Funkverbindung über lizenzfreie 2.4 und 5 GHz Bänder
Tsunami MP.11 BWA Software Plattform
 Festverbindungen und mobile
Anwendungen
Voice & data backhaul
High-capacity
multipoint
connectivity
> Roaming für mobile Anwendungen
> OFDM – ermöglicht near-line-of-sight
 Bandbreitenkontrolle
> Synchron/Asynchron, Dynamisch
> VLAN
> QoS (v 2.3, Q4’05)
Business/residenti
al access
Last mile
access
Building-to-building
connectivity
 Hohe Sicherheit
Public Safety
> AES und 802.1x Radius Authentifizierung
> Proprietäres WORP
 Proxim Wireless Outdoor Routing Protocol (WORP) – erhöhter
Durchsatz und Reichweite
> Robuste Verbindungen mit dynamischer Anpassung an
veränderliche Umwelteinflüsse
> Verhinderung von Kollisionen und des „Hidden-node“ Problems
> Erhöhter Datendurchsatz
> Bridging und Routing (Spanning-Tree)
Tsunami MP.11 5GHz Versionen
 PtMP bis 5 km, PtP 8km Reichweite
 Bis 24 Mbit/s Datendurchsatz
 5,47 – 5,725 GHz, 11 unabhängige Kanäle
 Model 5054 Ruggedized (outdoor)
>
Temperaturbereich –33° bis 60°C
>
Base Station (BSU)
>
Subscriber Unit (SU) mit N-Connector oder mit
integrierter 23 dBi Antenne
>
Akustische Hilfe zur Ausrichtung
>
Incl. PoE Injektor
Model 5054-R
 Model 5054
>
Für indoor Montage
>
BSU, SU mit N-Connector und PoE
>
Power over Ethernet nach 802.3af
>
Low-cost Residential SU mit Fensterantenne (für 8
Geräte)
 Reichhaltiges Antennenprogramm und Zubehör
Model 5054 (MP.11a)
Reichweiten/Bandbreiten in der EU
data rate
Mbit/s
36
24
18
12
9
6
data rate
Mbit/s
36
24
18
12
9
6
data rate
Mbit/s
36
24
18
12
9
6
Tsunami BSU 5054-R w. Omni 10 dBi
expected
throughput 5054 SU with 5054 SU w. 5054 SUR (23
Mbit/s
WA
23dBI
dBi int.)
22
0,4 km
0,6 km
0,7 km
14
0,9 km
1,0 km
1,2 km
11
1,2 km
1,3 km
1,7 km
7
1,6 km
1,7 km
2,1 km
5
1,7 km
1,9 km
2,4 km
4
1,9 km
2,2 km
2,6 km
Tsunami BSU 5054-R w. 120° Sector 14 dBi
expected
throughput 5054 SU with 5054 SU w. 5054 SUR (23
Mbit/s
WA
23dBI
dBi int.)
22
0,8 km
1,0 km
1,2 km
14
1,5 km
1,7 km
2,0 km
11
2,1 km
2,3 km
2,8 km
7
2,6 km
2,7 km
3,4 km
5
3,0 km
3,2 km
3,7 km
4
3,2 km
3,5 km
4,0 km
Tsunami BSU 5054-R w. 60° Sector 17 dBi
expected
throughput 5054 SU with 5054 SU w. 5054 SUR (23
Mbit/s
WA
23dBI
dBi int.)
22
1,1 km
1,5 km
1,8 km
14
1,8 km
1,9 km
2,8 km
11
2,5 km
2,7 km
3,7 km
7
3,1 km
3,2 km
4,3 km
5
3,3 km
3,6 km
4,6 km
4
3,5 km
3,9 km
4,9 km
Base
Station
POP
Wireline Backhaul
 Richtwerte in nebenstehender
Tabelle
 Tsunami Kalkulator
> Kalkulationstool zur genauen
Bestimmung der Reichweite und
Bandbreite abhängig von den
verwendeten Komponenten
> Individuelle und wirklichkeitsnahe
Planung
Tsunami QuickBridge.11
Model 2454-R und 5054-R
 Für Punkt-zu-Punkt mit 54MBit/s und über 10km
 Komplettpaket
> Zwei Radios mit eingebauter Antenne
 2.4 GHz (2454-R) oder 5.25/ 5.47/ 5.725 GHz (5054-R)
 18-dBi Antennen (2454-R) oder 23-dBi Antennen (5054-R)
 Vertikale und horizontale Polarisierung
 Intelligentes, aktives Heiz- und Kühlelement für einen erweiterten
Temperaturbereich von –33° to 60° C
> PoE (Power Over Ethernet) Injektoren und Netzkabel
> Alle Befestigungsteile, CD und Manuals
> Zwei 50m wetterfeste Ethernet Kabel mit wasserdichten
Abschlusskappen
> Tsunami BWA System ver 2.2
 Optionales Zubehör
> PoE Lightning Arrestor (Blitzschutz)
Beispiele
FUNKITOWN, Bad Kreuznach
Breitband Wireless Internet
 Entwicklung
> Start im September 2003 mit Tsunami
Base Stations auf Fernsehturm Bad
Kreuznach und Funkmast in Bingen/Rhein
> Weiterer Ausbau in insgesamt 19
Städte/Orte im Jahr 2004
> Versorgung der Businesskunden mit
Tsunami Systemen und garantierter
Bandbreite
> Versorgung der Privatkunden größtenteils
über von Tsunami versorgten Hotspots
> Verbindungen über bis zu 11 km Distanz
bei 99,85% Verfügbarkeit
> Im März 2005 1.200 Kunden
angeschlossen
> Tarife von €15 bis €1.000 monatlich
Studentenwohnheime Mainz
Anforderung
> Verbindung zu Rechenzentrum und
Internet für Wohnheime mit insgesamt
1500 Studenten
> Entfernungen von 1 bis 4,5 km
Lösung
> Point-to-Point Links
> 22 Mbits/s Datendurchsatz je Link
Entscheidungskriterien
> Kosteneinsparung
> Performance-Anforderungen
> Proprietäres WORP Protokoll
ermöglicht hohen Durchsatz und
Datensicherheit
Dublin City Council
Verkehrsüberwachung
 Aufgabenstellung
> Erweiterte Verkehrsüberwachung ohne
Budgeterweiterung:
 180 Kreuzungen
 1207 km Straßen
 1000 Signale (Übergänge und
Ampeln)
> Eircom Standleitungen kosteten bereits
1 Mio € im Jahr
 Lösung
> Ersatz der Standleitungen durch Pointto-Multipoint Lösungen
> Schnelle und kostengünstige
Installation, keine Erdarbeiten
> Reduzierung der Betriebskosten
brachte bereits den ROI im ersten Jahr
> Verlässliche, flexible und skalierbare
Lösung
Mesh Networking
Was ist Mesh?
 Webster’s
 Weit verzweigt verbundene Computer oder Netzwerkkomponenten
 Ein künftiger IEEE 802.11 Standard
Mesh Networking
 ORiNOCO Mesh Creation Protokoll für flächendeckende
Vernetzungen
> Mesh Verbund der Access Points über ein Radio (meist a) über das der
Backhaul Traffic durchgeführt wird
> Clients kommunizieren über das b/g Radio
> Optional kann auch das Mesh Radio Client Verkehr übernehmen
> Störungen werden minimiert und der Durchsatz ist hoch da der Mesh
Backhaul in einem anderen Frequenzband als der Client operiert
 Einsatzbereich
> Verlegung von Kabeln zu teuer oder gar nicht erst möglich
 Historische Gebäude, Hallen, Großraumbüros
 Aussenbereiche, Hotspots, Innenstädte, Einkausfzentren
> Meshing Access Points sind mobil: Ethernet Devices in einem Fahrzeug
können sich in ein Mesh Netzwerk integrieren
Flächendeckende, variable und “selbstheilende” Wi-Fi Netzwerke
 Dynamische Vergabe
der Mesh Route
 Alle möglichen Pfade
werden berechnet
> Sofortige Änderung
wenn notwendig
> Eine aktive Route
 Der beste Pfad wird
abhängig von Last,
Signalstärke, Anzahl der
Hops und anderen
Parametern berechnet.
Backhaul
Möglicher Mesh Pfad
Aktive Mesh Route
Mesh: auto-konfigurierendes Netzwerk
 Access Points verbinden sich automatisch nach dem Start
 Routinginformationen bauen sich mit der Coverage auf
Backhaul
mögliche Mesh Pfade
aktive Mesh Route
Wi-Fi
Wi-Fi
Wi-Fi
Wi-Fi
Wi-Fi
Wi-Fi
Wi-Fi
Wi-Fi
Wi-Fi
Wi-Fi
Wi-Fi
Mesh: “selbst-heilendes” Netzwerk
 Beim Ausfall einer WiFi Zelle “heilt” sich das Netzwerk selbst
Backhaul
mögliche Mesh Pfade
aktive Mesh Route
Wi-Fi
Wi-Fi
Wi-Fi
Wi-Fi
Wi-Fi
r
Wi-Fi
Wi-Fi
Wi-Fi
Wi-Fi
Wi-Fi
Wi-Fi
Mesh: Intelligentes Netzwerk
 In einem Pfad können Störungen auftauchen
 Mesh kalkuliert alternative Pfade und leitet um, damit
höchstmöglicher Durchsatz erzielt wird
Backhaul
mögliche Mesh Pfade
aktive Mesh Route
Wi-Fi
Wi-Fi
Wi-Fi
Wi-Fi
Wi-Fi
Wi-Fi
Wi-Fi
Wi-Fi
r
Wi-Fi
Wi-Fi
Wi-Fi
Wie arbeitet Mesh?
 Ähnlich wie WDS
> Definiert im IEEE 802.11 Standard
> Momentane Festlegung der AP-AP Wireless Kommunikation
Aber ...........
 Keine Eingabe von statischen MAC Addressen notwendig
 Dynamisch und “selbst-heilend”
 Mesh Netzwerke haben einen oder mehrere “Portal-APs”, die den
Kanal festlegen
 Die anderen APs werden “Mesh-APs” genannt und verbinden sich
untereinander mit einer proprietären Verbindungstechnologie auf
Basis des “Mesh-Namens”.
> Beacon Message enthält zusätzliche Information
 Mesh-Name
 Zahl der Hops
 Verbindungsqualität
Vorteile eines Dual-Radio
Multi-band Mesh Systems
 Dediziertes 5 GHz Radio für
Mesh
802.11b/g
 Dediziertes 2.4 GHz Radio
für Client Verkehr
802.11a
802.11a
802.11a
 Vorteil 2: Die Client Zellen
können mit non-overlapping
Kanälen gebildet werden, was
die dreifache Performance
eines Single Radio Mesh
Systems ermöglicht
802.11a
 Vorteil 1: Keine Störungen
des Client Verkehrs, da sa
Mesh Radio in einem anderen
Frequenzbereich arbeitet
ORiNOCO AP- 4000M ($899)
Proxim’s Access Point für Municipal Broadband Networks
 Automatische, universelle Wi-Fi
Abdeckung
> Standard 802.11b/g und 802.11a
Radios
 Erfüllt alle Enterprise
Anforderungen für WLANs
> Security
 Einfacher Aufbau von
Flächendeckenden Wireless
Netzwerken
> A oder b/g Radio Mesh
> Selbst-konfigurierend
> Selbst-heilend
> Dynamisches Routing
> Performance
> Einfache Installation
> Upgradefähig
> Zuverlässigkeit und Management
 Field Upgrade Kit für AP4000
> $349
ORiNOCO AP-4000M
“Do’s and Don’t’s” mit Mesh
 Mesh ermöglicht einen schnellen und einfachen Aufbau vo
Nertzwerken
Aber .........
 Obwohl im Außenbereich nutzbar gibt es doch Grenzen:
> Mögliche Entfernungen begrenzt
> Performance
> Hidden nodes
 AP-4000M Systeme sind kein Ersatz für Tsunami MP.11
Multipunktanwendungen
Customer feedback – Azulstar Wireless
 Tyler van Houwelingen,
CEO, Azulstar/Ottawa Wireless
> “We are so pleased with the
performance that we are
looking to upgrade all of Grand
Haven to mesh over the next
few weeks”
> “Great story vs. the competition
which is not a true mesh,
expensive, or requires
hardware upgrades”
> “We are also going to use the
mesh in our build out for
Michigan DOT and in the
demos for California smart
vehicles as well as for large
portions of our backbone in the
current Rio Rancho network”
Rio Rancho, New Mexico, USA. Source: Azulstar Wireless
Zusammenfassung
 Proxim ist Wireless Spezialist
 Broadband Wireless für den Außenbereich
> Sicherer Betrieb durch WORP
> Definierte Datenraten mit QoS
> Auch für Backhaul
 Mesh für flexible Anwendungen im Innen-und
Außenbereich
> Schneller und einfacher Aufbau
> Dynamisch und fehlertolerant
> Dual Radio für hohe Performance
 Kombinierbar für
flächendeckenden Einsatz