Wi-Fi Netzwerke - ARGE wireless
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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
