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
Verbindungen auf dem Unternehmensgelände
Metropolitan Area Networking
Mobile Wireless Breitband Anwendungen
Mobiler HotSpot
Notfall-, Rettungs- oder Sicherheitskräfte
Feste oder mobile Video-Überwachung
Flächendeckender Last Mile Access
Wohnhäuser
HafenHotSpot
MP.11 und AP-4000MP.11
und AP-4000
Campingplatz
Hotel
Rathaus
Zentraler Punkt und NOC mit MP.11s
Small Businesses
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
WORP minimiert den Overhead via:
> Super-packeting
> Fragmentation
Der Datendurchsatz bleibt unabhängig von der Paketgröße konstant hoch
0%10%20%30%40%50%60%
70%80%90%
100%
<100 128 256 512 1024 1514
0%10%20%30%40%50%60%
70%80%90%
100%
<100 128 256 512 1024 1514
00,5
11,5
22,5
33,5
44,5
5
64 128 256 512 1024 1514
WORP
802.11
Paketstruktur
Proxim’s Tsunami MP.11 ProduktlinieDie Lösung für Outdoor
Punkt-zu-PunktPunkt-zu-Multipunkt
Tsunami MP.11 Multipoint System
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
Base Station Unit
POP
Subscriber Unit
Tsunami MP.11 BWA Software Plattform
Festverbindungen und mobile Anwendungen
> Roaming für mobile Anwendungen> OFDM – ermöglicht near-line-of-sight
Bandbreitenkontrolle> Synchron/Asynchron, Dynamisch> VLAN> QoS (v 2.3, Q4’05)
Hohe Sicherheit> 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)
Building-to-building connectivity
Voice & data backhaul
Last mile access
Business/residential access
High-capacity multipoint
connectivity
Public Safety
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
> 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-R
Model 5054 (MP.11a)
Base Station
POPWireline Backhaul
Reichweiten/Bandbreiten in der EU
Richtwerte in nebenstehender Tabelle
Tsunami Kalkulator
> Kalkulationstool zur genauen Bestimmung der Reichweite und Bandbreite abhängig von den verwendeten Komponenten
> Individuelle und wirklichkeitsnahe Planung
data rate Mbit/s
expected throughput
Mbit/s5054 SU with
WA5054 SU w.
23dBI5054 SUR (23
dBi int.)36 22 0,4 km 0,6 km 0,7 km24 14 0,9 km 1,0 km 1,2 km18 11 1,2 km 1,3 km 1,7 km12 7 1,6 km 1,7 km 2,1 km9 5 1,7 km 1,9 km 2,4 km6 4 1,9 km 2,2 km 2,6 km
data rate Mbit/s
expected throughput
Mbit/s5054 SU with
WA5054 SU w.
23dBI5054 SUR (23
dBi int.)36 22 0,8 km 1,0 km 1,2 km24 14 1,5 km 1,7 km 2,0 km18 11 2,1 km 2,3 km 2,8 km12 7 2,6 km 2,7 km 3,4 km9 5 3,0 km 3,2 km 3,7 km6 4 3,2 km 3,5 km 4,0 km
data rate Mbit/s
expected throughput
Mbit/s5054 SU with
WA5054 SU w.
23dBI5054 SUR (23
dBi int.)36 22 1,1 km 1,5 km 1,8 km24 14 1,8 km 1,9 km 2,8 km18 11 2,5 km 2,7 km 3,7 km12 7 3,1 km 3,2 km 4,3 km9 5 3,3 km 3,6 km 4,6 km6 4 3,5 km 3,9 km 4,9 km
Tsunami BSU 5054-R w. Omni 10 dBi
Tsunami BSU 5054-R w. 120° Sector 14 dBi
Tsunami BSU 5054-R w. 60° Sector 17 dBi
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 CouncilVerkehrsüberwachung
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 Point-
to-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
Webster’s
Weit verzweigt verbundene Computer oder Netzwerkkomponenten
Ein künftiger IEEE 802.11 Standard
Was ist Mesh?
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 “selbst-heilende” 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
Wi-Fi
Wi-Fi
Wi-Fi
Wi-Fi
Wi-Fi
Wi-Fi
Wi-Fi
Wi-Fi
Wi-Fi
Wi-Fi
Wi-Fi
Backhaulmögliche Mesh Pfadeaktive Mesh Route
Mesh: “selbst-heilendes” Netzwerk
Beim Ausfall einer WiFi Zelle “heilt” sich das Netzwerk selbst
Wi-Fi
Wi-Fi
Wi-Fi
Wi-Fi
Wi-Fi
Wi-Fi
Wi-Fi
Wi-Fi
Wi-Fi
Wi-Fi
Wi-Fi
Backhaul
aktive Mesh Routemögliche Mesh Pfade
Mesh: Intelligentes Netzwerk
Wi-Fi
Wi-Fi
Wi-Fi
Wi-Fi
Wi-Fi
Wi-Fi
Wi-Fi
Wi-Fi
Wi-Fi
Wi-Fi
Wi-Fi
In einem Pfad können Störungen auftauchen
Mesh kalkuliert alternative Pfade und leitet um, damit höchstmöglicher Durchsatz erzielt wird
Backhaul
aktive Mesh Routemögliche Mesh Pfade
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
Dediziertes 2.4 GHz Radiofür Client Verkehr
Vorteil 1: Keine Störungen des Client Verkehrs, da sa Mesh Radio in einem anderen Frequenzbereich arbeitet
Vorteil 2: Die Client Zellen können mit non-overlapping Kanälen gebildet werden, was die dreifache Performance eines Single Radio Mesh Systems ermöglicht
802.11b/g
80
2.1
1a
80
2.1
1a
80
2.1
1a
80
2.1
1a
802.11a
802.11a802.11a
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
> Performance
> Einfache Installation
> Upgradefähig
> Zuverlässigkeit und Management
Field Upgrade Kit für AP4000
> $349
Einfacher Aufbau von Flächendeckenden Wireless Netzwerken
> A oder b/g Radio Mesh
> Selbst-konfigurierend
> Selbst-heilend
> Dynamisches Routing
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