Вдохновленный интересом к моему почта по проводным промышленным сетям я хочу продолжить свои исследования и поговорить о беспроводных технологиях.
Существует множество сценариев беспроводного подключения, в которых наиболее распространенные технологии — Wi-Fi и LTE — не совсем справляются.
В этих случаях стоит обратиться к фирменным беспроводным технологиям.
Одно из таких решений, получившее название Ultra-Reliable Wireless Backhaul, недавно было приобретено Cisco. Предлагаю вам заглянуть, посмотреть, где такие решения используются – вместо или вместе со стандартными технологиями, и как там работает передача данных.
Для чего это?
Решение Cisco Ultra-Reliable Wireless Backhaul возникло на основе продуктов, приобретенных Cisco у FluidMesh. Он предназначен для обеспечения высокоскоростной беспроводной передачи данных на большие расстояния на стационарных и движущихся объектах.Несмотря на наличие в названии слова Wireless, важно не путать его с обычным Wi-Fi. В сетях Wi-Fi у нас есть точки доступа и стандартизированные клиентские устройства — ноутбуки, смартфоны, планшеты.
Бывает, что вместо клиентского устройства подключается другая точка доступа – получается Wi-Fi-мост; мосты можно использовать для создания Mesh-сети, но Wi-Fi не совсем для этого придуман и не там, где он проявляет себя лучше всего.
В случае сверхнадежной беспроводной транзитной сети у нас нет клиентских устройств.
Есть только устройства, которые могут принимать и передавать данные по специальной фирменной технологии.
Чтобы подключить клиентское устройство, необходимо использовать коммутатор Ethernet и/или точку доступа Wi-Fi, подключив их к устройству сверхнадежной беспроводной транзитной связи с помощью кабеля.
Проще всего представить, что нам нужно соединить определенные места высокоскоростным кабелем, но протянуть его дорого, сложно или, в случае с движущимися объектами, невозможно.
Поэтому ставим трансиверы и делаем этот «кабель» беспроводным.
В результате получается backhaul сеть, по английской терминологии – Wireless Backhaul.
Примеры использования
Фиксированное соединение «точка-точка»
Самый простой пример всё тот же: нужно подключить новостройку на территории, скажем, завода к общей сети, а установка оптики там — дело дорогое и трудоемкое.Мост, построенный на оборудовании Cisco, позволит быстро и дешево обеспечить соединения со скоростью до 500 Мбит/с.
При необходимости можно установить две пары устройств и получить 1 Гбит/с.
Таким же образом решается проблема подключения строительных объектов к сети.
Здесь, как правило, удлинять оптику вообще нет смысла, в том числе и потому, что она, скорее всего, порвется.
Фиксированное соединение «точка-многоточка»
Хорошим примером здесь является подключение камер видеонаблюдения на территории вокруг главного здания – управления завода, торгового центра и т.п.Камеры чаще всего устанавливаются на фонарных столбах, куда уже подведено электропитание ради обеспечения безопасности.
сами лампы, но возникает вопрос с подключением кабеля Ethernet. Чтобы избежать этого, вы можете вместе с камерами установить простые сверхнадежные беспроводные транзитные устройства и передавать данные с каждого столба на устройства, установленные в здании.
Транспортные средства и другие мобильные объекты
Особенности технологии Cisco Unified Wireless Backhaul, о которых пойдет речь ниже, позволяют обеспечить очень качественную связь с движущимися объектами.— На предприятиях, добывающих полезные ископаемые открытым способом, используется для организации связи для сбора телеметрии и данных о местоположении с карьерной техники.
По периметру карьера устанавливаются стационарные устройства Cisco Unified Wireless Backhaul с антеннами, направленными в сторону карьера, а на оборудование устанавливаются мобильные устройства с ненаправленными антеннами.
Пропускной способности хватает даже для передачи видео с камер, установленных на машинах.
— В шахтах сверхнадежная беспроводная транспортная сеть может использоваться для связи с автомобилями или поездами, курсирующими внутри.
Схема аналогичная: для обеспечения покрытия в туннеле устанавливается ряд стационарных устройств, а на оборудование устанавливаются мобильные устройства.
Для шахт также могут быть интересны варианты стационарного использования: раздача Wi-Fi для работников с помощью планшетов, телефонов, радиометок, сбор данных и управление автоматикой – вентиляция, устройства SCADA и т.д.
— Связь между «землёй» и обычным пассажирским поездом: для раздачи Wi-Fi и сбора данных видеонаблюдения в последнем.
— Внутри поезда для обеспечения связи между вагонами можно использовать Wireless Backhaul: в разных вагонах устанавливаются два устройства со специальными антеннами, направленными друг на друга.
— Прием и передача данных на лифты в высотных зданиях для обеспечения работы видеонаблюдения, Wi-Fi и передачи контента на мониторы, расположенные в лифтовых кабинах.
Для таких целей традиционно используются специальные дорогие и сложные в монтаже кабели.
Беспроводное решение может быть более надежным и дешевым.
Зачем вам нужно собственное решение?
Думается, что все описанные выше проблемы можно решить с помощью обычного Wi-Fi, а для ситуаций, когда необходима передача данных на большие расстояния – LTE. Однако возникает ряд проблем: В случае Wi-Fi:- непредсказуемая задержка передачи данных: алгоритм управления средой передачи данных Wi-Fi устроен так, что клиентские устройства по очереди обмениваются данными с точкой доступа, получая к ней доступ практически случайным образом.
Невозможно гарантировать стабильность задержки передачи данных.
Максимум, на что способны механизмы обеспечения качества передачи данных Wi-Fi, — это снизить вероятность резких колебаний задержек передачи данных для определенного типа трафика по сравнению с другими, но не гарантировать, что таких колебаний не будет вообще.
- не очень предсказуемый хэндовер — переход от одной точки доступа к другой в Wi-Fi практически полностью зависит от решений, принимаемых клиентским устройством.
При этом никакие настройки сети Wi-Fi не будут гарантировать, что хэндовер произойдет быстро и в нужный момент. Особенно там, где объект движется на высокой скорости.
- не бесшовная передача.
В большинстве сценариев использования это незаметно, но переход от одной точки доступа к другой для клиентского Wi-Fi-устройства занимает не менее 200 мс, в течение которых данные не передаются.
При использовании беспроводной сети для сбора телеметрии даже такие прерывания могут быть неприемлемы.
- короткие расстояния передачи данных
- доступная пропускная способность (DataRate) резко падает с увеличением расстояния
- Wi-Fi требует сложной и тонкой настройки для обеспечения оптимальной производительности.
- наличие устройств для перехвата и анализа Wi-Fi-трафика во многих случаях дает возможность взлома Wi-Fi-сетей
- асимметричная пропускная способность.
Пропускная способность загрузки шире, чем загрузка.
- непредсказуемая задержка передачи данных, как в случае с Wi-Fi
- Обслуживание беспроводной сети придется доверить оператору связи.
Оператор может не обеспечить достаточно быстрое устранение неполадок, особенно если ваша сеть расположена в труднодоступном месте, например, в карьере в Восточной Сибири.
Восполнить эту потребность собственными специалистами не получится.
- Если покрытие уже имеющихся у оператора базовых станций недостаточно, установка дополнительных, даже мобильных, значительно увеличивает затраты, а значит, и стоимость услуги для его клиента.
Как это работает?
Решение Ultra-Reliable Wireless Backhaul не является единственным в своем роде, поскольку другие производители предлагают реализации обратного соединения, основанные на собственных протоколах беспроводной передачи данных.
Что особенного в беспроводной транспортной сети?
«Физика» из Wi-Fi
Физический уровень передачи данных реализован на чипах, полностью аналогичных тем, которые используются в устройствах Wi-Fi последнего поколения (IEEE 802.11ax).Это значит, что используются одни и те же частоты и каналы передачи данных, а значит, с точки зрения контролирующих органов установка устройства FluidMesh выглядит так же, как и установка точки доступа, вещающей в нелицензируемом диапазоне 5 ГГц.
В отличие от обычного Wi-Fi, физика сверхнадежной беспроводной транзитной сети может обеспечивать MIMO даже на очень больших расстояниях.
«Логика» от сетей операторской связи
На уровне канала передачи данных и сети сверхнадежное беспроводное решение Bakchaul использует протокол PRODIGY 2.0, основанный на MPLS. MPLS — технология передачи данных в сетях операторов связи, обеспечивающая высокую производительность и хорошую управляемость таких сетей.Использование такого протокола позволяет обеспечить качество обработки трафика — прежде всего, предсказуемую задержку передачи, что так важно для аудио, видео и телеметрии в реальном времени.
Для приоритетных приложений предусмотрена задержка менее 0,3мс.
Пропускная способность
Доступная пропускная способность соединения «точка-точка» — до 500 Мбит/с.
Сверхнадежные устройства Wireless Backhaul могут выбирать DataRate так, чтобы она не менялась непредсказуемо при изменении расстояния или передаче обслуживания, как это происходит в сетях Wi-Fi.
Действительно плавная передача
Протокол PRODIGY 2.0 имеет развитые механизмы хендовера – переключения с одной базовой станции на другую.В обычном Wi-Fi переключение происходит следующим образом: когда соотношение шум/сигнал падает ниже порогового значения, клиентское устройство переключается на другую доступную точку доступа с максимальным соотношением шум/сигнал.
При этом это клиентское устройство ничего не знает о том, насколько хорошо будет работать соединение с новой точкой.
Кроме того, как уже говорилось выше, чтобы переключиться на новую точку, ему необходимо сначала разорвать связь с предыдущей, то есть существует промежуток времени, пусть и небольшой, в течение которого данные не могут быть переданы.
Даже при так называемой «бесшовной» передаче.
В протоколе PRODIGY 2.0 на устройствах Ultra-Reliable Wireless Backhaul коммутация реализована иначе: при обмене данными с текущей базовой станцией устройство ищет вторую доступную, устанавливает с ней соединение, тестирует ее и только потом переключает поток данных к нему.
Восстановление ячеистой сети в случае сбоя
Ячеистые сети состоят из нескольких точек беспроводного доступа или базовых станций, которые передают данные друг другу.При выходе из строя одного из устройств его соседи должны быстро восстановить передачу данных через другие доступные, если это возможно.
Сверхнадежную беспроводную сеть можно восстановить менее чем за 500 мс.
Безопасность
Здесь все просто: помимо встроенных механизмов шифрования трафика с использованием AES, невидимой для анализаторов Wi-Fi остается передача данных по проприетарному протоколу.Злоумышленник также не сможет подменить базовую станцию, чтобы подключиться к вашей сети – от этого защищает механизм аутентификации.
Механизм автоматического изменения частот (Frequency Hopping) защищает от попыток заглушить сеть шумом.
Поддержка PROFINET
Сверхнадежная беспроводная транспортная сеть способна корректно передавать пакеты, связанные с работой общего протокола промышленной автоматизации PROFINET. Эту технологию также можно использовать в сетях PROFINET класса B.Структура сети
С простыми случаями, вроде соединений «точка-точка», все понятно.
Структуру крупной сети Ultra Reliable Wireless Backhaul проще всего понять по аналогии с Wi-Fi. 
Сама сеть строится из базовых станций – это аналоги точек доступа.
Шлюзы выполняют агрегацию MPLS-трафика и являются его точкой выхода в сеть предприятия.
Шлюзы не являются обязательным компонентом решения, поскольку они не являются беспроводным контроллером в смысле Wi-Fi-решений.
Каждая базовая станция может действовать как шлюз, но ее пропускная способность ограничена 500 Мбит/с.
Если требуемая общая пропускная способность превышает 500 Мбит/с, необходимо установить шлюз.
Доступны шлюзы с полосой пропускания 1 Гбит/с и 10 Гбит/с.
Помимо всего этого прилагается система мониторинга FM-Monitor и система управления RACER — аналог по Wi-Fi — Cisco Prime Infrastructure или DNA Center. На этом аналогия с Wi-Fi заканчивается.
По способу взаимодействия точек доступа между собой сеть больше похожа на проводные сети Ethernet:
- Наиболее высокопроизводительные базовые станции образуют ядро сети — Backbone;
- Менее продуктивные образуют уровень распределения.
Этот уровень подключается к магистрали и переносит соединения на уровень доступа;
- Уровень доступа – вещает конечным клиентам – мобильным и стационарным, с которых необходимо собирать и которым необходимо отправлять данные (Клиенты).
Вместо заключения
Этот пост, конечно, не исчерпывает тему беспроводных технологий.А если вам интересно узнать больше и задать вопросы нашим экспертам в области беспроводной связи, послушайте нашу вебинар 29 июня .
Там мы поговорим как о Wi-Fi, так и о сверхнадежной беспроводной транспортной сети.
Давайте рассмотрим, в каких сценариях стоит использовать первую технологию, в каких — вторую, а в каких — обе.
Теги: #Беспроводные технологии #Сетевые технологии #сетевое оборудование #Интернет вещей #беспроводные сети #промышленные сети
-
Наслаждение
19 Oct, 24 -
Что Нового В Xcode?
19 Oct, 24 -
Пакман На Tape.ru
19 Oct, 24 -
Яндекс Теперь Поиск По Умолчанию
19 Oct, 24 -
Почему Мы Думаем, Что Объекты Реальны?
19 Oct, 24 -
Six Apart Покупает Rojo
19 Oct, 24
