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Outdoor Wireless und Mesh Netzwerke

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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


data rate Mbit/s

expected throughput

Mbit/s5054 SU with

WA5054 SU w.

23dBI5054 SUR (23


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

Documents

Outdoor Wireless und Mesh Netzwerke Hermann klein, +49-89-89059784 hklein@proxim