802.11ax

Предлагаем вашему вниманию взгляд Huawei на Wi-Fi 6 саму технологию и связанные с ней новшества, в первую очередь применительно к точкам доступа: что в них нового, где им найдётся самое подходящее и полезное применение в 2020 году, какие технологические решения дают им основные конкурентные преимущества и как вообще организована линейка AirEngine.

Что происходит в сфере беспроводных технологий сегодня

В годы, когда развивались предыдущие поколения Wi-Fi четвёртое и пятое, в индустрии была сформирована концепция all-wireless office, то есть полностью беспроводного офисного пространства. Но с тех пор много воды утекло, и запросы бизнеса по отношению к Wi-Fi изменились качественно и количественно: повысились требования к пропускной способности, критически важным стало снижение задержек, и чем дальше, тем насущнее необходимость подключать большое количество пользователей.





К 2020 году сформировался ландшафт новых приложений, которые должны надёжно работать через сети Wi-Fi. На иллюстрации отображены основные направления, к которым такие приложения относятся. Вкратце о нескольких из них.

А. Дополненная и виртуальная реальность. Долгое время аббревиатуры VR и AR фигурировали в презентациях телеком-вендоров, однако мало кто понимал, каково прикладное применение стоящих за этими буквами технологий. Сегодня они стремительно входят в нашу жизнь, что находит отражение и в продуктах Huawei. В апреле мы представили смартфон Huawei P40 и попутно запустили пока только на территории Китая сервис Huawei Maps с функцией AR Maps. Он представляет собой не просто ГИС с голограммами. Дополненная реальность глубоко встроена в функциональность системы: с её помощью ничего не стоит буквально выцепить информацию о той или иной организации, офис которой расположен в здании, проложить маршрут через окружающее пространство, и всё это в формате 3D и с высочайшим качеством.

Также AR определённо ждёт интенсивное развитие в сферах образования и здравоохранения. Актуальна она и для производств: например, для того, чтобы обучать сотрудников тому, как действовать в нештатных ситуациях, трудно придумать что-то лучше тренажёров в дополненной реальности.

Б. Системы безопасности с видеонаблюдением. И даже шире: любое решение с видео, которое относится к стандартам сверхвысокой чёткости. Речь идёт уже не только о 4K, но и о 8K. Ведущие производители телевизоров и инфопанелей обещают, что модели, выдающие картинку в 8K UHD, появятся в их ассортименте на протяжении 2020 года. Логично предположить, что и конечные пользователи захотят смотреть видео в супервысоком качестве с ощутимо увеличившимся битрейтом.

В. Бизнес-вертикали, и в первую очередь ритейл. В качестве примера возьмём Lidl одну из крупнейших в Европе сетей супермаркетов. Она использует Wi-Fi в новых, опирающихся на IoT сценариях взаимодействия с потребителями, в частности внедрила электронные ценники ESL, интегрировав их со своей CRM.

Что касается крупных производств, примечателен опыт Volkswagen, который развернул на своих заводах Wi-Fi от Huawei и применяет его для решения самых разных задач. Помимо всего прочего, на Wi-Fi 6 у компании завязано функционирование роботов, которые перемещаются по территории фабрики, посредством AR-сценариев в реальном времени осуществляется сканирование деталей и т. д.

Г. Умные офисы также представляют собой огромное пространство для инноваций на базе Wi-Fi 6. Уже продумано большое число сценариев интернета вещей для умного здания, в том числе для контроля безопасности, для управления освещением и др.

Нельзя забывать и о том, что большинство приложений мигрирует в облака, а для доступа к облаку требуется качественная, стабильная связь. Именно поэтому Huawei использует как девиз и стремится претворять в жизнь установку 100 Мбит/с повсюду: Wi-Fi становится основным средством подключения к интернету, и вне зависимости от местонахождения пользователя мы обязаны обеспечить ему высокий уровень user experience.

Как Huawei предлагает управлять средой Wi-Fi 6

В настоящее время Huawei продвигает готовое end-to-end решение Cloud Campus, нацеленное, с одной стороны, на то, чтобы помогать управлять всей инфраструктурой из облака, с другой на то, чтобы служить платформой для воплощения новых IoT-сценариев, будь то управление зданием, мониторинг оборудования или, допустим, если обратиться к кейсу из области медицины, контроль параметров жизнедеятельности пациента.

Важная часть экосистемы вокруг Cloud Campus маркетплейс. Например, если разработчик создал конечное устройство и интегрировал его с решениями Huawei, написав соответствующее ПО, он вправе сделать свой продукт доступным другим нашим клиентам по сервисной модели.



Так как сеть Wi-Fi, в сущности, становится фундаментом для работы бизнеса, прежних способов управления ею недостаточно. Раньше администратор был вынужден практически вручную, копаясь в логах, разбираться, что творится с сетью. Такого реактивного режима поддержки теперь мало. Необходим инструментарий для проактивного контроля и управления беспроводной инфраструктурой, с тем чтобы администратор доподлинно понимал, что с ней происходит: какой уровень user experience она обеспечивает, могут ли к ней без проблем подключаться новые пользователи, не надо ли кого-то из клиентов перебросить на соседнюю точку доступа (ТД), в каком состоянии находится каждый отдельно взятый сетевой узел и пр.

Применительно к устройствам Wi-Fi 6 у Huawei имеются все средства для проактивного, детального анализа и контроля происходящего в сети. Опираются эти разработки прежде всего на алгоритмы машинного обучения.

На точках доступа предыдущих серий подобное было невозможно, так как они не поддерживали соответствующих протоколов телеметрии, да и вообще производительность тех устройств не позволяла воплотить эту функциональность в том виде, в каком позволяют наши современные точки доступа.

В чём преимущества стандарта Wi-Fi 6

Долгое время камнем преткновения на пути распространение Wi-Fi 6 оставалось то обстоятельство, что де-факто отсутствовали конечные устройства, которые предусматривали бы поддержку стандарта IEEE 802.11ax и могли в полной мере раскрыть преимущества, заложенные в точку доступа. Однако в индустрии происходит перелом, и мы как вендор ему всеми силами способствуем: Huawei разработала свои чипсеты не только для корпоративных продуктов, но и для мобильных, а также для домашних устройств.

По Сети ходит информация о Wi-Fi 6+ от Huawei. Что это?
Это практически как Wi-Fi 6E. Всё то же, только с добавлением частотного диапазона 6 ГГц. Во многих странах в настоящее время рассматривают вопрос о его выделении под Wi-Fi 6.

Будет ли радиоинтерфейс 6 ГГц реализован на том же модуле, который сейчас работает на 5 ГГц?
Нет, будут специальные антенны для работы в частотном диапазоне 6 ГГц. Нынешние точки доступа не поддерживают 6 ГГц, даже если обновить их софт.

На сегодняшний день устройства, показанные на иллюстрации, относятся к сегменту hi-end. Вместе с тем домашний роутер Huawei AX3, дающий через радиоинтерфейсы скорость до 2 Гбит/с, по цене не отличается от точек доступа предыдущего поколения. Поэтому есть все основания полагать, что в 2020 году широкий круг устройства среднего, а то и начального сегмента получит поддержку Wi-Fi 6. Согласно аналитическим выкладкам Huawei, к 2022 году продажи точек доступа с поддержкой Wi-Fi 6 по отношению к тем, что построены на Wi-Fi 5, составят 90 к 10%.

Через полтора года окончательно наступит эра Wi-Fi 6.

Прежде всего, Wi-Fi 6 рассчитан на то, чтобы сделать эффективнее работу беспроводной сети в целом. Раньше каждой станции последовательно выдавался временной слот, и она занимала весь канал 20 МГц, в связи с чем остальные были вынуждены ждать, когда она отправит трафик. Теперь же эти 20 МГц нарезаны на менее крупные поднесущие, объединяемые в ресурсные юниты, вплоть до 2 МГц, и в один временной слот могут вещать одновременно до девяти станций. Отсюда значительный рост производительности всей сети.

Мы уже рассказывали, что в стандарт шестого поколения были добавлены более высокие схемы модуляции: 1024-QAM против прежних 256. Сложность кодирования, таким образом, увеличилась на 25%: если раньше на один символ мы передавали до 8 бит информации, то сейчас 10 бит.

Увеличилось и число пространственных потоков (spatial streams). В предыдущих стандартах их было максимум четыре, тогда как сейчас до восьми, а в старших точках доступа Huawei и до дюжины.

Кроме того, в Wi-Fi 6 снова задействуется частотный диапазон 2,4 ГГц, который позволяет сравнительно недорого производить чипсеты для конечных терминалов с поддержкой Wi-Fi 6 и подключать огромное количество устройств, будь то полноценные IoT-модули или какие-то совсем дешёвые датчики.

Что особенно важно, в стандарте реализовано немало технологий для более эффективного использования радиоспектра, в том числе для переиспользования каналов и частот. В первую очередь достойна упоминания Basic Service Set (BSS) Coloring, которая позволяет игнорировать чужие точки доступа, работающие на том же канале, и в то же время слушать свои.

Какие точки доступа Wi-Fi 6 от Huawei мы считаем нужным делать в первую очередь

На рисунках представлены точки доступа, которые Huawei предлагает сегодня и, главное, которые вскоре начнёт поставлять, начиная с базовой модели AirEngine 5760 и заканчивая топовыми.



В наших точках доступа, поддерживающих стандарт 802.11ax, реализован целый комплекс уникальных технологических решений.

• Наличие встроенного модуля IoT или возможность подключения внешнего. Во всех точках доступа верхняя крышка теперь открывается, и под ней скрыты два слота под IoT-модули, причём практически какие угодно. Например, от ZigBee, подходящие для подключения умных розеток или реле, датчиков телеметрии и т. п. Или специализированные, например для работы с электронными ценниками (такое решение у Huawei реализовано в партнёрстве с компанией Hanshow). Плюс у точек доступа некоторых серий имеется дополнительный разъём USB, и модуль интернета вещей можно подсоединить через него.
• Новое поколение технологии Smart Antenna. В корпусе точки доступа размещается до 16 антенн, формирующих до 12 пространственных потоков. Такие умные антенны позволяют, в частности, увеличить радиус покрытия (и избавиться от мёртвых зон) за счёт того, что каждая из них имеет сфокусированный диапазон распространения радиосигнала и понимает, где в тот или иной момент времени пространственно находится конкретный клиент.
• Больший радиус распространения сигнала означает, что RSSI у клиента, или уровень сигнала на приёме, тоже будет выше. В сравнительных тестах, когда испытаниям подвергаются обычная omni-directional точка доступа и та, которая снабжена смарт-антеннами, у второй наблюдается двукратный прирост по мощности дополнительные 3 дБ

В случае применения смарт-антенн не возникает асимметрии сигнала, так как чувствительность точки доступа пропорционально увеличивается. Каждая из 16 антенн выступает в качестве зеркала: в силу принципа многолучевого распространения, когда клиент отправляет пучок информации, соответствующая радиоволна, отразившись от различных преград, попадает на все 16 антенн. Дальше точка, используя свои внутренние алгоритмы, складывает полученные сигналы и с большей степенью достоверности восстанавливает закодированные данные.

• Во всех новых точках доступа Huawei реализована технология SDR (Software-Defined Radio). Благодаря ей в зависимости от предпочтительного сценария эксплуатации беспроводной инфраструктуры администратор устанавливает, каким образом должны функционировать три радиомодуля. Сколько пространственных потоков на тот или иной выделить, также определяется динамически. Например, можно сделать так, чтобы два радиомодуля работали на подключение клиентов (один в диапазоне 2,4 ГГц, другой в 5 ГГц), а третий функционировал как сканер, следя, что происходит с радиосредой. Или задействовать три модуля исключительно на подключение клиентов.
  
  Ещё один распространённый сценарий это когда клиентов в сети не слишком много, но у них на устройствах функционируют высоконагруженные приложения, которым требуется высокая пропускная способность. В таком случае все пространственные потоки завязываются на частотные диапазоны 2,4 и 5 ГГц, каналы же агрегируются, чтобы обеспечить пользователям не 20-, а 80-мегагерцовую полосу пропускания.
  
• В точках доступа реализованы фильтры в соответствии с спецификациями 3GPP, для того чтобы размежевать между собой радиомодули, которые потенциально могут работать на разных частотах в диапазоне 5 ГГц, во избежание внутренней интерференции

Точки доступа предусматривают работу в разных режимах. Один из них RTU (Right-to-Use). Вкратце его базовый принцип заключается в следующем. Модели отдельных серий будут поставляться в стандартной версии, например с шестью пространственными потоками. Далее же с помощью лицензии можно будет расширить функциональность устройства и активировать ещё два потока, раскрывая заложенный в него аппаратный потенциал. Другой вариант: возможно, с течением времени у клиента возникнет необходимость выделить дополнительный радиоинтерфейс под сканирование эфира, и чтобы ввести его в строй, достаточно будет опять же докупить лицензию.

В правой нижней части на предыдущей иллюстрации у точек доступа приведены цифровые соответствия, например 2+2+4 применительно к AirEngine 5760. Суть в том, что у ТД имеется три независимых радиомодуля. Цифры показывают, какое количество пространственных потоков будет привязано к каждому радиомодулю. Соответственно, число потоков напрямую отражается на пропускной способности в том или ином диапазоне. Стандартная серия предусматривает до восьми потоков. Продвинутая до 12. Наконец, flagship (устройства класса hi-end) до 16.

Как устроена линейка AirEngine

Отныне общий бренд корпоративных беспроводных решений AirEngine. Как легко заметить, дизайн точек доступа создан под впечатлением от турбин самолётных двигателей: на передней и задней поверхностях устройств размещены специальные диффузоры.



Устройства начальной серии AirEngine 5760-51 наиболее доступны для потребителя и рассчитаны на самые распространённые сценарии. Например, для ритейла. Впрочем, и для офисных нужд они вполне подходят, будучи универсальными с точки зрения используемого в них технологического стека и стоимости.



Следующая по старшинству серия 5760-22W. В неё входят точки доступа типа wall-plate, которые не подвешиваются к потолку, а ставятся на стол, в угол или крепятся к стене. Наилучшим образом они подходят для тех сценариев, в которых требуется охватить беспроводной связью большое количество сравнительно маленьких помещений (в школе, больнице и пр.), где также бывает точечно нужно и проводное подключение.

У модели 5760-22W (wall-plate) предусмотрено подключение по 2,5 Гбит/с через медные интерфейсы, а также имеется специальный SFP-трансивер для PON. Таким образом, уровень доступа можно полностью реализовать по пассивной оптической сети и подключить точку доступа напрямую к этой GPON-сети.

В модельный ряд входят как внутренние, так и внешние точки доступа. Вторые легко отличить по литере R (outdoor) в названии. Таким образом, AirEngine 8760-X1-PRO рассчитана на применение в помещениях, а AirEngine 8760R-X1 на уличные сценарии. Если же в названии точки доступа содержится буква E (external), значит, антенны у неё не встроенные, а внешние.

Топовая модель AirEngine 8760-X1-PRO оснащена тремя десятигигабитными интерфейсами для подключения. Два из них медные, причём оба поддерживают PoE / PoE-IN, что позволяет зарезервировать устройство по питанию. Третий для оптиковолоконного подключения (SFP+). Уточним, это комбоинтерфейс: возможно подключение как по меди, так и по оптике. Также, допустим, ничто не мешает подключить точку доступа по оптике, а питание дать от инжектора через медный интерфейс. Нужно упомянуть также встроенный порт Bluetooth 5.0. Производительность у 8760-X1-PRO максимальная в линейке, благо она поддерживает до 16 пространственных потоков.

Хватит ли точкам доступа PoE+ для электропитания?
Для старшей серии (8760) требуется POE++. Именно поэтому в мае-июне поступают в продажу коммутаторы CloudEngine s5732 с мультигигабитными портами и с поддержкой 802.3bt (до 60 Вт).

Более того, AirEngine 8760-X1-PRO получает дополнительное охлаждение. По двум контурам внутри точки доступа циркулирует жидкость, отводя лишнее тепло от чипсета. Это решение в первую очередь призвано обеспечить длительное функционирование устройства с пиковой производительностью: некоторые другие вендоры декларируют, что их точки доступа тоже в состоянии выдавать до 10 Гбит/с, тем не менее через 1520 минут эти устройства склонны к перегреву, и ради понижения их температуры часть пространственных потоков отключается, что снижает пропускную способность.

В точках доступа младших серий жидкостного охлаждения нет, однако у них нет и проблемы перегрева в силу более низкой производительности. Модели среднего уровня AirEngine 6760 поддерживают до 12 пространственных потоков. Подключение у них также осуществляется по десятигигабитным интерфейсам. Кроме того, наличествует гигабитный для подсоединения к существующим коммутаторам.





Уже сравнительно давно Huawei предлагает решение Agile Distributed Wi-Fi, которое подразумевает наличие центральной точки доступа и выносных радиомодулей, ею управляемых. Такая ТД отвечает за разного рода высоконагруженные задачи и снабжена CPU, чтобы реализовать QoS, принимать решения о роуминге клиентов, ограничивать полосу, распознавать приложения и т. д. В свою очередь, внешние радиомодули фактически отправляют трафик в изначальном виде на центральную точку доступа и выступают конверторами из 802.11 в 802.3.

Решение оказалось не слишком популярным в России. Тем не менее нельзя не отметить и его преимущества. Например, возможность изрядно сэкономить на стоимости лицензий, благо на каждый радиомодуль не требуется покупать отдельную. Кроме того, основная нагрузка ложится на центральные точки доступа, что позволяет развернуть огромную, из десятка тысяч элементов, беспроводную сеть. Так что мы обновили и Agile Distributed Wi-Fi, задействовав преимущества своего технологического стека вокруг Wi-Fi 6.





Точки доступа для уличного применения также поступят в продажу в июне. Старшая серия среди outdoor-устройств 8760R, с максимальным технологическим стеком (в частности, доступно до 16 пространственных потоков). Однако, предполагаем, для большинства сценариев оптимальным выбором будет 6760R. Уличное покрытие, как правило, требуется или на складах, или для wireless bridging, или на технологических площадках, где периодически возникает необходимость принять или передать некую телеметрию или снять информацию с терминалов сбора данных.

О технологических преимуществах точек доступа AirEngine

Раньше вариативность внешних антенн для наших точек доступа была крайне ограниченна. Были либо антенны omni-directional (дипольные), либо совсем узконаправленные. Теперь выбор шире. К примеру, увидела свет антенна 70 / 70 по азимуту и элевации. Поставив её в углу помещения, можно покрыть сигналом практически всё пространство перед ней.

Перечень антенн, которыми снабжаются внутренние точки доступа, пополняется, и не исключено, что будет пополняться в том числе выпускаемыми другими производителями. Оговоримся, направленных среди них нет. Если в помещении требуется организовать фокусировку покрытия, нужно или использовать модели с внешними дипольными антеннами и самостоятельно позиционировать их для оптимального распространения радиосигнала, или брать точки доступа со встроенными смарт-антеннами.



Касательно инсталляции точек доступа существенных изменений нет. Все модели комплектуются креплениями для монтажа как на потолок, так и на стену или даже на трубу (металлическими хомутами). Для офисных потолков с рейлингами типа Armstrong крепления тоже подходят. Дополнительно можно поставить замки, что особенно актуально, если точка доступа будет функционировать в общественном месте.



Если совсем бегло пройтись по ключевым технологическим новшествам, которые были претворены в жизнь при разработке модельного ряда AirEngine, получится такой список.

• Достигнута наибольшая по индустрии производительность. На сегодняшний день только Huawei удалось реализовать 16 приёмных и передающих антенн при 12 пространственных потоках в одной точке доступа. Технологией смарт-антенн в том виде, в каком она воплощена Huawei, также ни одна другая компания на текущий момент не располагает.
• У Huawei имеются специальные решения для достижения сверхнизкой задержки. Это позволяет, в частности, обеспечить полностью бесшовный роуминг для подвижных складских роботов.
• Как известно, технология Wi-Fi 6 несёт в себе два решения для множественного доступа: OFDMA и Multi-User MIMO. Никто, кроме Huawei, до сих пор не сумел организовать их одновременную работу.
• Поддержка интернета вещей у точках доступа AirEngine беспрецедентно широкая и нативная.
• Линейка отвечает самым высоким стандартам безопасности. Так, во всех наших точках Wi-Fi 6 реализовано шифрование на базе протокола WPA3.

От чего зависит пропускная способность точки доступа? Согласно теореме Шеннона, от трёх факторов:

• от количества пространственных потоков;
• от ширины полосы пропускания;
• от соотношения сигнал шум.

Решения Huawei по каждому из трёх названных направлений отличаются от того, что предлагают другие вендоры, и в каждом содержат немало улучшений.

1. Устройства Huawei способны формировать до двенадцати пространственных потоков, в то время как топовые точки доступа других производителей лишь восемь.
2. Новые точки доступа Huawei в состоянии формировать восемь пространственных потоков шириной 160 МГц каждый, тогда как у конкурирующих вендоров максимум восемь потоков по 80 МГц. Как следствие, потенциально достижимо полутора-, а то и двукратное превосходство наших решений в производительности.
3. Что до соотношения сигнал шум, за счёт использование технологии Smart Antenna наши точки доступа демонстрируют значительно большую толерантность к интерференции и гораздо более высокий уровень RSSI на приёме у клиента как минимум в два раза больше (на 3 дБ).

Разберёмся, откуда берётся пропускная способность, которую принято указывать в datasheets. В нашем случае 10,75 Гбит/с.

Формула расчёта показана на рисунке выше. Давайте посмотрим, что представляют собой множители в ней.

Первый число пространственных потоков (на 2,4 ГГц до четырёх, на 5 ГГц до восьми). Второй единица, делённая на сумму продолжительности символа и длительности защитного интервала в соответствии с используемым стандартом. Так как в Wi-Fi 6 продолжительность символа увеличена вчетверо до 12,8 мкс, а защитный интервал равен 0,8 мкс, в итоге выходит 1/13,6 мкс.

Далее: напомним, благодаря улучшенной модуляции 1024-QAM на каждый символ теперь может кодироваться до 10 бит. Итого имеем битрейт 5/6 (FEC) четвёртый множитель. А пятый количество поднесущих (тонов).

Наконец, складывая максимальную производительность для 2,4 и для 5 ГГц, мы и получаем впечатляющее значение 10,75 Гбит/с.



Также в наших точках доступа и контроллерах появилось управление радиочастотными ресурсами DBS. Если раньше нужно было единожды выбрать для того или иного SSID ширину канала (20, 40 или 80 МГц), теперь есть возможность настроить контроллер так, чтобы он делал это динамически.



Ещё одно улучшение в распределение радиоресурсов привнесла технология SmartRadio. Раньше при наличии нескольких точек доступа в одной зоне можно было указать, по какому алгоритму перераспределить клиентов, к какой ТД подключать нового и т. д. Но эти настройки применялись лишь единожды, в момент его подсоединения и ассоциации с сетью Wi-Fi. В случае же с AirEngine алгоритмы для балансировки нагрузки могут применяться в реальном времени, когда клиенты работают и, например, перемещаются между точками доступа.



Важный нюанс относительно антенных элементов: в моделях AirEngine они реализуют сразу и вертикальную, и горизонтальную поляризацию. Каждый поддерживает четыре антенны, и таких элементов насчитывается четыре штуки. Отсюда и итоговое количество 16 антенн.



Сам по себе антенный элемент пассивный. Соответственно, чтобы сфокусировать большее количество энергии в направлении клиента, требуется сформировать с помощью компактных антенн более узкий луч. Huawei это удалось. Итог радиопокрытие в среднем на 20% больше, чем у конкурирующих решений.

Применительно к Wi-Fi 6 сверхвысокая пропускная способность и высокие уровни модуляции (схемы MCS 10 и MCS 11) возможны, только когда соотношение сигнал шум, или Signal-to-Noise Ratio, превышает 35 дБ. На счету каждый децибел. И смарт-антенна действительно позволяет повысить уровень принимаемого сигнала.

В реальных тестах модуляция 1024-QAM при схеме MCS 10 будет работать на удалении не более 3 м от точки доступа, какую из доступных на рынке ни возьми. Ну а при использовании умной антенны расстояние может быть увеличено до 67 м.



Ещё одна технология, которую Huawei интегрировала в новые точки доступа, называется Dynamic Turbo. Её суть заключается в том, что ТД на лету может распознавать и классифицировать приложения по классам (допустим, передаёт оно real-time видео, голосовой трафик или что-то другое), различать клиентов по степени их значимости и выделять ресурс-юниты таким образом, чтобы важные для пользователей высокоуровневые приложения работали быстро, насколько возможно. Фактически на аппаратном уровне точка доступа осуществляет DPI глубокий анализ трафика.



Как отмечалось ранее, Huawei на текущий момент единственный вендор, который в своих решениях обеспечивает одновременную работу MU-MIMO и OFDMA. Давайте чуть подробнее о том, в чём разница между ними.

Обе технологии призваны обеспечивать multi-user access. Когда в сети много пользователей, OFDMA позволяет распределить частотный ресурс таким образом, чтобы множество клиентов получало и принимало информацию в один момент времени. Однако и MU-MIMO в конечном счёте нацелена на то же: когда несколько клиентов находятся в разных точках помещения, каждому из них можно направить уникальный пространственный поток. Для наглядности вообразим, что частотный ресурс это трасса Москва Санкт-Петербург. OFDMA словно бы предлагает: Давайте мы сделаем у дороги не одну полосу, а две, чтобы она использовалась эффективнее. У MU-MIMO подход иной: Давайте проложим вторую, третью дорогу, чтобы трафик шёл по независимым путям. Теоретически одно другому не противоречит, на деле же комбинация двух методов требует определённой алгоритмической базы. Благодаря тому, что Huawei эту базу сумела создать, пропускная способность наших точек доступа увеличилась практически на 40% относительно того, что в состоянии обеспечить конкуренты.





Что касается безопасности, новые точки доступа, подобно предшествующим моделям, поддерживают DTLS. А значит, как и раньше, управляющий CAPWAP-трафик можно шифровать.

С защитой от внешних злонамеренных воздействий всё тоже как в предыдущем поколении контроллеров. Любые типы атак, будь то брутфорс, атака Weak IV (слабые инициализационные векторы) или нечто иное, детектируются в реальном времени. Настраивается и реакция на DDoS: система умеет делать динамические чёрные списки, уведомлять администратора о происходящем при попытке распределённой сетевой атаки и пр.

Какие решения сопутствуют моделям AirEngine

Наша аналитическая платформа CampusInsight в разрезе Wi-Fi 6 решает несколько задач. Прежде всего она задействуется в радиоменеджменте наравне с контроллером: CampusInsight позволяет выполнять калибрацию и в реальном времени наилучшим образом распределять каналы, регулировать мощность сигнала и полосу пропускания того или иного канала, контролировать, что вообще происходит с сетью Wi-Fi. При всём при том CampusInsight применима и в wireless security (в частности, для intrusion prevention и intrusion detection), причём не в привязке к конкретной точке доступа или одному SSID, а в масштабе всей беспроводной инфраструктуры.



Достоин внимания и WLAN Planner средство для радиомоделирования, причём часть препятствий, например стены, он умеет определять самостоятельно. На выходе программа выдаёт краткий отчёт, в котором среди прочего указывается, какое количество точек доступа требуется для покрытия помещения. Исходя из таких вводных гораздо проще принимать более осмысленные решения относительно спецификаций оборудования, бюджетирования и т. д.



Среди ПО упомянем также приложение Cloud Campus App, доступное всем желающим как на iOS, и на Android и содержащее целый набор инструментов для контроля беспроводной сети. Часть из них предназначена для проверки качества работы Wi-Fi (например, роуминг-тест). Помимо всего прочего, можно оценивать уровень сигнала, находить источники интерференции, проверять пропускную способность в той или иной зоне, а при наличии проблем выявлять их причины.

***

Эксперты Huawei продолжают регулярно проводить вебинары по нашим новым продуктам и технологиям. Среди тем: принципы построения ЦОДов с использованием оборудования Huawei, специфика эксплуатация массивов Dorado V6, ИИ-решения для различных сценариев и многое, многое другое. Список вебинаров на ближайшие недели вы найдёте, пройдя по ссылке.

Приглашаем вас также заглянуть на форум Huawei Enterprise, где обсуждаются не только наши решения и технологии, но и более широкие вопросы инженерного толка. В том числе на нём открыта ветка по Wi-Fi 6 подключайтесь к дискуссии!

Предлагаем вашему вниманию краткий обзор новой архитектуры Huawei HiCampus, в основе которой полностью беспроводной доступ для пользователей, IP + POL и интеллектуальная платформа поверх физической инфраструктуры.



В начале 2020 года мы представили две новые архитектуры, которые прежде использовались исключительно в Китае. О HiDC, которая рассчитана в первую очередь на развёртывание инфраструктуры ЦОДов, весной на Хабре уже выходил пост. Теперь же рассмотрим в общих чертах HiCampus архитектуру более широкого профиля.

Зачем нужен HiCampus

Шквал событий, что повлекли за собой пандемия и противостояние ей, волей-неволей побудил многих быстрее прийти к пониманию того, что кампусы это фундамент нового интеллектуального мира. Под обобщающим словом кампус объединены не только офисные зоны, но и исследовательские институты, лаборатории, университеты вместе со студенческими городками и не только.

В одной только России у Huawei на середину 2020 года насчитывается свыше тысячи разработчиков. Мало того, через два-три года их будет приблизительно впятеро больше. А сосредоточены они как раз таки в кампусах, где мы должны обеспечить им бесшовный сервис по запросу, не заставляя их ждать.

Собственно, для конечного пользователя HiCampus это действительно в первую очередь более удобная, чем прежде, рабочая среда. Бизнесу же она помогает повышать эффективность производства, вдобавок оказывается легче для него в эксплуатации.



Между тем на кампусах становится всё больше пользователей, и у тех всё больше устройств. Хорошо ещё, что не каждая куртка пока снабжена Wi-Fi-модулем: умная одежда ещё диковинка, однако не исключено, что вскоре она войдёт в широкий обиход. Как следствие, без радикальных технологических преобразований качество сервиса в сети снижается. Ничего удивительного: потребление трафика увеличивается, растёт расход электроэнергии, а новые сервисы требуют всё больше ресурсов разного толка. Тем временем владельцы бизнеса и советы директоров, зачастую воодушевлённые теми темпами, с какими проходит цифровая трансформация вокруг, в том числе у конкурентов, хотят новых возможностей быстро и дёшево (Как, у нас в офисе нет видеонаблюдения с face recognition? Почему?!). Кроме того, от сетевой инфраструктуры сегодня ждут синергетического эффекта: развёртывать сеть ради одной только сети уже не принято, да и не в духе времени.



Эти проблемы и призвана решить HiCampus. У неё мы выделяем три среза, каждый из которых привносит свои преимущества в архитектуру. Перечислим их в порядке от нижестоящего к вышестоящему:

• полностью беспроводной;
• полностью оптический;
• интеллектуальный.

Полностью беспроводной срез

Базис полностью беспроводного среза продуктовое решение Huawei на основе Wi-Fi шестого поколения. В сравнении с Wi-Fi 5 оно позволяет вчетверо увеличить количество одновременно подключаемых пользователей и избавить обитателей кампуса от необходимости где бы то ни было подсоединяться к сети по проводам.



Новая продуктовая линейка AirEngine, на которой строится беспроводная среда HiCampus, включает в себя точки доступа (ТД) под самые разные сценарии: хотите для индустриальной эксплуатации с IoT, хотите для применения вне помещений. Дизайн, габариты, способы крепления устройств также допускают все мыслимые варианты использования.

Нововведениям в ТД, например увеличенному числу антенн на приём (их теперь 16 штук), мы обязаны своему центру разработки в Тель-Авиве: работающие там наши коллеги привнесли в Wi-Fi 6 многое из своего предыдущего опыта улучшения сетей WiMAX и 5G-сетей, благодаря чему им удалось серьёзно оптимизировать задержки и пропускную способность точек AirEngine. В результате мы оказались в состоянии гарантировать пропускную способность не ниже заданной отметки каждому клиенту: фраза 100 Мбит/с везде в нашем случае не пустой звук.



Как это получилось? Тут ненадолго обратимся к теории. В соответствии с теоремой Шеннона пропускную способность точки доступа определяют (a) количество пространственных потоков, (b) ширина полосы пропускания и соотношение сигнал шум. У Huawei модификации в сравнении с предыдущими продуктами были произведены по всем трём пунктам. Так, наши ТД способны формировать до 12 пространственных потоков в полтора раза больше, чем топовые модели других вендоров. Кроме того, они могут поддерживать восемь пространственных потоков шириной по 160 МГц против в лучшем случае восьми потоков по 80 МГц у конкурентов. Наконец, благодаря технологии Smart Antenna наши точки доступа демонстрируют значительно большую толерантность к интерференции и более высокий уровень RSSI на приёме у клиента.

По итогам 2019 года наши коллеги из Тель-Авива получили высшую награду внутри компании именно за то, что им удалось на чипе с поддержкой Wi-Fi 802.11ax добиться показателя сигнал шум (SNR) выше, чем у другого известного американского производителя. Результат был достигнут как за счёт использования новых материалов, так и с помощью более совершенной алгоритмической базы, зашитой в процессор. Отсюда и другие выгодные стороны Wi-Fi 6 в интерпретации Huawei. В частности, реализован механизм multi-user MIMO, благодаря которому на одного пользователя может быть выделено до восьми пространственных потоков; MU-MIMO рассчитан на то, чтобы задействовать в передаче информации клиентам весь антенный ресурс точки доступа. Конечно, восемь потоков разом не будут отряжены под какой-нибудь смартфон, а вот под ноутбук последнего поколения или VR-комплекс индустриального назначения вполне.



Таким образом, с 16 пространственными потоками на физическом уровне возможно взять планку 10 Гбит/с на точку. На уровне application-трафика эффективность среды передачи данных составит 7880%, или около 8 Гбит/с. Оговоримся, это справедливо в случае с эксплуатацией 160-мегагерцовых каналов. Разумеется, Wi-Fi 6 рассчитан перво-наперво на массовые подключения, и если их десятки, то каждое отдельно взятое не будет таким заоблачно скоростным.



В лабораторных условиях мы неоднократно проводили тесты с помощью утилиты нагрузки iPerf и фиксировали, что две hi-end-точки Huawei из линейки AirEngine, используя восемь пространственных потоков шириной 160 МГц каждый, обмениваются данными на уровне приложений со скоростью около 8,37 Гбит/с. Нужно сделать ремарку: да, прошивка у них специальная, рассчитанная на то, чтобы раскрыть потенциал оборудования в ходе испытаний, однако факт остаётся фактом.

Кстати, у Huawei в России действует Joint Validation Lab с обширным парком Wi-Fi-оборудования. Раньше мы использовали в ней устройства с M.2-чипами других производителей, теперь же показываем производительность Wi-Fi 6 на телефонах собственного производства, например P40.

На иллюстрациях выше видно, что в едином конструктивном блоке, каких в точке доступа четыре штуки, содержится также по четыре элемента итого 16 приёмо-передающих антенн, функционирующих в динамическом режиме. Что касается beamforming, благодаря применению большего количества антенн на элементе удаётся формировать более узкий и длинный луч и надёжнее вести клиента, обеспечивать ему улучшенный user experience.

За счёт использования дополнительных патентованных материалов достигаются высокие электрические показатели самой антенны. Отсюда и меньший процент потерь на сигнал и гораздо выигрышнее параметры отражения сигнала.





У себя в лабораториях мы не раз проводили тесты на сравнение силы сигнала точек доступа на одинаковом расстоянии покрытия. На иллюстрации выше видно, что на треногах установлены две ТД, поддерживающие Wi-Fi 6: одна (красная) со смарт-антеннами, от Huawei, другая без них. Расстояние от точки до телефона в обоих случаях 13 м. Про прочих равных тот же частотный диапазон 5 ГГц, частота канала 20 МГц и т. д. в среднем разница в силе сигнала между устройствами исчисляется 3 дБм, и преимущество на стороне точки Huawei.







Во втором тесте задействованы те же точки Wi-Fi 6, тот же диапазон 20 МГц, тот же срез 5 ГГц. На расстоянии 13 м существенной разницы не наблюдается, но, как только мы увеличиваем дистанцию вдвое, показатели расходятся почти на порядок (7 дБм) в пользу нашего AirEngine.

Используя технологии 5G DynamicTurbo, благодаря которым на базе беспроводной среды приоритезируется трафик от VIP-пользователей, мы добиваемся сервиса, какого раньше в Wi-Fi-среде не было (например, топ-менеджер компании не будет регулярно спрашивать вас, отчего у него такое слабое соединение). До сих пор они были почти исключительно достоянием мира проводных сетей либо TDM, либо IP Hard Pipe, с выделением MPLS-туннелей.

Также Wi-Fi 6 претворяет в жизнь концепцию бесшовного роуминга. Всё благодаря тому, что модифицирован механизм миграции между точками: сначала пользователь подключается к новой и только потом диссоциируется от старой. Это новшество благотворно отражается на функционировании в таких сценариях, как телефония через Wi-Fi, телемедицина и automotive, а именно работа автономных роботов, беспилотников и т. д, для которых критически важно бесперебойно держать соединение с управляющим центром.



В мини-ролике выше в игровой форме отражён вполне современный кейс применения Wi-Fi 6 от Huawei. У собаки в красном комбинезоне VR-очки подцеплены к точке AirEngine, которая быстро переключается и обеспечивает минимальные задержки в передаче информации. Другому псу повезло меньше: аналогичные очки, надетые ему на голову, подсоединены к ТД другого вендора (из этических соображений, само собой, не станем его называть), и пусть перебои и лаги не фатальные, но мешают накладывать виртуальное окружение на окружающее пространство в реальном времени.



Внутри Китая архитектура применяется вовсю. С применением её решений построено около 600 кампусов, из них добрая половина соответствует принципам HiCampus от начала до конца.

Как показывает практика, эффективнее всего применение HiCampus для совместной работы в офисных пространствах, на умных фабриках с их подвижными автономными роботами AGV, а также в местах массового скопления людей. Например, в пекинском международном аэропорту, где развёрнута сеть Wi-Fi 6, обеспечивающая беспроводные услуги для пассажиров на всей территории; среди прочего благодаря кампусной инфраструктуре аэропорту удалось сократить время ожидания в очереди на 15% и сэкономить 20% на персонале.

Полностью оптический срез

Всё чаще мы строим кампусы по новой модели IP + POL, и вовсе не повинуясь велению прихотей технологической моды. Господствовавший раньше подход, при котором, развёртывая сетевую инфраструктуру в здании, мы тянули оптику до этажа, а дальше делали разводку медью, накладывал на архитектуру суровые ограничения. Достаточно одного того, что при необходимости апгрейда приходилось менять практически всю среду на уровне этажа. Сам материал, медь, тоже не идеален: и с точки зрения пропускной способности, и с точки зрения жизненного цикла, и с точки зрения дальнейшего развития среды. Конечно, медь была всем понятна и позволяла создавать несложные сетевые решения быстро и недорого. Вместе с тем по совокупной стоимости владения и по потенциалу к апгрейду сети медь в 2020 году проигрывает оптике.

Особенно ярко превосходство оптики проступает, когда нужно закладываться на длинный жизненный цикл инфраструктуры (и оценивать расходы на неё вдолгую), а также когда ту ждёт серьёзная эволюция. Например, требуется, чтобы в среде постоянно функционировали 4K-камеры и 8K-телевизоры или другой digital signage с высоким разрешением. В подобных ситуациях наиболее разумным решением будет применение полностью оптической с использованием оптических коммутаторов сети. Раньше стоп-фактором при выборе в пользу такой модели построения кампуса служило малое число конечных терминалов optical network units (ONU). В настоящее же время не только пользовательские машины предполагают возможность подключения через терминалы к оптической сети. В ту же Wi-Fi-точку вставляется приёмопередатчик, работающий с POL-сетью, и мы получаем беспроводной сервис через высокоскоростную оптическую сеть.

Таким образом, полноценно внедрить Wi-Fi 6 можно малой кровью: наладить IP + POL-сеть, присоединить Wi-Fi к ней и спокойно наращивать производительность. Единственное, в случае с Wi-Fi-точками требуется локальное электропитание. В остальном ничто не мешает нам довести сеть до 10 или 50 Гбит/с.



Развёртывание полностью оптических сетей целесообразно в самых разных случаях. Например, им трудно представить альтернативу в старых домах с длинными пролётами. Если вы никогда не занимались ребилдингом здания в центре Москвы, то, поверьте, вам крупно повезло: обычно все проходы для кабеля в таких строениях забиты, и чтобы организовать локальную сеть по уму, подчас приходится делать всё с нуля. В случае же с POL-решением можно проложить оптический кабель, развести его сплиттерами и создать современную сеть.

То же касается учебных заведений с корпусами старой архитектуры, отельных комплексов и огромных зданий, включая аэропорты.









Руководствуясь принципом practice what you preach, в организации сетевых сред по модели IP LAN + POL мы начали с себя. Достроенный полтора года назад огромный, общей площадью помещений более 1,4 млн м, кампус Huawei на озере Суншань (Китай) один из первых кейсов реализации архитектуры HiCampus; его здания, кстати, воспроизводят своим обликом известные памятники европейской архитектуры. Внутри же всё, напротив, современно, насколько только возможно.

Из центрального здания оптические линии расходятся в соседние, подлежащие кампусы, где, в свою очередь, также разводятся по этажам и т. д. Точки доступа Wi-Fi 6, покрывающие всю территорию, соответственно, сидят именно на оптике.

На кампусе реализован целый спектр сервисов, которые требуют стабильного высокоскоростного подключения, в том числе видеонаблюдение с помощью камер высокого разрешения. Служат они, впрочем, не только для видеонаблюдения. На входе в кампус цифровая платформа SmartCampus через эти самые камеры идентифицирует сотрудника по лицу, затем тот прикладывает свой RFID-беджик к пропускному терминалу, и только после успешной аутентификации по двум критериям ему будут открыты двери и предоставлен доступ к беспроводной сети и цифровым сервисам кампуса, проскользнуть внутрь с чужим беджем не удастся. Кроме того, на всей территории комплекса доступны VDI-сервис (cloud desktop), система конференц-связи и многие другие сервисы, завязанные на Wi-Fi 6 с оптическим подключением.

Использование полностью сетевых оптических решений, помимо всего прочего, экономит уйму места, а чтобы их обслуживать, требуется гораздо меньше людей. Таким образом, по нашей статистике, в среднем инвестиции в инфраструктуру благодаря оптическому слою сокращаются на 40%.

Полностью интеллектуальный срез

Поверх физических решений, связанных с оптической и беспроводной средой передачи данных, в HiCampus плотно задействована интеллектуальная платформа Horizon, которая служит целям цифровой трансформации и позволяет извлечь из инфраструктуры больше пользы.

Для задач, связанных с самой инфраструктурой, используется подлежащий слой управления на платформе iMaster NCE-Campus.

Первое её предназначение задействовать технологии машинного обучения для контроля за сетью. В частности, ML-алгоритмы дали возможность реализовать в iMaster NCE модуль CampusInsight O&M 1-3-5: в течение минуты приходят сведения об ошибке, три минуты тратится на её обработку, за пять минут она устраняется (подробнее см. в нашей статье Сетевые продукты и решения Huawei Enterprise для корпоративных заказчиков в 2020 году). Таким образом исправляется ни много ни мало 7590% возникающих ошибок.

Вторая задача более интеллектуальная интегрировать различные сервисы, связанные с умным кампусом (тот же самый контроль сети, видеонаблюдение и пр.).

Когда в сетевой инфраструктуре несколько десятков точек доступа и пара контроллеров, ничто не мешает снимать с них трафик и разбирать его вручную посредством Wireshark. Но когда точек тысячи, контроллеров десятки, а разнесено всё это хозяйство по большой территории, искать неисправности становится многократно труднее. Чтобы упростить задачу, мы разработали решение iMaster NCE CampusInsight (по нему у нас был отдельный вебинар). С его помощью, накапливая информацию с устройств пакеты уровня Layer-1 / Layer-4, можно оперативно находить неисправности в сетевой среде.

Выглядит процесс следующим образом. Платформа, допустим, показывает нам, что у пользователя не ладится с радиоаутентификацией. Она проводит анализ и указывает, на каком шаге возникла проблема. И если та связана со средой, то платформа предложит нам решить проблему (в интерфейсе возникает кнопка Resolve). В видео ниже показано, как в системе приходит уведомление о том, что произошёл reject RADIUS: скорее всего, либо пользователь неверно ввёл пароль, либо пароль поменялся. Таким образом, без судорожных попыток разобраться, в чём дело, удаётся сберечь уйму времени, благо все данные сохраняются и предысторию той или иной коллизии легко изучить.



Распространённая история: к вам подходит владелец компании или CTO и сетует на то, что некая важная персона вчера у вас в офисе не сумела подсоединиться к беспроводной сети. Приходится решать вопрос. Возможно, под угрозой потери квартальной премии. В обычной ситуации нельзя устранить проблему, не найдя того самого VIP-пользователя. А что, если это какой-нибудь топ-менеджер или замминистра, с которым и встретиться-то нелегко, тем более попросить у него смартфон, чтобы разобраться в проблеме? Избежать подобных ситуаций помогает продукт Huawei, использующий наш дистрибутив больших данных FusionInsight, который хранит весь накопленный объем знаний о происходившем в сети, благодаря чему до истоков любой неполадки можно дойти путём ретроспективного анализа.



Устройства и их связность дело важное. Но чтобы построить действительно умный кампус, необходима софтверная надстройка.

Прежде всего, в HiCampus поверх физического уровня задействуется облачная платформа. Она может иметь приватное, публичное или гибридное исполнение. На неё, в свою очередь, наслаиваются сервисы для работы с данными. Вся эта совокупность ПО и является цифровой платформой. С концептуальной точки зрения она опирается на принципы Relationship, Open, Multi-Ecosystem, Any-Connect сокращённо ROMA (о них и о платформе в целом также будет отдельный вебинар и пост по его следам). Обеспечивая связь между компонентами среды, Horizon делает её более целостной, что далее находит подтверждение как в бизнес-показателях, так и в комфорте пользователей.

В свою очередь, интеллектуальный центр управления Huawei IOC (Intelligent Operation Center) призван следить за здоровьем кампуса, энергоэффективностью и защищённостью, а главное, даёт общую панораму того, что происходит на кампусе. Скажем, благодаря наглядной схеме визуализации (см. демо) будет видно, что камера среагировала на какой-то тревожный фактор, и можно мигом получить картинку с неё. Если вдруг произошло возгорание, по RFID-датчикам легко проверить, все ли люди покинули помещение.

А благодаря тому, что к точкам доступа Huawei можно подключать дополнительные модули, которые работают по RFID, ZigBee или Bluetooth, нетрудно создать среду, которая будет чутко мониторить ситуацию на кампусе и сигнализировать о самых разных проблемах. Кроме того, с помощью IOC удобно производить инвентаризацию активов в реальном времени, и в целом работа с кампусом как с интеллектуальной единицей открывает массу возможностей.



Конечно, отдельные вендоры на рынке могут предоставить часть решений, сходных с входящими в HiCampus, например полностью оптический доступ. Однако ни у кого нет на вооружении целостной архитектуры, главные достоинства которой мы постарались раскрыть в посте.

А напоследок добавим, что узнать подробности о наших решениях для smart campus, а отдельные даже попробовать, можно на сайте нашего проекта OpenLab.

***

И не забывайте про наши многочисленные вебинары, проводимые не только в русскоязычном сегменте, но и на глобальном уровне. Список вебинаров на ближайшие недели доступен по ссылке.