Представяме ви кратък преглед на новата архитектура Huawei — HiCampus, която предлага напълно безжичен достъп за потребителите, IP + POL и интелигентна платформа над физическата инфраструктура.
В началото на 2020 година представихме две нови архитектури, които преди се използваха единствено в Китай. За HiDC, насочена основно към изграждането на инфраструктура за центрове за данни, вече имаше статия на Хабър през пролетта. Сега ще разгледаме накратко HiCampus — архитектура с по-широк профил.
Каква е ползата от HiCampus
Вълната от събития, предизвикана от пандемията и опитите за справяне с нея, принуди мнозина по-бързо да осъзнаят, че кампусите са основата на новия интелигентен свят. Под обобщаващото понятие "кампус" се обединяват не само офисни зони, но и изследователски институти, лаборатории, университети, заедно със студентски общежития и не само.
В само Русия Huawei разполага с над хиляда разработчици към средата на 2020 година. Още повече, в следващите две-три години техният брой ще нарасне приблизително петfold. А те са съсредоточени именно в кампусите, където трябва да им осигурим безупречно обслужване по запитване, без да им позволяваме да чакат.
Всъщност, за крайния потребител HiCampus е наистина, преди всичко, по-удобна работна среда от преди. За бизнеса тя помага за повишаване на производствения ефективност, а също така е по-лесна за експлоатация.
Междувременно на кампусах становится всё повече потребители, и при тях се увеличава броят на устройствата. Добре е, че не всяко яке все още е снабдено с Wi-Fi модул: "умната одежда" все още е рядкост, но не е изключено, че скоро тя ще влезе в широко приложение. В резултат, без радикални технологични преобразувания качеството на услугите в мрежата намалява. Нищо удивително: потреблението на трафик нараства, нараства разходът на електрическа енергия, а новите услуги изискват все повече ресурси от различен тип. Междувременно собствениците на бизнес и управителните съвети, често вдъхновени от темповете, с които протича цифровата трансформация наоколо, включително и при конкурентите, искат нови възможности — бързо и евтино ("Как, в нашия офис няма видеонаблюдение с разпознаване на лица? Защо?!"). Освен това, от мрежовата инфраструктура днес се очаква синергичен ефект: изграждането на мрежа само ради мрежата вече не е прието, а и не е в духа на времето.
Тези проблеми се стреми да реши HiCampus. При него е разделен на три среза, всеки от които привнася своите предимства в архитектурата. Нека ги изброим в реда от по-ниското към по-високото:
- напълно безжичен;
- напълно оптичен;
- интелигентен.
Напълно безжичен срез
Основата на напълно безжичния срез е продуктово решение на Huawei на базата на Wi-Fi шесто поколение. В сравнение с Wi-Fi 5, то позволява четворно да се увеличи броят на едновременно свързаните потребители и да се освободи "жителите" на кампуса от необходимостта да се свързват с мрежата "по жици" където и да е.
Новата продуктова линия AirEngine, на която се изгражда безжичната среда на HiCampus, включва точки за достъп (ТД) за най-различни сценарии: искате - за индустриална експлоатация с IoT, искате - за приложение на открито. Дизайнът, размерите и начините на монтаж на устройствата също допускат всички възможни опции за използване.
Нововведения 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: израз «100 Мбит/с навсякъде» в нашия случай не е празна дума.
Как это стало возможным? Тут ненадолго обратимся к теории. В соответствии с теоремой Шеннона пропускную способность точки доступа определяют (a) количество пространственных потоков, (b) ширина полосы пропускания и (c) 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 повече, чем топовите модели на други вендори. Освен това, те могат да поддържат осем пространствени потока с ширина 160 МГц, в сравнение с максимум осем потока по 80 МГц при конкурентите. Накрая, благодарение на технологията Smart Antenna, нашите точки за достъп показват значително по-висока толерантност към интерференция и по-висок ниво на RSSI при прием от клиента.
В края на 2019 година, нашите колеги от Тель-Авив получиха най-високата награда в компанията именно за постигането на показателя «сигнал — шум» (SNR) с чип, поддържащ Wi-Fi 802.11ax, по-висок от този на известен американски производител. Резултатът бе постигнат както чрез използването на нови материали, така и със сложна алгоритмична база, вградена в процесора. Оттук и другите предимства на Wi-Fi 6 «в интерпретация Huawei». В частност, реализиран е механизъм multi-user MIMO, благодарение на който на един потребител могат да се отделят до осем пространствени потока; MU-MIMO е проектиран да използва целия антенен ресурс на точката за достъп при предаване на информация на клиентите. Разбира се, осем потока не могат да бъдат насочени едновременно към смартфон, но за последно поколение лаптоп или индустриален VR комплекс – напълно.
По този начин, с 16 пространствени потока на физическо ниво е възможно да се достигне скорост от 10 Гбит/с на точка. На ниво приложение, ефективността на средата за предаване на данни ще бъде 78–80%, или около 8 Гбит/с. Да уточним, това е валидно в случай на експлоатация на канали с широчина 160 мегахерца. Разбира се, Wi-Fi 6 е проектиран първо и най-важно за масово свързване и ако те са десетки, всяко отделно няма да бъде толкова бързо.
В лабораторни условия многократно сме провеждали тестове с помощта на натоварващата утилита iPerf — и установихме, че две hi-end точки на Huawei от серията AirEngine, използващи осем пространствени потока с широчина 160 МГц всяка, разменят данни на ниво приложение със скорост около 8,37 Гбит/с. Трябва да се направи ремарка: да, фърмуерът им е специален, проектиран да реализира потенциала на оборудването по време на тестовете, обаче фактът остава факт.
Между другото, в Русия Huawei има Joint Validation Lab с обширен парк от Wi-Fi оборудване. По-рано използвахме устройства с M.2 чипове на други производители, а сега демонстрираме производителността на Wi-Fi 6 на собствени телефони, като например P40.
На илюстрациите по-горе се вижда, че в един конструктивен блок, от които в точката за достъп има четири, има също така по четири елемента — общо 16 приемно-предавателни антени, работещи в динамичен режим. Що се отнася до beamforming, благодарение на използването на по-голям брой антени в елемента, успяваме да формираме по-тесен и дълъг лъч и по-надеждно „да водим“ клиента, осигурявайки му подобрено потребителско изживяване.
Със замесването на допълнителни патентовани материали се постигат високи електрически характеристики на самата антена. Оттук и по-нисък процент на загуби на сигнал и много по-добри параметри на отразяване на сигнала.
В нашите лаборатории многократно провеждахме тестове за сравнение на силата на сигнала на точки за достъп на еднакво разстояние. На илюстрацията по-горе се вижда, че на стативите са монтирани две устройства, поддържащи Wi-Fi 6: едното (червено) със смарт антени от Huawei, а другото без тях. Разстоянието от точката до телефона в двата случая е 13 м. При други равни условия - същия честотен диапазон 5 GHz, честота на канала 20 MHz и т.н. - средната разлика в силата на сигнала между устройствата е 3 dBm, а предимството е на страна на устройството от Huawei.
Във втория тест са включени същите точки Wi-Fi 6, същият диапазон 20 MHz и същият диапазон 5 GHz. На разстояние от 13 м не се наблюдава съществена разлика, но веднага щом увеличим дистанцията двойно, показателите се разминават почти с порядък (7 dBm) - в полза на нашия AirEngine.
Използвайки технологии 5G - DynamicTurbo, благодарение на които приоритетизиране на трафика от VIP потребители в безжична среда, ние постигаме услуги, каквито преди не е имало в Wi-Fi средата (например, топ мениджърът на компанията няма да ви пита редовно защо имал такова слабо свързване). Досега те бяха почти изключително притежание на света на кабелните мрежи - или TDM, или IP Hard Pipe, с изолирани MPLS тунели.
Също така, Wi-Fi 6 реализира концепцията за безшевен роуминг. Всичко благодарение на модифицирания механизъм за миграция между точки: първо потребителят се свързва с новата и едва след това се отключва от старата. Тази новост има благотворен ефект върху функционирането в сценарии като телефонни разговори чрез Wi-Fi, телемедицина и автомобилна индустрия, а именно работата на автономни роботи, безпилотници и т.н., за които е критично важно да поддържат постоянно свързване с управляващия център.
В горната видео демонстрация представен съвременен пример за използването на Wi-Fi 6 от Huawei в игрив формат. Кучето в червен комбинезон носи VR-слънчеви очила, свързани с точка AirEngine, която бързо променя своята роля и осигурява минимални забавяния в предаването на информация. Другото куче не е толкова късметлия: аналогичните очила, поставени на него, са свързани с устройство на друг производител (по етични съображения е ясно, че няма да споменем името му), и макар проблемите и забавянията да не са фатални, те пречат на наслагването на виртуалната среда върху реалното пространство в реално време.
Вътре в Китай архитектурата се прилага активно. С решенията й са построени около 600 кампуса, от които добра част отговарят на принципите на HiCampus от начало до край.
Както показва практиката, най-ефективно е прилагането на HiCampus за съвместна работа в офисни пространства, в "умни фабрики" с автономни роботи — AGV, както и на места с голямо струпване на хора. Например, в международното летище в Пекин, където е разгорната мрежа Wi-Fi 6, осигуряваща безжични услуги за пътниците на цялата територия; сред останалото, благодарение на кампусната инфраструктура, летището успя да намали времето за чакане на опашка с 15% и да спести 20% от персонала.
Пълно оптично рязане
Все по-често строим кампуси по нов модел — IP + POL, и не подлежащо на капризите на технологичната мода. Предходният подход, при който, разгръщайки мрежовата инфраструктура в сградата, ние протягахме оптика до етажа, а след това правехме разводка с мед, налагаше сурови ограничения на архитектурата. Достатъчно е да се спомене, че при необходимост от ъпгрейд почти всичките среди на етаж налагаше да се променят. Самият материал, медта, също не е идеален: нито от гледна точка на пропускната способност, нито от гледна точка на жизнения цикъл, нито от гледна точка на бъдещото развитие на средата. Разбира се, медта беше известна на всички и позволяваше бързо и евтино да се създават несложни мрежови решения. В същото време, по отношение на общата стойност на притежанието и на потенциала за ъпгрейд на мрежата, медта през 2020 година изостава от оптиката.
Особено яркото предимство на оптиката става очевидно, когато се изисква дълъг жизнен цикъл на инфраструктурата (и оценка на разходите за нея за дълъг период), както и когато я очаква сериозна еволюция. Например, изисква се непрекъсната работа с 4K камери и 8K телевизори или друга цифрова реклама с висока разделителна способност. В подобни случаи най-разумното решение е да се прилага изцяло оптична мрежа — с използването на оптични комутатори. По-рано малкият брой крайни терминали — оптични мрежови единици (ONU) — беше ограничение за избора на такъв модел за изграждане на кампуса. Сега обаче не само потребителските устройства предвиждат свързване чрез терминали към оптичната мрежа. В същата Wi-Fi точка се поставя предавател и приемник, работещ с POL мрежа, и получаваме безжичен интернет през високоскоростната оптична мрежа.
По този начин, напълно внедряване на Wi-Fi 6 може да се осъществи с минимални усилия: да се настрои IP + POL мрежа, да се свърже Wi-Fi към нея и спокойно да се увеличава производителността. Единствено в случая с Wi-Fi точките е необходимо локално електрическо захранване. В противен случай, нищо не пречи да достигнем до 10 или 50 Гбит/с.
Развързването на напълно оптични мрежи е целесъобразно в най-различни случаи. Например, трудно може да се представи алтернатива в стари сгради с дълги преходи. Ако никога не сте се занимавали с реконструкция на сграда в централна Москва, повярвайте, вие сте късметлия: обикновено всички проходи за кабели в такива сгради са запълнени и за да се организира локалната мрежа адекватно, понякога трябва да се започне от нулата. В случая с POL решение може да се прокара оптичен кабел, да се разпредели с разделители и да се създаде модерна мрежа.
Същото важи и за учебни заведения с корпуси от стара архитектура, хотелски комплекси и огромни сгради, включително летища.
Ръководейки се от принципа "практикувай това, което проповядваш", в организацията на мрежовите среди по модела IP LAN + POL започнахме от себе си. Изграденният преди година и половина огромен кампус на Huawei на брега на езерото Суншань (Китай), с обща площ над 1,4 милиона кв. м, е един от първите примери за реализация на архитектурата HiCampus; неговите сгради, между другото, имитират известни европейски архитектурни паметници. Вътре обаче всичко е модерно, колкото е възможно.
От централната сграда оптичните линии се разпределят към съседните, 'подлежащи' кампуси, където, от своя страна, също се разпростират по етажите и т.н. Точките за достъп Wi-Fi 6, покриващи цялата територия, са свързани точно с оптиката.
В кампуса е реализиран цял спектър от услуги, които изискват стабилна висока скорост на свързване, включително видеонаблюдение с помощта на камери с висока резолюция. Те обаче служат не само за видеонаблюдение. На входа на кампуса цифровата платформа чрез тези камери идентифицира служителя по лицето, след което той прикрепя своя RFID-бадж към пропускния терминал, и едва след успешна автентикация по двама критерия му се отварят вратите и се предоставя достъп до безжичната мрежа и цифровите услуги на кампуса; не е възможно да се влезе с чужд бадж. Освен това на цялата територия на комплекса са налични VDI услуги (облачен десктоп), система за видеоконференции и много други услуги, свързани с Wi-Fi 6 с оптично свързване.
Използването на напълно оптични решения спестява много пространство и за тяхното обслужване е необходимо значително по-малко хора. Така, според нашата статистика, инвестициите в инфраструктурата благодарение на оптичния слой намаляват средно с 40%.
Напълно интелигентен слой
Поставена над физическите решения, свързани с оптичната и безжичната среда за предаване на данни, в HiCampus активно е ангажирана интелигентната платформа Horizon, която служи на целите на цифровата трансформация и позволява да се извлече повече полза от инфраструктурата.
За задачите, свързани със самата инфраструктура, се използва управляващ слой на платформата .
Първоначалното предназначение е да използва технологии за машинно обучение за мониторинг на мрежата. В частност, ML алгоритмите позволиха да се реализира модулът CampusInsight O&M 1-3-5 в iMaster NCE: информацията за грешка идва за минута, три минути се отнемат за нейното обработване, а за пет минути тя се отстранява (повече информация може да се намери в нашата статия «»). По този начин се коригират приблизително 75–90% от възникващите грешки.
Втората задача е по-интелигентна — да интегрира различни услуги, свързани с „умния кампус“ (същият този мониторинг на мрежата, видеонаблюдение и др.).
Когато в мрежовата инфраструктура има няколко десетки точки за достъп и няколко контролера, нищо не пречи да се събира трафикът от тях и да се анализира ръчно с Wireshark. Но когато точките са хиляди, контролерите десетки, а всичко е разположено на голяма територия, откритията за неизправности стават многократно по-трудни. За да улесним задачата, разработихме решението iMaster NCE CampusInsight (имаме отделен ). С него, натрупвайки информация от устройствата — пакети на ниво Layer-1 / Layer-4, — можем бързо да открием неизправности в мрежовата среда.
Процесът изглежда по следния начин. Платформата, например, показва, че потребителят има проблеми с радиоаутентификацията. Провежда анализ и указва на кой етап е възникнала проблемът. И ако той е свързан със средата, платформата ще ни предложи да решим проблема (в интерфейса се появява бутон Resolve). Във видеото по-долу е показано как в системата постъпва уведомление за отхвърлен RADIUS: най-вероятно потребителят е въвел неправилна парола или паролата е била променена. По този начин, без истерични опити да разберем какво е станало, успяваме да спестим много време, като всички данни се съхраняват и историята на всяка колизия е лесно за изучаване.
Разпространена история: при вас идва собственик на компания или CTO и се оплаква, че някаква важна персона вчера не е успяла да се свърже с безжичната мрежа. Трябва да се реши въпросът. Може да се окаже заплаха за загуба на тримесечна премия. В обикновена ситуация не може да се отстрани проблемът, без да се намери именно този VIP-потребител. А какво, ако това е някой топ мениджър или заместник-министър, с когото е трудно да се срещнете, още повече да му поискате смартфона, за да разберете в какво е проблема? За да се избегнат подобни ситуации, помага продуктът на Huawei, който използва нашия дистрибутив на големи данни FusionInsight, който съхранява всичкото натрупано количество знания за случващото се в мрежата, благодарение на което може да се стигне до източниците на всяка неизправност чрез ретроспективен анализ.
Устройствата и тяхната свързаност са важни. Но за да се изгради наистина «умен» кампус, необходима е софтуерна надстройка.
На първо място, в HiCampus над физическия слой стои облачна платформа. Тя може да бъде в частен, публичен или хибриден вариант. Върху нея се наслояват услуги за работа с данни. Цялата тази съвкупност от софтуер е цифрова платформа. Концептуално, тя се основава на принципите Relationship, Open, Multi-Ecosystem, Any-Connect — накратко ROMA (за тях и за платформата като цяло ще има отделен уебинар и пост след него). Осигурявайки връзка между компонентите на средата, Horizon я прави по-цялостна, което по-късно се потвърдява както в бизнес показателите, така и в удобството на потребителите.
В същото време, интелигентният център за управление на Huawei IOC (Intelligent Operation Center) е призван да следи за «здравето» на кампуса, енергийната ефективност и защитеност, а най-важното, дава обща картина за това, което става на кампуса. Да кажем, благодарение на ясна схема на визуализация (вижте ) ще бъде видно, че камерата е реагирала на някакъв тревожен фактор и можете веднага да получите картинка от нея. Ако внезапно е възникнало запалване, чрез RFID-сензорите лесно можете да проверите дали всички хора са напуснали помещението.
Благодарение на това, че към точките за достъп на Huawei могат да се свързват допълнителни модули, работещи с RFID, ZigBee или Bluetooth, не е трудно да се създаде среда, която активно наблюдава ситуацията в кампуса и сигнализира за различни проблеми. Освен това, с помощта на IOC е удобно да се извършва инвентаризация на активите в реално време, а като цяло работата с кампуса като интелигентна единица открива множество възможности.
Разбира се, отделни доставчици на пазара могат да предложат част от решенията, сходни с тези в HiCampus, например напълно оптичен достъп. Въпреки това, никой няма цялостна архитектура, чийто основни предимства се опитахме да изложим в статията.
На края, добавяме, че можете да научите повече за нашите решения за интелигентен кампус, а дори и да опитате някои от тях, на сайта на нашия проект. .
***
И не забравяйте за нашите многобройни уебинари, провеждани не само в рускоговорящия сегмент, но и на глобално ниво. Списъкът с уебинари за следващите седмици е наличен на .
Източник: habr.com
