Představujeme vám stručný přehled nové architektury Huawei — HiCampus, která je založena na plně bezdrátovém přístupu pro uživatele, IP + POL a inteligentní platformě nad fyzickou infrastrukturou.
Na začátku roku 2020 jsme představili dvě nové architektury, které byly dříve používány výhradně v Číně. O HiDC, zaměřené především na implementaci infrastruktury datových center, již na jaře vyšel článek na Habr. Nyní se však podívejme na HiCampus — architekturu širšího zaměření.
Proč je HiCampus potřebný
Davy událostí, které pandemie a její následky vyvolaly, přiměly mnohé rychleji pochopit, že kampusy jsou základem nového inteligentního světa. Pod souhrnným pojmem „kampus“ se spojují nejen kancelářské prostory, ale také výzkumné ústavy, laboratoře, univerzity spolu se studentskými městy a dalšími.
Pouze v Rusku mělo Huawei ke střednímu roku 2020 přes tisíc vývojářů. Navíc za dva až tři roky jich bude přibližně pětkrát více. A ti se právě nacházejí v kampusech, kde musíme zajistit bezproblémový servis na požádání, aniž bychom je nechávali čekat.
Pro koncového uživatele je HiCampus doopravdy v první řadě pohodlnějším pracovním prostředím než dříve. Podnikům také pomáhá zvyšovat efektivitu výroby a usnadňuje jim provoz.
Mezitím na kampusech přibývá uživatelů a ti mají stále více zařízení. Naštěstí ještě není každá bunda vybavena Wi-Fi modulem: „chytré oblečení“ je stále ještě raritou, přesto není vyloučeno, že brzy se stane běžnou záležitostí. V důsledku toho bez radikálních technologických transformací klesá kvalita služeb v síti. Není divu: spotřeba dat se zvyšuje, roste spotřeba energie a nové služby vyžadují stále více různých zdrojů. Mezitím podnikatelé a představenstva, často povzbuzeni tempem digitální transformace kolem nich, včetně konkurence, hledají nové možnosti – rychle a za rozumnou cenu („Cože, nemáme v kanceláři video dohled s rozpoznáváním tváře? Proč?!“). Kromě toho se dnes od síťové infrastruktury očekává synergický efekt: rozšiřovat síť jen pro samotnou síť už není zvykem a ani není v duchu doby.
Tyto problémy má vyřešit HiCampus. Ten má tři úrovně, z nichž každá přináší své výhody do architektury. Uveďme je podle pořadí od nejnižší po nejvyšší:
- úplně bezdrátový;
- úplně optický;
- inteligentní.
Úplně bezdrátová úroveň
Základem úplně bezdrátové úrovně je produktové řešení Huawei na bázi Wi-Fi šesté generace. V porovnání s Wi-Fi 5 umožňuje čtyřnásobně zvýšit počet současně připojených uživatelů a zbavit obyvatele kampusu potřeby se k síti připojovat kabelem kdekoli.
Nová produktová řada AirEngine, na které je postavena bezdrátová prostředí HiCampus, zahrnuje přístupové body (AP) pro nejrůznější scénáře: chcete pro průmyslové použití s IoT, chcete pro venkovní použití. Design, rozměry a upevňovací metody zařízení umožňují také všechny myslitelné variace použití.
Novinkám v oblasti WLAN, například zvýšenému počtu antén na příjmu (nyní jich je 16), vděčíme našemu vývojovému centru v Tel Avivu: naši kolegové tam přinesli do Wi-Fi 6 mnoho ze svých předchozích zkušeností s vylepšováním sítí WiMAX a 5G, díky čemuž se jim podařilo výrazně optimalizovat latenci a propustnost přístupových bodů AirEngine. Výsledkem je, že dokážeme zajistit propustnost minimálně na určené úrovni každému zákazníkovi: fráze „100 Mbit/s všude“ v našem případě není prázdný zvuk.
Jak se to podařilo? Zde se na chvíli obrátíme k teorii. Podle Shannonovy teorie je propustnost přístupového bodu určována (a) počtem prostorových toků, (b) šířkou pásma a (c) poměrem „signál – šum“. U modifikací Huawei oproti předchozím produktům došlo ke změnám ve všech třech bodech. Naši přístupové body jsou schopny vytvářet až 12 prostorových toků – o 50 % více než špičkové modely ostatních výrobců. Kromě toho mohou podporovat osm prostorových toků při šířce 160 MHz, zatímco konkurence dosahuje maximálně osmi toků při 80 MHz. Nakonec díky technologii Smart Antenna naše přístupové body vykazují výrazně větší toleranci vůči interferenci a vyšší úroveň RSSI při příjmu u zákazníka.
Na konci roku 2019 naši kolegové z Tel Avivu získali nejvyšší ocenění uvnitř společnosti přesně za to, že se jim podařilo na čipu podporujícím Wi-Fi 802.11ax dosáhnout hodnoty „signál – šum“ (SNR) vyšší než u jiného známého amerického výrobce. Tento výsledek byl dosažen jak využitím nových materiálů, tak díky zdokonalené algoritmické bázi integrované do procesoru. Odtud vyplývají i další výhody Wi-Fi 6 „v interpretaci Huawei“. Zejména byl realizován mechanismus multi-user MIMO, díky němuž může být jednomu uživateli přiděleno až osm prostorových toků; MU-MIMO je navrženo tak, aby využilo veškeré anténní zdroje přístupového bodu pro přenos informací zákazníkům. Samozřejmě, že osm toků najednou nebude přiděleno například nějakému smartphonu, avšak pro notebook poslední generace nebo VR komplex průmyslového určení je to zcela adekvátní.
Takže s 16 prostorovými toky na fyzické úrovni je možné dosáhnout limitu 10 Gb/s na bod. Na úrovni aplikačního provozu bude efektivita přenosového média 78–80 %, což odpovídá přibližně 8 Gb/s. Upřesníme, že to platí v případě užívání 160 MHz kanálů. Samozřejmě, Wi-Fi 6 je primárně navrženo pro masová připojení, a pokud jich je desítky, pak každé jednotlivé nebude tak rychlé.
V laboratorních podmínkách jsme několikrát prováděli testy pomocí zátěžové utilitiy iPerf — a zaznamenávali jsme, že dvě hi-end přístupové body Huawei z řady AirEngine, využívající osm prostorových toků o šířce 160 MHz každý, si vyměňují data na úrovni aplikací rychlostí kolem 8,37 Gb/s. Je třeba poznamenat: ano, mají speciální firmware, který je navržen tak, aby odhalil potenciál hardware při testech, nicméně fakt zůstává faktem.
Mimochodem, Huawei má v Rusku Joint Validation Lab s rozsáhlým parkem Wi-Fi vybavení. Dříve jsme v něm používali zařízení s M.2 čipy od jiných výrobců, nyní však ukazujeme výkon Wi-Fi 6 na telefonech vyráběných společností, například P40.
Na výše uvedených ilustracích je vidět, že v jednotném konstrukčním bloku, kterých je v přístupovém bodě čtyři, je také čtyři prvky — celkem 16 přijímacích a vysílacích antén, které fungují v dynamickém režimu. Co se týče beamformingu, díky použití většího počtu antén na prvku je možné formovat užší a delší paprsek a spolehlivěji "vést" klienta, čímž se zlepšuje jeho uživatelská zkušenost.
Díky použití dalších patentovaných materiálů dosahují vysokých elektrických parametrů samotné antény. Odtud i nižší procento ztrát signálu a značně výhodnější parametry odrazu signálu.
Ve svých laboratořích jsme mnohokrát prováděli testy srovnání síly signálu přístupových bodů na stejnou vzdálenost pokrytí. Na obrázku výše je vidět, že na trojnožkách jsou umístěny dva AP, podporující Wi-Fi 6: jeden (červený) se smart anténami od Huawei, druhý bez nich. Vzdálenost od bodu k telefonu v obou případech je 13 m. Při dalších shodných parametrech — stejný frekvenční pásmo 5 GHz, frekvence kanálu 20 MHz atd. — je průměrný rozdíl v síle signálu mezi zařízeními přibližně 3 dBm, a výhoda je na straně bodu Huawei.
Ve druhém testu byly použity stejné přístupové body Wi-Fi 6, stejné pásmo 20 MHz a stejný řez 5 GHz. Vzdálenosti 13 m nebylo pozorováno žádné významné rozdíly, ale jakmile vzdálenost zdvojnásobíme, naměřené hodnoty se téměř řádově liší (7 dBm) — ve prospěch našeho AirEngine.
Použitím technologií 5G — DynamicTurbo, díky nimž je na základě bezdrátového prostředí prioritizován provoz od VIP uživatelů, dosahujeme služby, jakou bylo dříve ve Wi-Fi prostředí nemožné dosáhnout (například vrcholový manažer společnosti se vás nebude pravidelně ptát, proč má tak slabé připojení). Dosud byly téměř výlučně výsadou světa drátových sítí — buď TDM, nebo IP Hard Pipe, se vyčleněním MPLS tunelů.
Také Wi-Fi 6 uvádí do praxe koncept bezproblémového roamingu. To vše díky tomu, že byl modifikován mechanismus migrace mezi body: nejprve se uživatel připojí k novému a teprve potom se odpojuje od starého. Tato novinka má pozitivní vliv na fungování v takových scénářích, jako je telefonování přes Wi-Fi, telemedicína a automobilový průmysl, tedy práce autonomních robotů, bezpilotních letadel atd., pro které je kriticky důležité udržet nepřerušené spojení s řídicím centrem.
Ve zmiňovaném krátkém videu je hráčskou formou odrazem zcela moderní případ použití Wi-Fi 6 od společnosti Huawei. Psovi v červeném overalovi jsou VR brýle 'připojeny' k bodu AirEngine, který se rychle přepíná a zajišťuje minimální prodlevy při přenosu informací. Druhému psovi se dařilo hůř: analogické brýle, nasazené na jeho hlavu, jsou připojeny k terminálu jiného dodavatele (ze etických důvodů ho samozřejmě nebudeme jmenovat), a ačkoliv přerušení a zpoždění nejsou fatální, narušují překrývání virtuálního prostředí s reálným prostorem v reálném čase.
Uvnitř Číny se architektura využívá naplno. S použitím jejích řešení bylo postaveno přibližně 600 kampusů, z nichž dobrá polovina odpovídá principům HiCampus od začátku do konce.
Jak ukazuje praxe, nejefektivnější použití HiCampus je pro společnou práci v kancelářských prostorách, na 'chytrých fabríkách' s pohyblivými autonomními roboty — AGV, stejně jako na místech s masovým shromažďováním lidí. Například na mezinárodním letišti v Pekingu, kde byla rozvinuta síť Wi-Fi 6, která zajišťuje bezdrátové služby pro cestující po celém areálu; mimo jiné díky kampusové infrastruktuře se letišti podařilo zkrátit čekací dobu ve frontě o 15 % a ušetřit 20 % na personálu.
Úplně optický řez
Čím dál častěji stavíme kampusy podle nového modelu — IP + POL, a to i bez ohledu na rozmary technologické módy. Dříve převažující přístup, kdy jsme při rozšiřování síťové infrastruktury v budově vedli optiku až na patro a pak dělali rozvod měděmi, kladl na architekturu přísná omezení. Stačí to, že v případě potřeby upgradu bylo nutné měnit prakticky celé prostředí na úrovni patra. Samotný materiál, měď, také není ideální: jak z hlediska propustnosti, tak z hlediska životnosti a z hlediska dalšího rozvoje prostředí. Samozřejmě, měď byla všem srozumitelná a umožnila rychlé a levné vytváření jednoduchých síťových řešení. Avšak z pohledu celkových nákladů na vlastnictví a potenciálu pro upgrade sítě měď v roce 2020 za optikou zaostává.
Odstupné optiky se zvlášť vyjasňuje, když je třeba zohlednit dlouhou životnost infrastruktury (a vyhodnotit náklady na ni na delší dobu), a také když čeká vážná evoluce. Například je potřeba, aby v prostředí stále fungovaly 4K kamery a 8K televizory, nebo jiná digitální reklama s vysokým rozlišením. V takových situacích bude nejrozumnějším řešením použití zcela optické sítě — s využitím optických přepínačů. Dříve byl rozhodujícím faktorem při volbě tohoto modelu výstavby kampusu malý počet koncových terminálů — optických síťových jednotek (ONU). V současné době však nejen uživatelské stroje počítají s možností připojení přes terminály k optické síti. Do stejného Wi-Fi bodu se vkládá přijímač, který pracuje s POL sítí, a získáváme bezdrátovou službu přes vysoce rychlou optickou síť.
Takže plně implementovat Wi-Fi 6 lze s malými náklady: nastavit IP + POL síť, připojit k ní Wi-Fi a bezstarostně zvyšovat výkon. Jediné, co je třeba se u Wi-Fi bodů, je místní napájení. Jinak nic nebrání tomu, abychom síť dotáhli na 10 nebo 50 Gb/s.
Nasazení zcela optických sítí je smysluplné v nejrůznějších případech. Například je obtížné si představit alternativu ve starých budovách s dlouhými chodbami. Pokud jste se nikdy nezabývali rekonstrukcí budovy v centru Moskvy, věřte, že máte velké štěstí: obvykle jsou všechny průchody pro kabely v takových stavbách zaplněné, a abychom rozumně zorganizovali místní síť, někdy musíme všechno dělat od základů. V případě POL řešení lze položit optický kabel, rozvětvit ho splitterem a vytvořit moderní síť.
Totéž platí pro vzdělávací instituce se starou architekturou, hotelové komplexy a obrovské budovy, včetně letišť.
Podle zásady practice what you preach jsme začali u sebe při organizaci síťového prostředí podle modelu IP LAN + POL. Obrovský kampus Huawei u jezera Sunshan (Čína), dokončený před jeden a půl rokem a s celkovou plochou více než 1,4 milionu m², je jedním z prvních případů realizace architektury HiCampus; jeho budovy, mimochodem, imitují známé památky evropské architektury. Uvnitř je však všechno co nejmodernější.
Z centrální budovy se optické linky rozprostírají do sousedních, 'podle příslušnosti' kampusů, kde se rovněž rozvádějí po patrech atd. Body přístupu Wi-Fi 6, pokrývající celé území, jsou tedy 'napojeny' na optiku.
Na kampusu je realizováno celé spektrum služeb, které vyžadují stabilní vysokorychlostní připojení, včetně video dohledu pomocí kamer s vysokým rozlišením. Ty slouží mimochodem nejen pro video dohled. Na vstupu do kampusu digitální platforma identifikuje zaměstnance podle obličeje prostřednictvím těchto kamer, poté přiloží svůj RFID odznak k přístupovému terminálu, a teprve po úspěšné autentizaci podle dvou kritérií se mu otevřou dveře a bude mu poskytnut přístup k bezdrátové síti a digitálním službám kampusu; projít dovnitř s cizím odznakem nebude možné. Kromě toho je na celém území komplexu k dispozici VDI služba (cloud desktop), systém konferenčního spojení a mnoho dalších služeb, které jsou navázány na Wi-Fi 6 s optickým připojením.
Použití plně síťových optických řešení mimo jiné šetří spoustu místa a na jejich údržbu je potřeba daleko méně lidí. Podle našich statistik se tak průměrně investice do infrastruktury díky optické vrstvě snižují o 40 %.
Úplně inteligentní řešení
Nad fyzickými řešeními spojenými s optickým a bezdrátovým prostředím přenosu dat je v HiCampus úzce zapojena inteligentní platforma Horizon, která slouží účelům digitální transformace a umožňuje vytěžit z infrastruktury více užitku.
Pro úkoly spojené se samotnou infrastrukturou se používá řídící vrstva na platformě .
Její první účel je využít technologie strojového učení pro monitorování sítě. Konkrétně algoritmy ML umožnily implementaci modulu CampusInsight O&M 1-3-5 v iMaster NCE: během jedné minuty přicházejí zprávy o chybách, tři minuty se věnují jejich zpracování a během pěti minut jsou odstraněny (podrobněji viz náš článek „“). Takto se opravuje zhruba 75–90 % vzniklých chyb.
Druhý úkol je více inteligentní – integrovat různé služby spojené s „inteligentním kampusem“ (stejné monitorování sítě, videodohled atd.).
Když má síťová infrastruktura několik desítek přístupových bodů a pár kontrolérů, nic nebrání v tom, abychom z nich stáhli provoz a analyzovali ho ručně pomocí Wireshark. Ale když je bodů tisíc, kontrolérů desítky a to celé je rozptýleno na velkém území, hledání chyb se stává mnohem obtížnějším. Abyste úkol usnadnili, vyvinuli jsme řešení iMaster NCE CampusInsight (k tomu jsme měli samostatný ). S jeho pomocí, shromážděním informací z zařízení – paketů na úrovni Layer-1 / Layer-4 – lze operativně nalézt závady v síťovém prostředí.
Proces vypadá následovně. Platforma například ukazuje, že uživateli nefunguje rádioautentizace. Provádí analýzu a ukazuje, na jakém kroku došlo k problému. A pokud to souvisí s prostředím, platforma nám navrhne řešení problému (v rozhraní se objeví tlačítko Řešit). V následujícím videu je ukázáno, jak v systému přichází upozornění, že došlo k odmítnutí RADIUS: pravděpodobně buď uživatel zadal nesprávné heslo, nebo se heslo změnilo. Takto je možné bez zoufalých pokusů zjistit, v čem je problém, ušetřit spoustu času, protože všechny údaje jsou uchovávány a historii dané kolize lze snadno prostudovat.
Běžný příběh: přistoupí k vám majitel firmy nebo CTO a stěžuje si, že nějaká důležitá osoba se včera ve vaší kanceláři nedokázala připojit k bezdrátové síti. Je třeba problém vyřešit. Možná je v sázce čtvrtletní bonus. V normální situaci nelze problém odstranit, aniž byste našli toho VIP uživatele. A co když jde o nějakého vrcholového manažera nebo náměstka ministra, s nímž je náročné se setkat, natož požádat ho o chytrý telefon, abyste problém vyřešili? Zabránit podobným situacím pomáhá produkt Huawei, který využívá náš datový distribuční systém FusionInsight, který uchovává veškeré nahromaděné znalosti o tom, co se v síti dělo, a díky tomu lze dojít k příčinám jakékoli závady pomocí retrospectivní analýzy.
Zařízení a jejich propojení jsou důležité. Ale abyste vytvořili skutečně "inteligentní" kampus, je zapotřebí softwarová nadstavba.
Především v HiCampus je nad fyzickou vrstvou nasazena cloudová platforma. Ta může mít privátní, veřejnou nebo hybridní podobu. Na ni se navrstvují služby pro práci s daty. Tato souhrn softwaru tvoří digitální platformu. Z konceptuálního hlediska se opírá o principy Relationship, Open, Multi-Ecosystem, Any-Connect — zkráceně ROMA (o nich a o platformě jako celku se bude konat také samostatný webinář a příspěvek po jeho skončení). Zajištěním spojení mezi komponenty prostředí činí Horizon tuto platformu soudržnější, což se dále potvrzuje jak v obchodních výsledcích, tak v komfortu uživatelů.
Intelligent Operation Center společnosti Huawei (IOC) má na starosti sledování "zdraví" kampusu, energetické efektivnosti a zabezpečení a především poskytuje celkový přehled o tom, co se na kampusu děje. Řekněme, že díky názornému vizualizačnímu schématu (viz. ) bude patrné, že kamera zaznamenala nějaký alarmující faktor a můžete okamžitě získat záznam z ní. Pokud dojde k požáru, díky RFID senzorům lze snadno zkontrolovat, zda všichni lidé opustili místnost.
Díky možnosti připojení dalších modulů k přístupovým bodům Huawei, které fungují na bázi RFID, ZigBee nebo Bluetooth, není obtížné vytvořit prostředí, které citlivě monitoruje situaci na kampusu a signalizuje různé problémy. Navíc pomocí IOC je pohodlné provádět inventarizaci aktiv v reálném čase a celkově práce s kampusem jako s inteligentní jednotkou otevírá řadu možností.
Samozřejmě, jednotliví dodavatelé na trhu mohou nabízet některá řešení, podobná těm, které jsou zahrnuty v HiCampus, například kompletní optický přístup. Nicméně nikdo nemá k dispozici celistvou architekturu, jejíž hlavní výhody jsme se snažili odhalit v tomto příspěvku.
Na závěr dodáváme, že se dozvědět více o našich řešeních pro smart campus, a některá si dokonce vyzkoušet, můžete na webu našeho projektu. .
***
A nezapomeňte na naše četné webináře, které se konají nejen v rusky mluvící sféře, ale také na globální úrovni. Seznam webinářů na nadcházející týdny je k dispozici na .
Zdroj: habr.com
