Kuidas HiCampus'i arhitektuur lihtsustab kampusete võrgu lahenduste korraldamist

Pakume teie tähelepanu lühikest ülevaadet Huawei uuest arhitektuurist — HiCampus, mille aluseks on täielikult traadita juurdepääs kasutajatele, IP + POL ja intelligentne platvorm füüsilise infrastruktuuri kohal.

2020. aasta alguses esitlesime kahte uut arhitektuuri, mida varem kasutati ainult Hiinas. HiDC-st, mis on esmalt mõeldud andmekeskuste infrastruktuuri väljatöötamiseks, on juba kevadel Habr's kirjutatud. postitusNüüd vaatleme üldiselt HiCampus't — laiemat profiiliga arhitektuuri.

Miks on HiCampus vajalik

Sündmuste torm, mis kaasnes pandeemia ja selle vastaste meetmetega, on tahtmatult sundinud paljusid kiiremini mõistma, et ülikoolid on uue intellektuaalse maailma alus. Üksik sõna „ülikool” hõlmab mitte ainult kontoripiirkondi, vaid ka teadusinstituute, laboreid, ülikoole koos üliõpilaskülad ja mitte ainult.

Venemaal on Huawei-l 2020. aasta keskpaiku üle tuhande arendaja. Rääkimata sellest, et kahe-kolme aasta pärast on neid umbes viis korda rohkem. Nad on keskendunud just ülikoolidesse, kus peame neile tagama sujuva teenuse vastavalt nõudlusele, ilma et nad peaksid ootama.

Sisuliselt on HiCampus lõppkasutaja jaoks tõeliselt mugavam töökeskkond kui kunagi varem. Äri jaoks aitab see suurendada tootmisefektiivsust, lisaks on selle kasutamine lihtsam.

Samasjuures suureneb üha rohkemal arvul kasutajaid ülikoolides, millel on järjest rohkem seadmeid. On hea, et igal jakil pole veel Wi-Fi moodulit: "nutikad riided" on veel haruldus, kuid pole välistatud, et peagi jõuab see laiemasse kasutusse. Selle tulemusena langeb võrgu teenuse kvaliteet ilma radikaalsete tehnoloogiliste muudatusteta. Pole midagi üllatavat: andmete tarbimine suureneb, energia tarbimine kasvab ja uued teenused nõuavad aina rohkem erinevaid ressursse. Samas soovivad ärijuhid ja juhatused, sageli inspireerituna digitaalsete ümberkujunduste tempodest, mis toimuvad nende ümber, sealhulgas konkurentide seas, uusi võimalusi — kiiresti ja odavalt ("Kuidas, meil kontoris pole videovalve süsteemi näotuvastusega? Miks?!"). Lisaks ootab tänapäeva võrgu infrastruktuur sünergiaefekti: lihtsalt võrgu rajamine ei ole enam tavaline ja ei ole ka ajakohane.

Need probleemid ongi HiCampus lahendus. Toome esile kolm lõiget, millest igaühel on oma eelised arhitektuuris. Loetleme need allavõtust ülespoole:

• täiesti juhtmevaba;
• täiesti optiline;
• intelligentsed.

Täiesti juhtmevaba lõige

Täiesti juhtmevaba lõike alus on Huawei tootelahendus, mis põhineb kuue aasta Wi-Fi-l. Suhtes Wi-Fi 5-ga võimaldab see neljakordset kasvult kaheksateistkümne samal ajal ühendatud kasutaja arvu ja vabastab ülikooli "elanikud" vajadusest ühendada oma seadmeid võrku "kaabli kaudu".

Uus AirEngine tootesari, millele põhinevad HiCampus juhtmevaba keskkond, sisaldab juurdepääsupunkte (AP) erinevate stsenaariumide jaoks: olgu need siis tööstuslikud rakendused IoT jaoks või välistingimustes kasutamiseks. Seadmete disain, mõõtmed ja kinnitamisviisid võimaldavad kõiki võimalikud kasutusvariandid.

Wi-Fi 6 uuenduste, nagu vastuvõtuanente arvu suurenemine (nüüd on neid 16), eest oleme tänu oma arenduscenterile Tel Avivis: seal töötavad meie kolleegid on toonud Wi-Fi 6-sse palju oma varasemast kogemusest WiMAX-i ja 5G-võrkude parandamisel, mida on kasutatud latentsuse ja AirEngine-süsteemide läbilaskevõime tõhusaks optimeerimiseks. Seetõttu suudame tagada, et iga kliendi jaoks on läbilaskevõime vähemalt määratud tasemel: fraas «100 Mbit/s igal pool» ei ole meie puhul tühi kõlav sõnum.

Kuidas see juhtus? Siin pöördume hetkeks teooria poole. Shannoni teoreemi kohaselt määravad pääsupunkti läbilaskevõime (a) ruumiliste voogude arvu, (b) ribalaiuse ja (c) suhe «signaal - müra». Huawei muudatused võrreldes varasemate toodetega, on tehtud kõigil kolmel punktis. Nii suudavad meie pääsupunktid luua kuni 12 ruumilist voogu — poolteist korda rohkem kui teiste tootjate tipptooted. Lisaks suudavad nad toetada kaheksat 160 MHz laiuses ruumilist voogu, samas kui konkurentide puhul on parimal juhul kaheksa 80 MHz voogu. Lõpuks, tänu Smart Antenna tehnoloogiale demonstreerivad meie pääsupunktid märkimisväärselt suuremat häiretaluvust ja kõrgemat RSSI taset kliendi vastuvõtul.

2019. aasta lõpus said meie Tel Avivi kolleegid ettevõtte kõrgeima auhinna just selle eest, et nad suutsid Wi-Fi 802.11ax toega kiibil saavutada «signaal - müra» (SNR) näitaja, mis oli kõrgem kui teisel tuntud Ameerika tootjal. Tulemus saavutati nii uute materjalide kasutamise kui ka täiustatud algoritmilise aluse abil, mis on protsessorisse sisse ehitatud. Seetõttu on ka teised kasulikud külged Wi-Fi 6 «Huawei tõlgenduses». Eelkõige on rakendatud multi-user MIMO mehhanism, mille abil saab igale kasutajale eraldada kuni kaheksa ruumilist voogu; MU-MIMO on mõeldud selleks, et kaasata kogu pääsupunkti antennivaru teabe edastamisel klientidele. Muidugi ei saada kõik kaheksa voogu korraga näiteks nutitelefoni, vaid täiustatud sülearvuti või tööstusliku VR-kompleksi jaoks вполне.

Seega, füüsilisel tasandil on 16 ruumilise voolu korral võimalik saavutada 10 Gbit/s kiirus punktis. Rakenduste liikluse tasemel andmeside efektiivsus on 78–80%, ehk umbes 8 Gbit/s. Täpsustame, et see on tõsi 160-megahertsiste kanalite kasutamisel. Muidugi, Wi-Fi 6 on mõeldud eelkõige massiliste ühenduste jaoks, ja kui neid on kümneid, ei ole iga eraldi ühendus nii kõrge kiirus.

Laboratoorsetes tingimustes oleme korduvalt teinud teste iPerf koormustööriista abil — ja registreerinud, et kaks hi-end Huawei AirEngine seeria punkti, kasutades igaüks kaheksat 160 MHz laiusega ruumilist voolu, vahetavad andmeid rakenduste tasemel kiirusel umbes 8,37 Gbit/s. Pean tegema märkuse: jah, neil on spetsiaalne püsivara, mis on kavandatud, et avada seadmete potentsiaal katsete käigus, kuid fakt jääb faktiks.

Üksikasjana, Huawei-l on Venemaal tegevus ühise valideerimise laboratooriumiga, kus on ulatuslik Wi-Fi seadmete park. Varem kasutasime seal teiste tootjate M.2-kiipe, nüüd aga näitame Wi-Fi 6 võimekust oma tootmis telefonides, näiteks P40.

Ülaltoodud illustreerimistelt näha, et ühes konstruktiivses plokis, mida on pääsupunktis neli, on ka neli elementi — kokku 16 vastuvõtjat ja saatjat, mis töötavad dünaamilises režiimis. Beamformingu osas võimaldab suure arvu antennide kasutamine elemendi peal luua kitsama ja pikema kiiri ning kindlamalt "juhendada" klienti, pakkudes talle paremat kasutajakogemust.

Täiendavate patenteeritud materjalide kasutamisega saavutatakse antenni enda kõrged elektrilised näitajad. Sealt ka madalam signaalikaotus ja palju eeliseid signaali peegeldusparameetrites.

Meie laborites oleme korduvalt läbi viinud teste, et võrrelda juurdepääsupunktide signaalitugevust samal kattevahemikul. Ülaltoodud pildilt on näha, et statiividel on kaks Wi-Fi 6 tugijaama: üks (punane) nuti-antennide ja teine ilma. Vahemaa punktist telefoni on mõlemas mõttes 13 meetrit. Samade tingimuste juures — sama 5 GHz sagedusala, 20 MHz kanali sagedus jne — on seadmete vahelise signaalitugevuse keskmine erinevus 3 dBm, eelis on Huawei seadme poolel.

Teises testis on samuti kasutusel samad Wi-Fi 6 seadmed, sama 20 MHz sagedusala, sama 5 GHz lõik. 13 meetri kaugusel eristusi praktiliselt ei ole, kuid kui me suurendame vahemaad kahekordseks, on tulemused peaaegu korrapäraselt erinevad (7 dBm) meie AirEngine’i kasuks.

Kasutades 5G tehnoloogiat — DynamicTurbo, mis prioriseerib VIP-kasutajate liiklust traadita keskkonnas, saavutame teenuse, mida Wi-Fi keskkonnas varem ei olnud (näiteks ettevõtte tipptöötaja ei pea teid pidevalt küsima, miks tema ühendus nii nõrk on). Enamasti on need olnud peaaegu ainuüksi juhtmestiku maailma pärusmaa — kas TDM või IP Hard Pipe, koos MPLS-tunnelite eraldamisega.

Wi-Fi 6 viib ellu sujuva rändeteenuse kontseptsiooni. Kõik tänu sellele, et punktide vahel migratsiooni mehhanism on muudetud: esmalt ühendub kasutaja uue punktiga ja alles seejärel lahkub vanast. See uuendus avaldab soodsat mõju toimimisele sellistes stsenaariumides nagu Wi-Fi kaudu telefonimine, telemeditsiin ja autotööstus, sealhulgas autonoomsete robotite, droonide jms töö, mille jaoks on ülitähtis hoida katkematut ühendust juhtimiskeskusega.

Ülaltoodud minirullis on mängulisel kujul kajastatud üsna kaasaegne Wi-Fi 6 rakendusjuhtum Huawei'lt. Punases ülikonnas koeral on VR-prillid ühendatud AirEngine punktiga, mis vahetab kiiresti ja tagab minimaalset viivitust andmete edastamises. Teisel koeral vedas vähem: sarnased prillid, mis on talle pähe pandud, on ühendatud teise teenusepakkuja TDelega (eetikakaalutlustel ei hakka me seda nimetama), ja kuigi katkestused ja viivitused pole fataalsed, takistavad need virtuaalse keskkonna kattumist ümbritseva reaalse ruumiga reaalajas.

Hiinas rakendatakse arhitektuuri täielikult. Selle lahenduste abil on ehitatud umbes 600 ülikooli, millest hea osa vastab HiCampus põhimõtetele algusest lõpuni.

Praktika näitab, et HiCampus on kõige tõhusam koostööks bürooruumides, 'tarkades tehasteades' liikuvate autonoomsete robotitega — AGV, samuti rahvarohketes kohtades. Näiteks Pekingi rahvusvahelises lennujaamas, kus on välja arendatud Wi-Fi 6 võrk, mis pakub lennureisijatele kogu territooriumil traadita teenuseid; muu hulgas on ülikooli infrastruktuuri tõttu õnnestunud lennujaama ooteaega vähendada 15% ja personali kulusid 20%.

Täielikult optiline lõige

Üha sagedamini ehitame ülikoole uue mudeli järgi — IP + POL, ega allu tehnoloogia moekate muutuste kapriisidele. Varem valitsenud lähenemine, kus võrgulahenduste juurutamisel hoone sees tõmbasime optikat korrusele ning seejärel tegime jaotuse vaskkaablitega, seadis arhitektuurile rangeid piiranguid. Üksikka beebi on see, et uuendamise vajadusel tuli vahetada praktiliselt kogu keskkond korruse tasemel. Ka materjal ise, vask, ei ole ideaalne: samuti läbilaskevõime, elutsükli ja keskkonna edasise arengu osas. Loomulikult oli vask kõigile arusaadav ja võimaldas kiiresti ja odavalt luua lihtsaid võrgu lahendusi. Samas, omamiskulude ja võrgu uuendamisvõime potentsiaali osas jääb vask 2020. aastal optikale alla.

Optika eeliste mitmekesisus on eriti ilmne, kui on vajalik pikaajalise infrastruktuuri ellu viimine (ja pikaajaliste kulude hindamine), samuti kui see peab läbima tõsise evolutsiooni. Näiteks on vajalik, et keskkonnas töötaks pidevalt 4K kaamerad ja 8K televiisorid või muu kõrgeresolutsiooniline digitaalne teave. Sellistes olukordades on ratsionaalseim lahendus täielikult optilise võrgu kasutamine — optiliste lülitite abil. Varem oli piirav tegur sellise kampuse ehitusmudeli valimisel piiratud lõppjaamade arvu tõttu — optilised võrguseadmed (ONU). Praegu ei eelda mitte ainult kasutajamasinad võimalust kaablite kaudu optilise võrguga ühendada. Kõnesse Wi-Fi punkti paigaldatakse POL-võrguga töötav vastuvõtja, ja me saame kiire optilise võrgu kaudu traadita teenuse.

Seega on Wi-Fi 6 täielik rakendamine võimalik väikese vaevaga: luues IP + POL-võrgu, ühendades Wi-Fi selle külge ja rahulikult suurendades jõudlust. Ainus erand on see, et Wi-Fi punktide puhul on vajalik kohaliku elektrivarustuse tagamine. Kõige muuga võib meil olla võrgu kiirus 10 või 50 Gbit/s.

Täielikult optiliste võrkude rajamine on otstarbekas väga erinevates olukordades. Näiteks on vanades hoonetes, kus on pikad vahed, raske mõelda alternatiividele. Kui te pole kunagi teinud hoone ümberehitust Moskva kesklinnas, siis uskuge, teil on tõeliselt vedanud: tavaliselt on kõik kaablite läbipääsud sellistes ehitistes ummistunud, ning et korraldada kohalikku võrku korralikult, tuleb tihti kõik alustada nullist. POL-lahenduse puhul on võimalik vedada optiline kaabel, jagada seda ja luua kaasaegne võrk.

Sama kehtib vanade arhitektuuriga haridusasutuste, hotellide ja suurte hoonete, sealhulgas lennujaamade kohta.

Juhindudes põhimõttest "kui sa räägid, siis tee ka" oleme IP LAN + POL mudeli raames virtuaalsete keskkondade loomisel alustanud iseendast. Kaks aastat tagasi valminud suur Huawei kampus Sunshani järve ääres (Hiina), mille kogupindala on üle 1,4 miljoni ruutmeetri, on üks esimesi HiCampus arhitektuuri rakendamise näiteid; hooned kujutavad endas tuntud Euroopa arhitektuuri mälestisi. Siseruumides on aga kõik kaasaegne, kuivõrd see on võimalik.

Keskhoonest eemalduvad optilised liinid naaberkampustesse, mis omakorda jagunevad korruste vahel jne. Wi-Fi 6 ligipääsupunktid, mis katavad kogu territooriumi, toimivad vastavalt optika kaudu.

Kampuses on rakendatud kogu hulk teenuseid, mis nõuavad stabiilset kõrge kiirusel ühendust, sealhulgas kõrge resolutsiooniga kaamerate kaudu videovalve. Need ei teeninda aga ainult videovalvet. Kampuse sissepääsu juures digitaalne platvorm SmartCampus tuvastab töötaja näo kaudu nende samade kaamerate abil, seejärel jätab ta oma RFID-kaardi sissepääsuterminali, ja alles pärast kahele kriteeriumile vastavat autentimist avatakse talle uksed ja antakse ligipääs juhtmevabale võrgule ja kampuse digitaalsetele teenustele, ei õnnestu teiste kaardiga sisse pääseda. Lisaks on kogu kompleksis saadaval VDI-teenus (pilvetöölaud), konverentsivahendussüsteem ja palju muid teenuseid, mis on seotud Wi-Fi 6 ja optilise ühenduse kaudu.

Täielikult võrgustatud optiliste lahenduste kasutamine säästab lisaks kõikvõimalikele eelistustele tohutult ruumi ning nende hooldamiseks on vaja oluliselt vähem inimesi. Seega, meie statistika kohaselt vähenevad investeeringud infrastruktuuri optilise kihi tõttu keskmiselt 40%.

Täielikult intelligentne lõige

Füüsiliste lahenduste, mis on seotud optilise ja juhtmevaba andmeedastuse keskkonnaga, kohal HiCampus’is on tihedalt rakendatud intelligentne platvorm Horizon, mis teenib digitaalset transformatsiooni ja võimaldab infrastruktuurist rohkem kasu saada.

Infrastruktuuri seotud ülesannete jaoks kasutatakse juhtimisplatvormi alluvat kihti iMaster NCE-Campus.

Tema peamine eesmärk on kasutada masinõpet võrgu jälgimiseks. Eriti võimaldasid ML-algoritmid ellu viia iMaster NCE mooduli CampusInsight O&M 1-3-5: veateated saadakse ühe minutiga, nende töötlemiseks kulub kolm minutit ja viie minutiga kõrvaldatakse probleem (lisainfot leiate meie artiklist "Huawei Enterprise võrgu tooted ja lahendused ettevõtetele 2020. aastal"). Nii kõrvaldatakse 75–90% tekkivatest vigadest.

Teine ülesanne on keerukam — erinevate teenuste integreerimine, mis on seotud "nutika ülikooliga" (näiteks võrgu kontroll, videovalve jne).

Kui võrgu infrastruktuuris on mitu tosinat juurdepääsupunkti ja mõned kontrollerid, ei takista miski nende liikluse käsitsi salvestamist ja analüüsimist Wiresharkiga. Kuid kui punkte on tuhandeid, kontrollerid kümneid ja kogu varustus on suures piirkonnas hajutatud, muutub rikkeotsimine oluliselt keerulisemaks. Probleemi lihtsustamiseks oleme välja töötanud lahenduse iMaster NCE CampusInsight (mille kohta on meil eraldi veebinar). Selle abil on võimalik seadmetest teavet koguda — Layer-1 / Layer-4 pakette — ja kiiresti leida rikkeid võrgu keskkonnas.

Protsess näeb välja selline. Platvorm, oletame, näitab meile, et kasutajal on probleeme raadio_authentikatsiooniga. See analüüsib olukorda ja näitab, millisel sammul probleem tekkis. Kui probleem on seotud keskkonnaga, pakub platvorm meile lahendust (liidesesse ilmub nupp Resolve). Allolevas videos näete, kuidas süsteemile tuleb teade RADIUS reject’ist: tõenäoliselt on kasutaja valesti parooli sisestanud või parool on muutunud. Seega on võimalik, ilma paanika ja jätkuvate katseteta selgusele jõuda, säästa hulgaliselt aega, kuna kõik andmed salvestatakse ja igasuguste konfliktide eelmisi ajalugu on lihtne uurida.

Levinud lugu: teie juurde tuleb ettevõtte omanik või CTO ja kurdab, et mõni tähtis isik ei suutnud eile teie kontoris traadita võrku ühendada. Tuleb probleem lahendada. Võib-olla on kvartali preemia kadumise oht. Tavalises olukorras ei saa probleemi lahendada, ilma et leiate selle VIP-kasutaja. Aga mis siis, kui tegemist on mõne ülemjuhi või aseministriga, kellega on keeruline kohtuda, veelgi raskem paluda temalt nutitelefoni, et olukorda lahendada? Selliste olukordade vältimisel aitab Huawei toode, mis kasutab meie suurandmete jaotust, FusionInsight, mis salvestab kogu võrgus toimunu teadmusbaasi, võimaldades külastada iga probleemi algpõhjust tagasivaateanalüüsi kaudu.

Seadmed ja nende ühenduvus on olulised. Kuid tõeliselt "targa" ülikooli loomiseks on vajalik tarkvarakiht.

Esiteks hõlmab HiCampus füüsilise tasandi peal pilveplatvormi. See võib olla privaatne, avalik või hübriidne. Sellele, omakorda, on kihilised teenused andmete töötlemiseks. Kogu see tarkvara kogum on digitaalne platvorm. Kontseptuaalselt toetub see suhete, avatud, mitme ökosüsteemi ja igasuguste ühenduste printsiipidele – lühidalt ROMA (millest ja platvormist endast tuleb ka eraldi veebinar ja sellele järgnev postitus). Tagades ühenduse keskkonna komponentide vahel, muudab Horizon selle terviklikumaks, mille kinnitust leidub nii äritulemustes kui ka kasutajate mugavuses.

Oma osa täidab ka Huawei IOC (Intelligent Operation Center), mis jälgib ülikooli „tervist“, energiatõhusust ja turvalisust ning pakub ülevaadet sellest, mis ülikoolis toimub. Näiteks annab visuaalne skeem (vt. demo) selge ülevaate, et kaamera reageeris mõnele murettekitavale faktorile, ja saate hetkega pilti kaamerast. Kui peaks toimuma tulekahju, saab RFID-andurite abil kiiresti kontrollida, kas kõik inimesed on ruumist lahkunud.

Ja tänu sellele, et Huawei juurdepääsupunktidele saab ühenduda täiendavate moodulitega, mis töötavad RFID, ZigBee või Bluetooth tehnoloogiate kaudu, on lihtne luua keskkond, mis jälgib kampuse olukorda ja annab märku erinevatest probleemidest. Lisaks on IOC abil mugav teha varade inventuuri reaalajas, ja üldiselt avab kampuse käsitlemine kui intelligentselt haldustüübil palju võimalusi.

Muidugi võivad turul olevad eraldi tootjad pakkuda osa lahendustest, mis sarnanevad HiCampus'ile, näiteks täielikult optilineühendus. Kuid kellelgi ei ole terviklikku arhitektuuri, mille peamised eelised me püüdsime postituses avada.

Ja lõpuks lisame, et meie nutika kampuse lahenduste üksikasju on võimalik leida meie projekti kodulehelt, kus osad neist on isegi proovimiseks saadaval. OpenLab.

***

Ärge unustage meie mitmeid veebinare, mida korraldatakse mitte ainult venekeelses segmendis, vaid ka globaalsetel tasanditel. Ürituste loetelu lähinädalate jaoks on saadaval aadressil lingil.

Allikas: habr.com