Przedstawiamy Państwu krótki przegląd nowej architektury Huawei — HiCampus, której podstawą jest w pełni bezprzewodowy dostęp dla użytkowników, IP + POL oraz inteligentna platforma oparta na fizycznej infrastrukturze.
Na początku 2020 roku zaprezentowaliśmy dwie nowe architektury, które wcześniej stosowane były wyłącznie w Chinach. O HiDC, która jest przede wszystkim przeznaczona do wdrażania infrastruktury centrów danych, wiosną na Habrze już pisano. Teraz z kolei przyjrzymy się ogólnym zarysom HiCampus — architektury o szerszym zakresie.
Po co potrzebny jest HiCampus
Sukces wydarzeń, które były skutkiem pandemii i walki z nią, mimowolnie skłonił wielu do szybszego zrozumienia, że kampusy są fundamentem nowego inteligentnego świata. Pod pojęciem „kampus” łączą się nie tylko strefy biurowe, ale także instytuty badawcze, laboratoria, uniwersytety oraz osiedla studenckie i nie tylko.
W samej Rosji na połowę 2020 roku Huawei ma ponad tysiąc deweloperów. Co więcej, za dwa lub trzy lata ich liczba ma wzrosnąć pięciokrotnie. A skupieni są oni właśnie w kampusach, gdzie musimy zapewnić im bezszwową obsługę na każde żądanie, nie zmuszając ich do czekania.
W zasadzie dla końcowego użytkownika HiCampus to przede wszystkim znacznie bardziej komfortowe środowisko pracy niż wcześniej. Natomiast dla biznesu pomaga to zwiększyć efektywność produkcji, a dodatkowo staje się łatwiejsze w eksploatacji.
Tymczasem na kampusach przybywa użytkowników, a ci mają coraz więcej urządzeń. Na szczęście nie każda kurtka jest jeszcze wyposażona w moduł Wi-Fi: "inteligentna odzież" nadal jest nowością, jednak nie można wykluczyć, że wkrótce wejdzie do powszechnego użytku. W rezultacie bez radykalnych przekształceń technologicznych jakość usług w sieci spada. Nic dziwnego: zużycie danych rośnie, rośnie zużycie energii elektrycznej, a nowe usługi wymagają coraz więcej różnych zasobów. W międzyczasie właściciele firm i rady dyrektorów, często zainspirowani tempami, w jakich zachodzi transformacja cyfrowa wokół, w tym u konkurencji, szukają nowych możliwości — szybko i tanio ("Jak? U nas w biurze nie ma monitoringu z rozpoznawaniem twarzy? Dlaczego?!"). Ponadto od infrastruktury sieciowej dziś oczekuje się synergicznego efektu: rozwijanie sieci tylko w celu posiadania sieci już nie jest modne, a poza tym nie odpowiada duchowi czasów.
Te problemy ma rozwiązać HiCampus. Z niej wyróżniamy trzy elementy, z których każdy wnosi swoje zalety do architektury. Wymieńmy je w kolejności od najniższego do najwyższego:
- całkowicie bezprzewodowy;
- całkowicie optyczny;
- inteligentny.
Całkowicie bezprzewodowy element
Podstawą całkowicie bezprzewodowego elementu jest rozwiązanie produktowe Huawei oparte na Wi-Fi szóstej generacji. W porównaniu do Wi-Fi 5 pozwala czterokrotnie zwiększyć liczbę jednocześnie podłączonych użytkowników i uwolnić "mieszkańców" kampusu od konieczności podłączania się do sieci "przewodowo" gdziekolwiek.
Nowa linia produktowa AirEngine, na której opiera się bezprzewodowe środowisko HiCampus, obejmuje punkty dostępowe (AP) do najróżniejszych scenariuszy: chcesz — do eksploatacji przemysłowej z IoT, chcesz — do zastosowań na zewnątrz. Design, rozmiary, sposoby montażu urządzeń również dopuszczają wszystkie możliwe opcje wykorzystania.
O nowościach w technologii, takich jak zwiększona liczba anten do odbioru (teraz ich 16), zawdzięczamy naszemu centrum R&D w Tel Awiwie: nasi koledzy pracujący tam przyczynili się do rozwoju Wi-Fi 6, czerpiąc z wcześniejszych doświadczeń w poprawie sieci WiMAX i 5G, dzięki czemu udało się znacznie zoptymalizować opóźnienia i przepustowość punktów AirEngine. W efekcie jesteśmy w stanie zagwarantować przepustowość nie niższą niż ustalona wartość dla każdego klienta: zdanie „100 Mbit/s wszędzie” w naszym przypadku nie jest pustym frazesem.
Jak to się udało? Na chwilę odwołajmy się do teorii. Zgodnie z twierdzeniem Shannona przepustowość punktu dostępowego definiują (a) liczba przestrzennych strumieni, (b) szerokość pasma i (c) stosunek „sygnał-szum”. U Huawei zmiany w porównaniu do wcześniejszych produktów zostały wprowadzone we wszystkich trzech aspektach. Tak, nasze technologie są w stanie formować do 12 przestrzennych strumieni — o 50% więcej niż najlepsze modele innych dostawców. Dodatkowo, mogą obsługiwać osiem przestrzennych strumieni przy szerokości 160 MHz w porównaniu do maksymalnie ośmiu strumieni przy 80 MHz u konkurencji. Wreszcie, dzięki technologii Smart Antenna nasze punkty dostępowe wykazują znacznie wyższą tolerancję na interferencje i lepszy poziom RSSI na odbiorze przez klienta.
Na koniec 2019 roku nasi koledzy z Tel Awiwu zdobyli najwyższe wyróżnienie w firmie za osiągnięcie na chipie obsługującym Wi-Fi 802.11ax wyniku „sygnał-szum” (SNR) wyższego niż u innego znanego amerykańskiego producenta. Wynik ten osiągnięto zarówno dzięki zastosowaniu nowych materiałów, jak i zaawansowanej bazy algorytmów, wbudowanej w procesor. Stąd inne korzyści Wi-Fi 6 „w interpretacji Huawei”. W szczególności wprowadzono mechanizm multi-user MIMO, dzięki któremu pojedynczy użytkownik może otrzymać do ośmiu przestrzennych strumieni; MU-MIMO zaprojektowano tak, aby wykorzystać pełne zasoby antenowe punktu dostępowego w przekazie informacji do klientów. Oczywiście osiem strumieni nie zostanie przypisanych jednemu smartfonowi, ale dla nowoczesnego laptopa czy kompleksu VR o przeznaczeniu przemysłowym - już tak.
W ten sposób, przy 16 przestrzennych strumieniach na poziomie fizycznym, możliwe jest osiągnięcie poziomu 10 Gbit/s na punkt. Na poziomie aplikacyjnego ruchu efektywność środowiska przesyłania danych wyniesie 78–80%, czyli około 8 Gbit/s. Ustalmy, że to jest prawdziwe w przypadku eksploatacji kanałów o szerokości 160 megaherców. Oczywiście, Wi-Fi 6 jest przede wszystkim zaprojektowane do masowych połączeń, i jeśli jest ich dziesiątki, to każde z nich z osobna nie będzie tak niebotycznie szybkie.
W warunkach laboratoryjnych wielokrotnie przeprowadzaliśmy testy przy użyciu narzędzia obciążeniowego iPerf — i rejestrowaliśmy, że dwa hi-end punkty Huawei z linii AirEngine, korzystające z ośmiu przestrzennych strumieni o szerokości 160 MHz każdy, wymieniają się danymi na poziomie aplikacji z prędkością około 8,37 Gbit/s. Należy zaznaczyć: tak, mają one specjalne oprogramowanie, zaprojektowane do odkrywania potencjału sprzętu podczas testów, jednak fakt pozostaje faktem.
Przy okazji, w Rosji działają laboratoria Joint Validation Lab firmy Huawei z szerokim parkiem sprzętu Wi-Fi. Wcześniej używaliśmy w nim urządzeń z chipami M.2 innych producentów, teraz pokazujemy wydajność Wi-Fi 6 na telefonach własnej produkcji, na przykład P40.
Na powyższych ilustracjach widać, że w jednolitym konstrukcyjnym bloku, których w punkcie dostępowym jest cztery, znajduje się również po cztery elementy — łącznie 16 anten odbiorczo-nadawczych, działających w trybie dynamicznym. Jeśli chodzi o beamforming, dzięki zastosowaniu większej liczby anten na elemencie można formować węższy i dłuższy strumień oraz bardziej niezawodnie 'prowadzić' klienta, zapewniając mu lepsze wrażenia użytkownika.
Dzięki zastosowaniu dodatkowych opatentowanych materiałów uzyskuje się wysokie parametry elektryczne samej anteny. Stąd także mniejszy procent strat sygnału oraz znacznie lepsze parametry odbicia sygnału.
W naszych laboratoriach wielokrotnie przeprowadzaliśmy testy porównawcze siły sygnału punktów dostępowych na tej samej odległości pokrycia. Na ilustracji powyżej widać, że na statywach znajdują się dwa punkty dostępu wspierające Wi-Fi 6: jeden (czerwony) ze smart antenami, od Huawei, a drugi bez nich. Odległość od punktu do telefonu w obu przypadkach wynosi 13 m. Przy innych równych warunkach — ten sam zakres częstotliwości 5 GHz, częstotliwość kanału 20 MHz itd. — średnia różnica w sile sygnału pomiędzy urządzeniami wynosi 3 dBm, a korzyść jest po stronie punktu Huawei.
W drugim teście użyto tych samych punktów Wi-Fi 6, ten sam zakres 20 MHz, ten sam przekrój 5 GHz. Na odległości 13 m nie obserwuje się znaczącej różnicy, ale gdy tylko podwajamy tę odległość, wskaźniki różnią się prawie o rząd (7 dBm) — na korzyść naszego AirEngine.
Dzięki technologiom 5G — DynamicTurbo, które priorytetują ruch od użytkowników VIP w oparciu o środowisko bezprzewodowe, osiągamy usługę, jakiej wcześniej nie było w środowisku Wi-Fi (na przykład top menedżer firmy nie będzie stale pytał, dlaczego ma takie słabe połączenie). Do tej pory były one prawie całkowicie domeną światów sieci przewodowych — albo TDM, albo IP Hard Pipe, z wydzielaniem tuneli MPLS.
Wi-Fi 6 wprowadza również koncepcję bezproblemowego roamingu. Wszystko dzięki temu, że zmodyfikowano mechanizm migracji pomiędzy punktami: najpierw użytkownik łączy się z nowym punktem, a dopiero potem odłącza od starego. Innowacja ta korzystnie wpływa na funkcjonowanie w takich scenariuszach jak telefonia przez Wi-Fi, telemedycyna oraz motoryzacja, a mianowicie praca autonomicznych robotów, dronów itp., dla których kluczowe jest nieprzerwane utrzymywanie połączenia z centrum sterowania.
W powyższym mini filmiku w grywalizowanej formie zaprezentowano współczesny przypadek zastosowania Wi-Fi 6 od Huawei. Pies w czerwonym kombinezonie ma VR okulary „podłączone” do punktu AirEngine, który szybko się przełącza i zapewnia minimalne opóźnienia w przesyłaniu informacji. Inny pies ma mniej szczęścia: podobne okulary, założone mu na głowę, są podłączone do urządzenia innego dostawcy (z etycznych powodów, oczywiście, nie będziemy go nazywać), i chociaż zakłócenia i opóźnienia nie są fatalne, utrudniają nakładanie wirtualnego otoczenia na rzeczywistą przestrzeń w czasie rzeczywistym.
W Chinach architektura jest wszędzie stosowana. Dzięki jej rozwiązaniom wybudowano około 600 kampusów, z których dobra połowa odpowiada zasadom HiCampus od początku do końca.
Jak pokazuje praktyka, zastosowanie HiCampus jest najbardziej efektywne w pracy zespołowej w biurach, w „inteligentnych fabrykach” z ich ruchomymi autonomicznymi robotami — AGV, a także w miejscach masowego zgromadzenia ludzi. Na przykład na międzynarodowym lotnisku w Pekinie, gdzie zainstalowano sieć Wi-Fi 6, zapewniającą usługi bezprzewodowe dla pasażerów na całym obszarze; między innymi dzięki infrastrukturze kampusowej lotnisko udało się skrócić czas oczekiwania w kolejce o 15% i zaoszczędzić 20% na personelu.
Całkowicie optyczne cięcie
Coraz częściej budujemy kampusy według nowego modelu — IP + POL, i to wcale nie w posłuszeństwie kaprysom technologicznej mody. Dominujący wcześniej podejście, w którym, wdrażając infrastrukturę sieciową w budynku, ciągnęliśmy optykę do piętra, a następnie robiliśmy rozprowadzanie miedzi, nakładało na architekturę surowe ograniczenia. Wystarczy, że w przypadku potrzeby aktualizacji należy wymienić praktycznie całe środowisko na poziomie piętra. Sam materiał, miedź, również nie jest idealny: ani pod względem przepustowości, ani pod względem cyklu życia, ani pod względem dalszego rozwoju środowiska. Oczywiście, miedź była wszystkim dobrze znana i umożliwiała szybkie i tanie tworzenie prostych rozwiązań sieciowych. Niemniej jednak, pod względem całkowitych kosztów posiadania oraz potencjału do modernizacji sieci, miedź w 2020 roku przegrywa z optyką.
Zaletą optyki szczególnie wyraźnie widać, gdy należy zainwestować w długotrwały cykl życia infrastruktury (i ocenić wydatki na nią w dłuższej perspektywie), a także gdy czeka ją poważna ewolucja. Na przykład, konieczne jest, aby w środowisku ciągle działały kamery 4K i telewizory 8K oraz inne cyfrowe rozwiązania wyświetlające o wysokiej rozdzielczości. W takich przypadkach najbardziej rozsądnym rozwiązaniem będzie zastosowanie całkowicie optycznej sieci — z wykorzystaniem przełączników optycznych. W przeszłości barierą przy wyborze takiego modelu budowy kampusu było małe zainteresowanie końcowymi terminalami — optycznymi jednostkami sieciowymi (ONU). W dzisiejszych czasach nie tylko stacje robocze użytkowników przewidują możliwość podłączenia do sieci optycznej poprzez terminale. Do tej samej punktu dostępu Wi-Fi podłączany jest nadajnik-odbiornik, który współpracuje z siecią POL, co umożliwia świadczenie bezprzewodowej usługi za pośrednictwem szybkiej sieci optycznej.
W związku z tym, pełna implementacja Wi-Fi 6 może być przeprowadzona z minimalnym wysiłkiem: ustanawiając sieć IP + POL, podłączając do niej Wi-Fi i spokojnie zwiększając wydajność. Jedynym wymogiem w przypadku punktów dostępu Wi-Fi jest lokalne zasilanie. Poza tym nic nie stoi na przeszkodzie, aby rozwinąć sieć do 10 lub 50 Gb/s.
Rozwój całkowicie optycznych sieci jest praktyczny w różnych okolicznościach. Na przykład w starych budynkach z długimi przestrzeniami trudno wyobrazić sobie alternatywę. Jeśli nigdy nie zajmowałeś się remontem budynku w centrum Moskwy, uwierz, że miałeś ogromne szczęście: zazwyczaj wszystkie przejścia dla kabli w takich konstrukcjach są zapchane, a żeby zorganizować lokalną sieć w sensowny sposób, czasami trzeba zaczynać od zera. W przypadku rozwiązania POL można zainstalować kabel optyczny, rozdzielić go za pomocą splitterów i stworzyć nowoczesną sieć.
To samo dotyczy instytucji edukacyjnych z budynkami w starym stylu, kompleksów hotelowych oraz ogromnych budynków, w tym lotnisk.
Kierując się zas prinsipem "practice what you preach", w organizacji środowisk sieciowych opartych na modelu IP LAN + POL zaczęliśmy od siebie. Zbudowany półtora roku temu ogromny kampus Huawei nad jeziorem Sunshan w Chinach, o łącznej powierzchni ponad 1,4 mln m², jest jednym z pierwszych przypadków realizacji architektury HiCampus; jego budynki przypominają znane zabytki europejskiej architektury. Wewnątrz jednak wszystko jest nowoczesne, jak tylko to możliwe.
Z centralnego budynku linie optyczne rozgałęziają się do sąsiednich, "podległych" kampusów, gdzie z kolei również są rozprowadzane na poszczególne piętra itd. Punkty dostępu Wi-Fi 6, obejmujące cały teren, są odpowiednio zainstalowane na optyce.
Na kampusie wprowadzono cały szereg usług, które wymagają stabilnego wysokoprzepustowego połączenia, w tym monitoring wideo za pomocą kamer wysokiej rozdzielczości. Służą one jednak nie tylko do nadzoru wideo. Na wejściu do kampusu cyfrowa platforma za pomocą tych kamer identyfikuje pracownika na podstawie twarzy, następnie ten przykłada swoją kartę RFID do terminala dostępu, a dopiero po pomyślnej autoryzacji według dwóch kryteriów otwierają mu się drzwi i zapewniony jest dostęp do sieci bezprzewodowej i cyfrowych usług kampusu; nie uda się przejść z cudzą kartą. Ponadto na całym terenie kompleksu dostępne są usługi VDI (cloud desktop), system konferencyjny i wiele innych usług powiązanych z Wi-Fi 6 z optycznym połączeniem.
Zastosowanie w pełni sieciowych rozwiązań optycznych, poza wszystkim innym, oszczędza mnóstwo miejsca, a do ich obsługi potrzeba znacznie mniej osób. Tak więc według naszych statystyk średnie inwestycje w infrastrukturę dzięki warstwie optycznej zmniejszają się o 40%.
W pełni inteligentny przekrój
Na poziomie fizycznych rozwiązań związanych z optycznym i bezprzewodowym środowiskiem przesyłu danych w HiCampus intensywnie wykorzystywana jest inteligentna platforma Horizon, która służy celom transformacji cyfrowej i pozwala na uzyskanie większych korzyści z infrastruktury.
Do zadań związanych z samą infrastrukturą wykorzystywana jest odpowiednia warstwa zarządzająca na platformie .
Jej pierwszym celem jest wykorzystanie technologii uczenia maszynowego do monitorowania sieci. W szczególności algorytmy ML umożliwiły wdrożenie w iMaster NCE modułu CampusInsight O&M 1-3-5: w ciągu minuty przychodzą informacje o błędzie, trzy minuty zajmuje jego przetworzenie, a w ciągu pięciu minut zostaje naprawiony (więcej informacji w naszym artykule „„). W ten sposób naprawia się od 75 do 90% powstających błędów.
Drugie zadanie jest bardziej inteligentne — zintegrować różne usługi związane z "inteligentnym kampusem" (ten sam monitoring sieci, wideo monitoring itp.).
Gdy w infrastrukturze sieciowej znajduje się kilka dziesiątek punktów dostępowych i para kontrolerów, nic nie przeszkadza w przechwytywaniu danych z nich i analizowaniu ich ręcznie za pomocą Wireshark. Ale gdy punktów jest tysiące, kontrolerów dziesiątki, a wszystko to jest rozproszone na dużym obszarze, znalezienie usterek staje się wielokrotnie trudniejsze. Aby uprościć to zadanie, opracowaliśmy rozwiązanie iMaster NCE CampusInsight (na ten temat mieliśmy osobny ). Dzięki niemu, gromadząc informacje z urządzeń — pakiety na poziomie Layer-1 / Layer-4 — można szybko znajdować usterki w otoczeniu sieciowym.
Proces wygląda następująco. Platforma, powiedzmy, pokazuje nam, że użytkownik ma problemy z uwierzytelnieniem radiowym. Przeprowadza analizę i wskazuje, na którym etapie wystąpił problem. A jeśli ten problem dotyczy środowiska, platforma zasugeruje nam rozwiązanie problemu (w interfejsie pojawia się przycisk Rozwiąż). W poniższym wideo pokazano, jak w systemie przychodzi powiadomienie, że nastąpił reject RADIUS: najprawdopodobniej użytkownik wprowadził błędne hasło lub hasło zostało zmienione. W ten sposób, bez nerwowych prób zrozumienia, w czym tkwi problem, można zaoszczędzić wiele czasu, ponieważ wszystkie dane są zachowywane, a historię danego incydentu można łatwo przeanalizować.
Powszechnie znana historia: podchodzi do ciebie właściciel firmy lub CTO i skarży się, że jakaś ważna osoba nie mogła wczoraj połączyć się z siecią bezprzewodową w twoim biurze. Trzeba rozwiązać problem. Może grozić utrata kwartalnej premii. W normalnych okolicznościach nie można usunąć problemu, nie znajdując owego VIP-u. A co jeśli to jakiś menedżer wyższego szczebla lub zastępca ministra, z którym trudno się spotkać, a tym bardziej poprosić go o smartfon, aby rozwiązać problem? Uniknięcie takich sytuacji wspiera produkt Huawei, który wykorzystuje nasz dystrybucyjny system danych FusionInsight, przechowujący całą nagromadzoną wiedzę o wydarzeniach w sieci, dzięki czemu można dotrzeć do źródła każdego problemu poprzez analizę retrospektywną.
Urządzenia i ich łączność to sprawa istotna. Ale aby zbudować naprawdę 'inteligentny' kampus, potrzebna jest warstwa oprogramowania.
Przede wszystkim w HiCampus na poziomie fizycznym wykorzystuje się chmurę. Może mieć ona charakter prywatny, publiczny lub hybrydowy. Na tej chmurze z kolei nakładają się usługi do pracy z danymi. Cała ta kombinacja oprogramowania stanowi cyfrową platformę. Z koncepcyjnego punktu widzenia opiera się na zasadach Relationship, Open, Multi-Ecosystem, Any-Connect — w skrócie ROMA (o nich oraz o platformie w ogóle odbędzie się oddzielny webinar oraz post po jego zakończeniu). Zapewniając łączność pomiędzy komponentami środowiska, Horizon czyni je bardziej spójnym, co później potwierdza się zarówno w wynikach biznesowych, jak i w komforcie użytkowników.
Natomiast inteligentne centrum zarządzania Huawei IOC (Intelligent Operation Center) ma na celu monitorowanie 'zdrowia' kampusu, efektywności energetycznej i bezpieczeństwa, a co najważniejsze, oferuje ogólny obraz tego, co dzieje się na kampusie. Powiedzmy, że dzięki czytelnej schematycznej wizualizacji (patrz. ) będzie widać, że kamera zareagowała na jakiś niepokojący czynnik, i można natychmiast uzyskać obraz z niej. Jeśli zdarzy się pożar, łatwo sprawdzić za pomocą czujników RFID, czy wszyscy ludzie opuścili pomieszczenie.
Dzięki możliwości podłączania dodatkowych modułów do punktów dostępowych Huawei, które działają w technologii RFID, ZigBee lub Bluetooth, łatwo stworzyć środowisko, które skutecznie monitoruje sytuację na kampusie i informuje o różnych problemach. Dodatkowo, dzięki IOC można wygodnie zarządzać inwentaryzacją zasobów w czasie rzeczywistym, a wprowadzenie kampusu jako inteligentnej jednostki otwiera szereg możliwości.
Oczywiście, poszczególni dostawcy na rynku mogą oferować część rozwiązań podobnych do tych zawartych w HiCampus, na przykład dostęp całkowicie optyczny. Jednak nikt nie dysponuje całościową architekturą, której główne zalety staraliśmy się przedstawić w tym wpisie.
Na koniec dodamy, że szczegóły dotyczące naszych rozwiązań dla inteligentnego kampusu, a niektóre z nich można nawet przetestować, można znaleźć na stronie naszego projektu. .
***
Nie zapominajcie o naszych licznych webinarach, które odbywają się nie tylko w segmencie rosyjskojęzycznym, ale także na poziomie globalnym. Lista webinarów na najbliższe tygodnie jest dostępna pod .
Źródło: habr.com
