Apresentamos uma breve visão geral da nova arquitetura da Huawei — HiCampus, que se baseia em acesso totalmente sem fio para usuários, IP + POL e uma plataforma inteligente sobre a infraestrutura física.
No início de 2020, apresentamos duas novas arquiteturas que antes eram usadas exclusivamente na China. Sobre a HiDC, que é projetada principalmente para a implementação de infraestrutura de data centers, já foi publicado na Habr na primavera. Agora, vamos considerar de forma geral a HiCampus — uma arquitetura de perfil mais amplo.
Por que é necessário o HiCampus?
A avalanche de eventos provocados pela pandemia e a sua oposição obrigou muitos a chegarem mais rapidamente à compreensão de que os campi são a base de um novo mundo inteligente. O termo ‘campus’ abrange não apenas áreas de escritório, mas também institutos de pesquisa, laboratórios, universidades, juntamente com os campi estudantis e muito mais.
Somente na Rússia, a Huawei tinha mais de mil desenvolvedores até meados de 2020. Além disso, em dois ou três anos, esse número deverá ser aproximadamente cinco vezes maior. E eles estão concentrados exatamente nos campi, onde devemos garantir um serviço sem costura sob demanda, sem fazê-los esperar.
De fato, para o usuário final, o HiCampus é realmente, em primeiro lugar, um ambiente de trabalho mais conveniente do que antes. Para os negócios, ele ajuda a aumentar a eficiência da produção e, além disso, se torna mais fácil de operar.
Entretanto, os campi estão recebendo cada vez mais usuários, e esses possuem cada vez mais dispositivos. Ainda bem que nem todo casaco está equipado com um módulo Wi-Fi: a "roupa inteligente" ainda é uma raridade, mas não se pode descartar que em breve ela se tornará comum. Como consequência, sem transformações tecnológicas radicais, a qualidade do serviço na rede está diminuindo. Nada surpreendente: o consumo de tráfego aumenta, o gasto de energia cresce, e novos serviços exigem cada vez mais recursos de diversos tipos. Enquanto isso, proprietários de empresas e conselhos de administração, muitas vezes inspirados pela velocidade da transformação digital ao seu redor, inclusive entre os concorrentes, desejam novas oportunidades - de forma rápida e barata ("Como, não temos câmeras de vigilância com reconhecimento facial no nosso escritório? Por quê?!"). Além disso, hoje espera-se que a infraestrutura de rede proporcione um efeito sinérgico: não é mais comum implantar uma rede apenas por implantar; isso está fora do espírito do tempo.
Esses problemas são exatamente o que a HiCampus se propõe a resolver. Nela, destacamos três camadas, cada uma trazendo suas vantagens para a arquitetura. Vamos enumerá-las da mais baixa para a mais alta:
- totalmente sem fio;
- totalmente óptica;
- inteligente.
Camada totalmente sem fio
A base da camada totalmente sem fio é a solução de produtos da Huawei com base no Wi-Fi de sexta geração. Em comparação com o Wi-Fi 5, isso permite quatro vezes aumentar o número de usuários conectados simultaneamente e livrar os "habitantes" do campus da necessidade de se conectar à rede "por cabos" em qualquer lugar.
A nova linha de produtos AirEngine, que constrói o ambiente sem fio da HiCampus, inclui pontos de acesso (APs) para os mais diversos cenários: você pode usá-los para operações industriais com IoT, ou para aplicações externas. O design, as dimensões e as formas de fixação dos dispositivos também permitem todas as variedades imagináveis de uso.
As in the innovations in our access points, such as the increased number of receiving antennas (now 16 in total), we owe it to our development center in Tel Aviv: our colleagues working there brought a lot of their previous experience in improving WiMAX and 5G networks to Wi-Fi 6, which allowed them to seriously optimize latency and bandwidth in AirEngine points. As a result, we have been able to guarantee bandwidth not lower than the specified mark to each customer: the phrase "100 Mbps everywhere" is not an empty phrase in our case.
How did this happen? Let's briefly touch on the theory. According to Shannon's theorem, the bandwidth of an access point is determined by (a) the number of spatial streams, (b) the bandwidth, and (c) the signal-to-noise ratio. Compared to previous products, Huawei modifications have been made on all three points. Our access points are capable of forming up to 12 spatial streams — one and a half times more than the top models of other vendors. In addition, they can support eight spatial streams with a width of 160 MHz compared to at best eight streams at 80 MHz from competitors. Finally, thanks to Smart Antenna technology, our access points show significantly greater tolerance to interference and a higher level of RSSI at the client's reception.
As of the end of 2019, our colleagues in Tel Aviv received the highest award within the company precisely for achieving a signal-to-noise ratio (SNR) on a chip supporting Wi-Fi 802.11ax that was higher than that of another well-known American manufacturer. This result was achieved both through the use of new materials and through a more advanced algorithmic base integrated into the processor. Hence the other advantages of Wi-Fi 6 "in Huawei’s interpretation." In particular, a multi-user MIMO mechanism has been implemented, which allows up to eight spatial streams to be allocated to a single user; MU-MIMO is designed to utilize the entire antenna resource of the access point in information transmission to clients. Of course, eight streams will not be assigned at once for some smartphone, but they can easily be assigned for a cutting-edge laptop or an industrial VR complex.
Assim, com 16 fluxos espaciais no nível físico, é possível atingir a marca de 10 Gbps por ponto. No nível do tráfego de aplicativos, a eficiência do meio de transmissão de dados será de 78–80%, ou cerca de 8 Gbps. Vale ressaltar que isso é válido no caso da utilização de canais de 160 megahertz. Naturalmente, o Wi-Fi 6 é projetado principalmente para conexões em massa, e se houver dezenas delas, cada uma individualmente não terá uma velocidade tão astronômica.
Em condições laboratoriais, realizamos repetidamente testes com a ferramenta de carga iPerf — e registramos que dois pontos hi-end da Huawei da linha AirEngine, utilizando oito fluxos espaciais com largura de 160 MHz cada um, trocavam dados no nível de aplicativos a uma taxa de cerca de 8,37 Gbps. É preciso fazer uma observação: sim, o firmware deles é especial, projetado para liberar o potencial do hardware durante os testes, mas o fato permanece.
A propósito, a Huawei na Rússia opera um Joint Validation Lab com uma ampla gama de equipamentos Wi-Fi. Anteriormente, usávamos dispositivos com chips M.2 de outros fabricantes, agora, porém, mostramos o desempenho do Wi-Fi 6 em smartphones de fabricação própria, como o P40.
Nas ilustrações acima, é visível que em um único bloco construtivo, dos quais há quatro na unidade de acesso, também contém quatro elementos — totalizando 16 antenas de recepção e transmissão, funcionando em modo dinâmico. No que diz respeito ao beamforming, graças à aplicação de um maior número de antenas no elemento, é possível formar um feixe mais estreito e longo e conduzir o cliente de forma mais confiável, garantindo uma experiência de usuário aprimorada.
Devido à utilização de materiais patenteados adicionais, altos desempenhos elétricos da própria antena são alcançados. Daí, resulta um menor percentual de perdas no sinal e parâmetros de reflexão do sinal muito mais vantajosos.
Em nossos laboratórios, já realizamos testes comparando a força do sinal de pontos de acesso a uma mesma distância de cobertura. Na ilustração acima, estão montados dois dispositivos que suportam Wi-Fi 6 em tripés: um (vermelho) com antenas inteligentes da Huawei e o outro sem. A distância do ponto ao telefone em ambas as situações é de 13 m. Com outras condições iguais — faixa de frequência de 5 GHz, largura de canal de 20 MHz, etc. —, em média a diferença de força do sinal entre os dispositivos é de 3 dBm, com vantagem para o ponto da Huawei.
No segundo teste, usamos os mesmos pontos Wi-Fi 6, a mesma faixa de 20 MHz e o mesmo corte de 5 GHz. A 13 m, não há diferença significativa, mas assim que dobramos a distância, os resultados se desviam quase em um fator de 10 (7 dBm) em favor do nosso AirEngine.
Utilizando tecnologias 5G — DynamicTurbo, que prioriza o tráfego de usuários VIP na rede sem fio, conseguimos um serviço que não existia anteriormente no ambiente Wi-Fi (por exemplo, um executivo sênior não precisará mais perguntar por que sua conexão é tão fraca). Antes, esses serviços eram quase exclusivamente acessíveis no mundo das redes cabeadas — seja TDM ou IP Hard Pipe, com a criação de túneis MPLS.
Além disso, o Wi-Fi 6 implementa o conceito de roaming sem costura. Isso se deve à modificação do mecanismo de migração entre pontos: primeiro, o usuário se conecta ao novo ponto e só então se desvincula do antigo. Essa inovação tem um impacto positivo no funcionamento em cenários como telefonia via Wi-Fi, telemedicina e automotiva, especialmente no trabalho de robôs autônomos, drones etc., para os quais é crítico manter uma conexão ininterrupta com o centro de controle.
No vídeo miniatura acima, um caso moderno de aplicação do Wi-Fi 6 da Huawei é ilustrado de forma lúdica. O cachorro com um macacão vermelho está usando um headset VR conectado ao ponto AirEngine, que muda rapidamente e garante mínimas latências na transmissão de informações. Outro cachorro teve menos sorte: um headset similar, colocado em sua cabeça, está conectado a um TD de outro fornecedor (por razões éticas, não vamos mencionar o nome), e embora as interrupções e lag não sejam fatais, elas dificultam a sobreposição do ambiente virtual ao espaço real em tempo real.
Dentro da China, a arquitetura é amplamente aplicada. Com soluções dessa arquitetura, cerca de 600 campi foram construídos, dos quais uma boa metade segue os princípios do HiCampus do início ao fim.
Como mostra a prática, a aplicação do HiCampus é mais eficaz para colaboração em espaços de escritório, em ‘fábricas inteligentes’ com seus robôs autônomos móveis — AGV, assim como em locais de grande aglomeração de pessoas. Por exemplo, no aeroporto internacional de Pequim, onde uma rede Wi-Fi 6 foi implementada, oferecendo serviços sem fio aos passageiros em toda a área; entre outras coisas, graças à infraestrutura do campus, o aeroporto conseguiu reduzir o tempo de espera em filas em 15% e economizar 20% em pessoal.
Corte óptico completo
Cada vez mais, estamos construindo campi sob um novo modelo — IP + POL, sem se submeter às caprichos da moda tecnológica. A abordagem que predominou anteriormente, em que, ao implantar a infraestrutura de rede em um edifício, puxávamos a fibra até o andar e depois fazíamos a distribuição com cobre, impunha severas limitações à arquitetura. É suficiente considerar que, em caso de necessidade de upgrade, praticamente todo o ambiente no nível do andar precisava ser trocado. O próprio material, cobre, também não é ideal: tanto em termos de capacidade de transmissão, quanto em termos de ciclo de vida, e do desenvolvimento futuro do ambiente. Claro, o cobre era bem compreendido e permitia criar soluções de rede simples rapidamente e a baixo custo. No entanto, em termos de custo total de propriedade e potencial de upgrade da rede, o cobre perdeu para a fibra em 2020.
A superioridade da infraestrutura óptica se destaca especialmente quando é necessário considerar um longo ciclo de vida (e avaliar os custos a longo prazo), bem como quando se espera uma evolução significativa. Por exemplo, é necessário que funcionem continuamente câmeras 4K e televisores 8K, ou outro digital signage de alta resolução. Em tais situações, a solução mais sensata é implementar uma rede totalmente óptica — usando switches ópticos. No passado, o número limitado de terminais finais — unidades de rede óptica (ONU) — era um fator limitante para a escolha desse modelo de campus. Hoje em dia, não são apenas as máquinas dos usuários que pressupõem a possibilidade de conexão através de terminais à rede óptica. Um transceptor que opera com a rede POL também é inserido nesse ponto Wi-Fi, permitindo o serviço sem fio através de uma rede óptica de alta velocidade.
Assim, é possível implantar o Wi-Fi 6 de forma eficaz: estabelecer uma rede IP + POL, conectar o Wi-Fi a ela e aumentar a capacidade tranquilamente. A única restrição é que os pontos Wi-Fi precisam de alimentação elétrica local. Quanto ao restante, nada impede que ampliemos a rede para 10 ou 50 Gbit/s.
A implementação de redes totalmente ópticas é viável em diversas situações. Por exemplo, é difícil imaginar uma alternativa em edifícios antigos com longas distâncias. Se você nunca trabalhou em uma reforma de um prédio no centro de Moscovo, acredite, você teve muita sorte: geralmente, todos os passagens para cabos nesses edifícios estão obstruídas, e para organizar uma rede local de maneira adequada, muitas vezes é necessário começar do zero. No caso de uma solução POL, é possível passar um cabo óptico, dividi-lo com divisores e criar uma rede moderna.
O mesmo se aplica a instituições de ensino com edifícios de arquitetura antiga, complexos hoteleiros e grandes edifícios, incluindo aeroportos.
Guiados pelo princípio de praticar o que se prega, na organização de ambientes de rede no modelo IP LAN + POL, começamos por nós mesmos. O imenso campus da Huawei no Lago Sunshan (China), concluído há um ano e meio, com uma área total superior a 1,4 milhão de m², é um dos primeiros casos de implementação da arquitetura HiCampus; suas edificações, aliás, imitam monumentos conhecidos da arquitetura europeia. Por dentro, tudo é, por outro lado, o mais moderno possível.
Do edifício central, as linhas ópticas se ramificam para os campi vizinhos, onde, por sua vez, também se distribuem pelos andares, etc. Os pontos de acesso Wi-Fi 6, que cobrem toda a área, estão, portanto, conectados precisamente à fibra óptica.
No campus, foi implementada uma ampla gama de serviços que requerem uma conexão estável e de alta velocidade, incluindo vigilância por meio de câmeras de alta resolução. Contudo, elas não servem apenas para vigilância. Na entrada do campus, a plataforma digital identifica o funcionário por meio dessas câmeras, que então aproxima seu crachá RFID ao terminal de acesso; somente após a autenticação bem-sucedida em dois critérios, as portas serão abertas e o acesso à rede sem fio e aos serviços digitais do campus será concedido, não será possível entrar com o crachá de outra pessoa. Além disso, em todo o complexo, estão disponíveis serviços VDI (desktop em nuvem), um sistema de conferência e muitos outros serviços que dependem do Wi-Fi 6 com conexão óptica.
O uso de soluções ópticas totalmente em rede, além de tudo, economiza muito espaço, e para mantê-las, são necessárias muito menos pessoas. Assim, segundo nossas estatísticas, em média, os investimentos na infraestrutura são reduzidos em 40% graças à camada óptica.
Camada totalmente inteligente
Sobre as soluções físicas ligadas ao ambiente de transmissão de dados ópticos e sem fio, a plataforma inteligente Horizon é amplamente utilizada no HiCampus, servindo os objetivos da transformação digital e permitindo extrair mais valor da infraestrutura.
Para as tarefas relacionadas à própria infraestrutura, usa-se a camada de gerenciamento na plataforma .
O primeiro propósito é utilizar tecnologias de aprendizado de máquina para monitorar a rede. Em particular, os algoritmos de ML tornaram possível implementar no iMaster NCE o módulo CampusInsight O&M 1-3-5: em um minuto, informações sobre o erro são recebidas, três minutos são gastos em seu processamento, e em cinco minutos ele é resolvido (veja mais em nosso artigo ""). Assim, é corrigido nada menos que 75–90% dos erros que surgem.
A segunda tarefa é mais inteligente - integrar diferentes serviços relacionados ao "campus inteligente" (o mesmo monitoramento da rede, vigilância por vídeo, etc.).
Quando na infraestrutura da rede há várias dezenas de pontos de acesso e alguns controladores, nada impede de capturar o tráfego deles e analisá-lo manualmente através do Wireshark. Mas quando há mil pontos, dezenas de controladores e todo esse sistema está distribuído por uma grande área, encontrar falhas se torna muitas vezes mais difícil. Para simplificar essa tarefa, desenvolvemos a solução iMaster NCE CampusInsight (sobre a qual tivemos um artigo separado ). Com isso, coletando informações dos dispositivos - pacotes de nível Layer-1 / Layer-4 - é possível localizar problemas na rede de maneira ágil.
O processo se desenrola da seguinte forma. A plataforma, por exemplo, nos mostra que o usuário está tendo dificuldades com a autenticação rádio. Ela realiza uma análise e indica em qual etapa ocorreu o problema. E se este estiver relacionado ao ambiente, a plataforma nos sugerirá uma solução (no interface aparece um botão Resolver). No vídeo abaixo é mostrado como o sistema recebe uma notificação sobre um rejeição RADIUS: provavelmente, ou o usuário digitou a senha incorretamente, ou a senha foi alterada. Assim, sem tentativas desesperadas de descobrir o que está acontecendo, é possível economizar muito tempo, já que todos os dados são salvos e o histórico de cada colisão é facilmente estudado.
Uma história comum: um proprietário de empresa ou CTO se aproxima de você e reclama que uma pessoa importante não conseguiu se conectar à rede sem fio ontem em seu escritório. É preciso resolver o problema. Pode haver risco de perder um bônus trimestral. Em uma situação normal, não é possível resolver a questão sem encontrar aquele VIP. E se for algum alto executivo ou um vice-ministro, com quem é difícil até se encontrar, quanto mais pedir o smartphone dele para entender o problema? Evitar tais situações é possível com o produto da Huawei, que utiliza nossa distribuição de big data FusionInsight, que armazena todo o conhecimento acumulado sobre o que aconteceu na rede, permitindo que se chegue à raiz de qualquer falha através de uma análise retrospectiva.
Dispositivos e sua conectividade são importantes. Mas para construir um campus verdadeiramente "inteligente", é necessário uma camada de software.
Antes de tudo, no HiCampus, uma plataforma em nuvem é utilizada em cima do nível físico. Ela pode ser privada, pública ou híbrida. Sobre ela, são implementados serviços para trabalhar com dados. Toda essa combinação de software forma a plataforma digital. Do ponto de vista conceitual, ela se baseia nos princípios de Relacionamento, Abertura, Multi-Ecosistema, Qualquer-Conexão — abreviados como ROMA (sobre esses e sobre a plataforma como um todo, também haverá um webinar separado e um post em seguida). Ao garantir a conexão entre os componentes do ambiente, o Horizon o torna mais coeso, o que é confirmado tanto em métricas de negócios quanto no conforto dos usuários.
Por sua vez, o centro de operação inteligente da Huawei IOC (Intelligent Operation Center) tem a missão de monitorar a "saúde" do campus, a eficiência energética e a segurança, e principalmente, fornece uma visão geral do que acontece no campus. Por exemplo, através de um diagrama visual (veja ) será possível ver que uma câmera reagiu a um fator alarmante, e você pode rapidamente obter uma imagem dela. Se ocorrer um incêndio, é fácil verificar, através de sensores RFID, se todas as pessoas deixaram o local.
E graças ao fato de que pontos de acesso Huawei podem ser conectados a módulos adicionais que funcionam por RFID, ZigBee ou Bluetooth, não é difícil criar um ambiente que monitore ativamente a situação no campus e sinalize uma variedade de problemas. Além disso, com o IOC, é fácil realizar a inventário de ativos em tempo real, e, no geral, tratar o campus como uma unidade inteligente abre uma infinidade de oportunidades.
Certamente, fornecedores individuais no mercado podem oferecer algumas soluções semelhantes às que fazem parte do HiCampus, por exemplo, acesso totalmente óptico. No entanto, ninguém possui uma arquitetura completa com as principais vantagens que tentamos destacar neste post.
E por último, não esqueça que é possível obter mais informações sobre nossas soluções para smart campus, e até mesmo experimentá-las, no site do nosso projeto. .
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E não se esqueça de nossos numerosos webinars, realizados não apenas no segmento de língua russa, mas também em âmbito global. A lista de webinars para as próximas semanas está disponível em .
Fonte: habr.com
