Page History

Содержание

Введение

Данный документ описывает применение устройств Инфинет для обеспечения устойчивой беспроводной связью подвижные объекты в различных сценариях. В частности, представлен базовый проект и рассмотрены особенности его реализации для горнодобывающей промышленности, железнодорожного и водного транспорта.

...

Решение задач создания сети, описанных выше, представлено на рисунке 2. Решение удобно разделить на четыре компонентыкомпонента:

• Опорная сеть предприятия.
• Узел агрегации.
• Опорная радиосеть.
• Область нахождения объекта.

Опорная радиосеть состоит из нескольких базовых станций (БС), объединённых проводной инфраструктурой. Каждая БС может состоять из одного или нескольких секторов, совокупность диаграмм направленности антенн которых формирует зону действия радиосети. В качестве АС и секторов БС могут использоваться устройства семейств InfiMAN 2x2, InfiMAN Evolution. Следует иметь в виду, что для объединения нескольких БС могут использоваться беспроводные каналы связи или смешанная инфраструктура.

...

• Устройства семейства InfiLINK 2x2: до 280 Мбит/с.
• Устройства семейства InfiLINK XGEvolution: до 670 Мбит/с.
• Устройства семейств Vector 5 и Vector 6: до 500 650 Мбит/с.
• Устройства семейства InfiLINK XG 1000 Vector 70 : до 1000 480 Мбит/с.
• Устройства семейства InfiLINK XG: до 500 Мбит/с.
• Устройства семейства InfiLINK XG 1000: до 1000 Мбит/с.

На каждом подвижном объекте устанавливается одна абонентская станция (АС), в конфигурацию которой добавляются радиопрофили для каждого из секторов БС. Принцип работы заключается в возможности переключения АС между БС по ходу движения объекта. Поскольку секторы БС обеспечивают покрытие всей области, в которой может находиться АС, то АС в любой момент времени находится в зоне действия одной из БС. Как только радиопараметры текущего подключения ухудшатся, АС разорвёт радиоканал и выполнит подключение к другому сектору.  Так, при перемещении объекта из точки А в точку B на рисунке 2, АС последовательно подключается к одному из секторов БС1, БС2, БС3 и БС4.

Следует иметь в виду, что АС не может быть одновременно подключена к двум БС, т.к. в устройстве используется один радиомодуль, поэтому переключение АС между БС сопровождается кратковременным разрывом связи. К одному сектору БС может быть одновременно подключены несколько АС, поэтому в качестве сектора БС и АС используется оборудование семейства InfiMAN 2x2.

...

• Сервис сбора телеметрии, телефонии и организация дистанционного управления чувствительны к задержкам и джиттеру, поэтому они требуют кропотливой конфигурации тщательной настройки правил распределения трафика по классам. Минимизация джиттера для чувствительных сервисов может быть достигнута с помощью использования ПО с поддержкой технологии TDMA на устройствах семейства семейств InfiMAN 2x2 и InfiMAN Evolution. Сравнительный анализ методов множественного доступа Polling и TDMA приведён в документе TDMA и Polling: особенности применения в беспроводных сетях.
• Сервис видеонаблюдения, помимо требований к задержке,  предъявляет требования к полосе пропускания в восходящем канале от АС к БС. Устройства семейства InfiMAN 2x2 и InfiMAN Evolution поддерживают метод множественного доступа с временным разделением TDMA, позволяющий администратору гибко распределять доступную полосу между восходящим и нисходящим каналами.
• Использование единой инфраструктуры для предоставления набора различных сервисов требует гибкого распределения доступной полосы между ними.

...

Частотное планирование - комплексный творческий процесс, результатом которого является карта размещения устройств с базовыми настройками радио. Удобным инструментом радиопланирования и оценки в котором определяются:

1. Координаты установки.
2. Высота подвеса, азимут и угол места антенны.
3. Модели устройств.
4. Частотные каналы и излучаемая мощность.

Результатом частотного планирования является карта размещения устройств с базовыми настройками радио. Удобным инструментом радиопланирования и оценки потенциальной производительности и параметров радио является InfiPLANNER.

...

1. Регуляторными ограничениями: радиочастотное регулирование определяется на законодательном уровне. Как правило, выделяется диапазон частот, разрешённый для свободного использования с определёнными ограничениями (излучаемая мощность, высота подвеса антенны и т.д.), и диапазон частот, для использования которых необходимо получать разрешение.
2. Возможностями радиомодуля: радиомодуль беспроводного устройства поддерживает ограниченный набор излучаемых частот, это следует учитывать при проектировании.
3. Физическими особенностями распространения электромагнитных волн: дальность распространения, влияние осадков и взаимодействие с препятствиями электромагнитной волны определяется её частотой, что необходимо иметь в виду при предварительных расчётах. Эффекты, проявляющиеся при распространении радиоволн, подробно описаны в онлайн-курсе "Основы беспроводных сетей".
4. Уровнем интерференции: работа сторонних беспроводных устройств оказывает существенное влияние на производительность системы, поэтому должна учитываться при проектировании. На уровень интерференции влияет мощность излучения и выбранные частотные каналывыбор частотных каналов, используемых на сторонних устройствах, работающих в данной местности. Помимо интерференции от сторонних устройств, влияние могут оказывать сектора соседних или этой же БС. Уменьшение интерференции от собственных устройств может быть достигнуто за счёт использования разных частотных каналов. Рекомендации по соблюдению частотного разноса при проектировании приведены в документе TDMA и Polling: особенности применения в беспроводных сетях. Особое внимание на выбор частотных каналов следует обращать в многосекторных конфигурациях проектов с подвижными объектами для того, чтобы минимизировать влияние секторов БС друг на друга.

Примеры распределения частот в рассматриваемой схеме представлены ниже. Рисунок 3а иллюстрирует схему, в которой используется 4 частотных канала, по одному выделенный частотный канал для каждого сектора БС. Такой подход приводит к необходимости выделения 4 частотных каналов.

Рассмотрим оптимизированную схему (рисунок 3б).Поскольку положение секторов выбрано таким образом, что диаграммы направленности БС1 и БС3, БС2 и БС4 попарно не пересекаются, то они не будут интерферировать друг с другом. Это позволит оптимизировать используемый частотный ресурс, уменьшив число частотных каналов с 4 до 2 (см. рисунок 3б)2.

...

Положение устройства в пространстве определяет параметры фактические показатели качества беспроводного канала связи. Положение устройства определяется:

...

В проектах с подвижными объектами следует учитывать направленные свойства антенн устройств. Если БС статичны и область радиопокрытия является постоянной, то диаграмма направленности антенны подвижного объекта может сильно влиять на конечный сервис и её выбор качество связи. В продуктовом портфеле компании Инфинет представлены устройства с интегрированными антеннами и возможностью подключения внешних антенн, выбор устройства определяется спецификой проекта.

...

MINT (Mesh Interconnection Network Technolohy - технология построения сетей с произвольными связями) - фирменная технология компании "Инфинет", используемая в устройствах семейств InfiLINK 2x2, InfiMAN 2x2, InfiLINK Evolution и InfiMAN 2x2Evolution, обеспечивающая передачу данных между устройствами по беспроводным и проводным каналам связи.

...

Рассмотрим описанное выше решение в контексте областей MINT (см. рисунок 4). Между устройствами Master и Slave установлен радиоканал и они образуют область MINT 5. Каждый из секторов БС1, БС2, БС3 и БС4 потенциально готов установить радиоканал с АС, установленной на подвижном объекте, образовав отдельную область MINT с соответствующим идентификатором.

...

Следует понимать, что протокол MINT предназначен для обмена данными в рамках области MINT. Данные вне области MINT могут быть переданы с помощью других канальных протоколов, например Ethernet, т.е. каждое из беспроводных устройств АС и каждый из секторов БС является шлюзом между MINT и Ethernet. Таким образом, в представленной схеме будет выполнена передача данных между центром управления и подвижным абонентом, но это потребует настройки В представленной схеме обмен данными осуществляется между подвижным объектом и центром управления, т.е. кадр в прямом и обратном направлениях пройдёт через несколько Ethernet-сегментов и областей MINT. Таким образом настройка коммутационных групп на каждом из устройств является обязательным условием передачи данных:

switch group 1 add eth0 rf5.0
switch group 1 start
switch start

...

mint rf5.0 -extracost 1000

mint rf5.0 -fixedcost 1000

Настройка и поддержка передачи данных и QoS на каждом из беспроводных устройств является трудоёмкой задачей, которую можно упростить, расширив область MINT. Ниже будут рассмотрены схемы, позволяющие снизить затраты на настройку и эксплуатацию беспроводных устройств за счёт объединения их в единую область MINT.

Anchor
unified_mint_mux unified_mint_mux

Схема объединения секторов в одну MINT-область через InfiMUX

Главным недостатком представленного выше решения является необходимость конфигурации коммутационных групп на всех беспроводных устройствах. Поскольку группа коммутации является шлюзом между MINT и Ethernet, то можно объединить все БС опорной радиосети в единую область MINT, закрепив функцию шлюза за коммутатором InfiMUX (см. рисунок 5). В этом случае группу коммутации необходимо будет настроить только на InfiMUX. Необходимость объединения устройств в единую область MINT и преимущества такой схемы рассматриваются в онлайн-курсе "Коммутация в устройствах семейств InfiLINK 2x2 и InfiMAN 2x2".

Center
Image Modified Рисунок 5 - Объединение опорной радиосети в единую область MINT в схеме организации связи с подвижными объектами

...

Одним из решений данной задачи является объединение каналообразующих устройств магистрали в единую область со всеми остальными устройствами (см. рисунок 6). Данное решение реализуемо только при использовании на магистральном канале связи устройств семейства семейств InfiLINK 2x2 или InfiLINK Evolition. В этом случае единые правила классификации трафика, настроенные на Master, будут справедливы в рамках всей области MINT. Кроме того, функции шлюза между MINT и Ethernet могут быть перенесены на устройство Master, а вместо InfiMUX может быть использован любой коммутатор. Объединение областей выполняется по аналогии с рассмотренной выше конфигурацией.

...

При попытке установить соединение, ведомое устройство циклично перебирает радиопрофили, добавленные в его конфигурацию. Как только один из профилей подходит для установки радиоканала, создаётся связь с ведущим устройством и подбор перебор профилей прекращается. В случае, если в конфигурации создан профиль с автоматическим выбором частоты, ведомое устройство пытается установить соединение с ведущим, перебирая частоты, поддерживаемые радиомодулем. Список частот, перебираемый ведомым устройством может быть ограничен конфигурацией пользовательской частотной сетки.

Пример настройки пользовательской сетки частот через CLI (для интерфейса rf5.0 указывается диапазон частот от 5000 МГц до 5100 МГц с шагом 10 МГц, которые могут быть использованы в качестве центральной частоты канала при ширине канала 20 МГц):Image Removed

rf rf5.0 grid 20 5000-5100/10

Очевидно, что установка связи может оказаться длительной операцией при использовании режима автоматического выбора частоты на ведомом устройстве из-за широкого диапазона частот, поддерживаемых радиомодулем. В рассматриваемых сценариях с роумингом это неприемлемо, поэтому рекомендуется в конфигурации АС создавать отдельные радиопрофили для каждого из секторов БС опорной радиосети.

...

• Активируйте DFS на устройстве с ролью "ведущий":

  Code Block
  language text theme Emacs title Активация DFS
  dfs rf5.0 dfsonly dfs rf5.0 freq auto

• Активируйте DFS и Radar detection на устройстве с ролью "ведущий":

  Code Block
  language text theme Emacs title Активация DFS и Radar detection
  dfs rf5.0 dfsradar dfs rf5.0 freq auto

• Активируйте поддержку iDFS на Instant DFS на устройствах с ролью "ведущий" и "ведомый":

  Code Block
  language text theme Emacs title Активация iDFS
  mint rf5.0 -idfs

...

Под частотным роумингом в этом документе понимается изменение рабочей частоты установленного радиоканала, т.е. смена рабочей частоты выполняется на обоих устройствах.

Механизм Работа механизма частотного роуминга тесно сопряжён сопряжена с технологией функцией Instant DFS, поскольку, при обнаружении частотных каналов с меньшим уровнем интерференции, чем на текущем, сектор БС в режиме PtMP или ведущее устройство должно в режиме PtP должны выполнить смену рабочей частоты. При этом подключенные к ним устройства, с которыми у ведущего установлен радиоканал, также должны выполнить смену частотного канала. Поведение устройств при частотном роуминге определяется значением параметра "roaming":

• leader: устройство определяет новый частотный канал и рассылает служебные сообщения другим устройствам для смены рабочей частоты. Целесообразно данную функцию назначить на устройство с активированной опцией функцией DFS/iDFSInstant DFS.
• enable: устройство, получив команду на смену рабочей частоты от "leader", выполняет переход на новый частотный канал.
• disable: устройство, получив команду на смену рабочей частоты от "leader", игнорирует её.

В рассматриваемом решении не используется технология DFS, однако в проектах, где необходимо использование DFS/iDFSInstant DFS, целесообразно настроить секторы БС настроить как "roaming leader", а АС - как "roaming enable".

Настройка через CLI:

• Активируйте роуминг на устройстве с ролью "ведущий":

  Code Block
  language text theme Emacs title Конфигурация сектора БС
  mint rf5.0 roaming leader

• Активируйте роуминг на устройстве с ролью "ведомый":

  Code Block
  language text theme Emacs title Конфигурация АС
  mint rf5.0 roaming enable

• Перезапустите интерфейс радио rf5.0 на устройствах с ролями "ведущий" и "ведомый":

  Code Block
  language text theme Emacs title Конфигурация АС и БС
  mint rf5.0 restart

Важно отметить, что ведомое устройство с "roaming enable", получив команду на смену рабочей частоты от "roaming leader" выполнит переход в другой частотный канал даже в том случае, если в конфигурации ведомого устройства не будет соответствующего радиопрофиля. При этом, после перезагрузки, ведомое устройство не сможет установить радиоканал, т.к. будет руководствоваться набором радиопрофилей, добавленных в конфигурацию.

...

Главным недостатком механизма роуминга является то, что АС , после разрыва канала связи с БС1, пытается восстановить это соединение и, только после нескольких неудачных попыток, выполняет будет стремиться сохранить подключение к БС1 пока сигнал не будет потерян, только после разрыва соединения выполнит поиск других БС для установления установки радиоканала. Устройства Инфинет поддерживают фирменную функцию MultiBS, позволяющую ускорить этот процесс.

...

1. Между АС и БС1 установлен радиоканал.
2. Автомобиль перемещается и параметры радиоканала между АС и БС1 ухудшаются. АС разрывает канал связи с БС1. Несмотря на то, что радиоканал между АС и БС1 может быть использован для передачи данных, АС замечает отрицательный тренд и превентивно разрывает канал связи.
3. АС выполняет поиск устройств, с которыми можно установить радиоканал.
4. АС находит один из секторов БС2 и пытается установить канал связи с этим устройством.
5. АС устанавливает радиоканал с одним из секторов БС2.
   
   

Активация функции MultiBS выполняется следующим образом:

Image Removed

...

образом:

mint rf5.0 roaming enable multiBS

Функция Global

Рассмотрим сценарий, в котором была повреждена кабельная трасса между InfiMUX и инжектором питания БС1 (см. рисунок 7), т.е. питание к БС1 подведено и устройство готово устанавливать радиосоединения, но передача данных в центр управления невозможна.

Автомобиль с установленным комплектом АС начинает движение по траектории из точки А в точку B. Находясь в зоне действия БС1, АС устанавливает с ней радиоканал. Поскольку кабельная трасса повреждена, то данные между подвижным объектом и центром управления не передаются. Двигаясь вдоль траектории, подвижный объект попадает в область, когда существует возможность подключиться к БС2, однако но параметры установленного канала связи с БС1 удовлетворительны и АС не выполняет роуминг между БС. Без настроенной опции функции MultiBS, АС будет поддерживать связь с сектором БС1 до момента выхода из зоны радиопокрытия сектора БС1.

Фирменная опция функция Global позволяет избежать подобной ситуации. В случае, если в конфигурации АС активирована опция функция Global, то АС будет устанавливать радиоканал только с устройствами, на которых тоже активна опция функция Global. Кроме того, устройства в одной области MINT могут выполнять проксирующую функцию по отношению к устройствам с активированной опцией функцией Global. Таким образом, если в конфигурации InfiMUX и АС активировать опцию функцию Global, то все БС в момент установления радиоканала будут сообщать АС о том, что через них доступен InfiMUX, у которого активирована опция Globalфункция Global. Если между БС1 и InfiMUX повреждена кабельная трасса, то БС1 не будет сообщать АС о доступности InfiMUX, т.е. АС не установит радиоканал с БС1.

Использование опции функции Global позволяет повысить отказоустойчивость опорной радиосети, однако её использование будет иметь эффект только при соответствующем радиочастотном планировании - области покрытия секторов должны быть выполнены с перекрытием.

Настройка устройств через CLI:

• Активируйте опцию функцию Global на АС:

  Code Block
  language text theme Emacs title Активация опции функции Global на АС
  mint rf5.0 roaming enable global

• Активируйте опцию функцию Global на InfiMUX:

  Code Block
  language text theme Emacs title Активация опции функции Global на InfiMUX
  mint prf0 roaming enable global

Anchor
min_max min_max

Параметры управления процессом установления радиоканала

Одним из механизмов, позволяющим влиять на установление и разрыв радиоканала являются пороговые значения механизмов, определяющим момент разрыва связи с одним сектором и установления связи с другим сектором, является оценка пороговых значений SNR. В конфигурации беспроводных устройств выделяют два пороговых значения:

...

Одним из факторов, влияющих на параметры канала связи с подвижным объектом, является степень актуальности таблицы перенаправления кадров MINT. Поскольку речь идёт о таблице перенаправления MINT, то данная настройка может быть применена только на устройствах семейств InfiLINK 2x2, InfiMAN 2x2, InfiLINK Evolution и InfiMAN 2x2Evolution. В конфигурации устройств можно установить интервал обновления записей таблицы перенаправления MINT, выбрав одно из трёх значений параметра "mode":

• fixed: обновление таблицы перенаправления выполняется с интервалом 3 секунды. Данный режим предназначен для организации каналов связи со статичными объектами.
• nomadic: обновление таблицы перенаправления выполняется с интервалом 1,5 секунды. Данный режим предназначен для организации каналов связи с подвижными объектами малой скорости.
• mobile: обновление таблицы перенаправления выполняется с интервалом 1 секунда. Данный режим предназначен для организации каналов связи с подвижными объектами.

АС с активированной опцией функцией MultiBS, как показано выше, выполняет сравнение текущих показателей радиоканала с максимально достигнутыми. Возможен сценарий, в котором параметры радиоканала резко ухудшатся из-за кратковременного влияния помехи и так же резко восстановятся. АС разорвёт связь с БС в соответствии с алгоритмом работы опции функции MultiBS, несмотря на то, что ухудшение параметров радиоканала носило кратковременный характер. Выбор значения параметра "mode" влияет на анализ радиопараметров при активированной опции функции MultiBS, задавая временной интервал оценки. Таким образом устройство со значением параметра "mode fixed" выполняет оценку радиопараметров на интервале трёх секунд и более устойчиво к разрыву радиоканала в условиях кратковременных помех, чем устройство со значением "mode mobile".

Установка значения параметра mode в конфигурации устройства может быть выполнена следующим образом:

• Установите режим fixed на устройствах с ролью "ведущий" и "ведомый":

  Code Block
  language text theme Emacs title Конфигурация режима fixed
  mint rf5.0 -mode fixed

• Установите режим nomadic на устройствах с ролью "ведущий" и "ведомый":

  Code Block
  language text theme Emacs title Конфигурация режима nomadic
  mint rf5.0 -mode nomadic

• Установите режим mobile на устройствах с ролью "ведущий" и "ведомый":

  Code Block
  language text theme Emacs title Конфигурация режима mobile
  mint rf5.0 -mode mobile

Anchor
two_abonent two_abonent

Использование двух абонентских устройств на объекте

Активация опции функции MultiBS, как показано выше, ускоряет роуминг АС между БС, однако, в любом случае, роуминг сопровождается кратковременным перерывом связи. Избежать перерыва связи позволяет использование двух АС на подвижном объекте, объединённых с помощью InfiMUX. В этом случае каждая из АС будет независимо устанавливать радиоканал с БС, а InfiMUX будет принимать решение по выбору канала связи для пересылки данных.

...