Page History

...

Content

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.

Постановка задачи

Рассмотрим базовый сценарий (см. рисунок 1), который предусматривает передвижение одного или нескольких объектов по территории предприятия вдоль заданной траектории между точками A и B. На расстоянии от области, в которой может находиться подвижный объект, расположен центр управления сетью.

Целью проекта является организация надёжного беспроводного канала связи между центром управления и подвижными объектами для организации различных информационных сервисов, таких как сбор телеметрических данных, видеонаблюдение, телефония и т.д.

Для достижения поставленной цели должны быть решены две категории задач:

1. Создание сети:
   • Построение опорной радиосети. Покрытие опорной радиосети должно соответствовать области нахождения объекта.
   • Построение узла агрегации. Узел агрегации предназначен для объединения устройств опорной радиосети и является шлюзом между радиосетью и сетью предприятия.
   • Построение магистрального канала связи между узлом агрегации и центром управления.
2. Обеспечение отказоустойчивости и роуминга:
   • Обеспечение отказоустойчивости каналов связи на уровне доступа.
   • Обеспечение бесшовного абонентского роуминга в рамках опорной радиосети.
   • Обеспечение отказоустойчивости магистрального канала связи между узлом агрегации и центром управления.
   • Предусмотреть возможность внедрения политики качества обслуживания.

Решение

Создание сети

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

• 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 семейства InfiMAN 2x2. Следует иметь в виду, что для объединения нескольких БС могут использоваться беспроводные каналы связи или смешанная инфраструктура.

Объединение базовых станций выполняется в узле агрегации, в котором устанавливается коммутатор InfiMUX. Использование InfiMUX, как будет показано ниже, позволяет упростить конфигурацию устройств Инфинет за счёт объединения всех БС в единую MINT-область.

Между узлом агрегации и центром управления сетью организован магистральный канал связи. Выбор каналообразующих устройств определяется объёмом передаваемого трафика (см. Производительность устройств Инфинет ) и позволяет достичь следующих значений пропускной способности:

• Устройства семейства InfiLINK 2x2: до 280 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.

...

Introduction

This document describes the InfiNet devices ability to provide sustainable wireless connectivity with mobile objects in various scenarios. There is a basic project presented genarally and the features of its implementation for the mining industry, railway and water transport.

The task

Let's look at the basic scenario (Figure 1), which involves the movement of one or more objects throughout the enterprise area along a given path between points A and B. The network control center is located at a distance from the area there the moving object can be located.

The project goal is to organize a reliable wireless connectivity between the control center and mobile objects to provide various information services, such as telemetry data gathering, video surveillance, telephony, etc.

Two categories of tasks must be solved to achieve this goal:

1. Network establishment:
   • A backbone radio network creation. The coverage of the backbone radio network should correspond to the object movement area.
   • An aggregation node creation. The aggregation node is designed to join the backbone radio network devices and is a gateway between the radio network and the enterprise network.
   • To establish a backbone link between the aggregation unit and the control center.
2. Fault tolerance and roaming providing:
   • Ensuring the link fault tolerance at the access level.
   • Providing seamless subscriber roaming within the backbone radio network.
   • Ensuring fault tolerance of the main link between the aggregation unit and the control center.
   • Ensure the possibility of QoS policy implementation.

The solution

Network establishment

The solution of the network establishing problems described above is shown in Figure 2. The solution can be divided into four components:

• An enterprise network.
• An aggregation node.
• A backbone radio network.
• Object movement area.

The backbone radio network consists of several base stations (BS) joined by a wired infrastructure. Each BS can consist of one or several sectors, the combination of their antenna patterns forms the radio network coverage area. As CPEs and BS sectors, the InfiMAN 2x2 family devices can be used. Keep in mind that wireless links as well as combined infrastructure can be used to join several BSs.

The base stations are joined by the aggregation node where the InfiMUX switch is installed. As shown below, the InfiMUX simplifies the configuration of InfiNet devices by adding all BSs into a single MINT area.

A backbone link is established between the aggregation node and the network control center. The choice of channel-forming devices is determined by the transmitted traffic capacity (see Performance of the InfiNet Wireless devices) the following throughput values can be achieved:

• InfiLINK 2x2 family devices: upto 280 Mbps.
• InfiLINK XG family devices: upto 500 Mbps.
• InfiLINK XG 1000 family devices: upto 1000 Mbps.

One subscriber station (CPE) is installed on each mobile object, the configuration contains radio profiles for each BS sector. The operation principle is that CPE can switch the connections while moving between BS. Since the BS sectors provide coverage for the entire area in which the CPE can be located, the CPE is always in the coverage area of at least one BS. As soon as the radio parameters of the current connection deteriorate, the CPE breaks the radio link and connect to another sector. So, while the object moving from point A to point B (Figure 2) the CPE is connecting one by one to the sectors BS1, BS2, BS3 and BS4.

Keep in mind that CPE cannot be simultaneously connected to two BS, because the device has one radio module, so CPE switching between the BSs is accompanied by a short-term connectivity break. Several CPEs can be simultaneously connected to one BS sector.

Обеспечение отказоустойчивости и роуминга

Решение расширенного списка задач является дополнением описанной ранее инфраструктуры, позволяющее сделать её отказоустойчивой и более эффективной:

...

• Сервис сбора телеметрии, телефонии и организация дистанционного управления чувствительны к задержкам и джиттеру, поэтому они требуют 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 InfiMAN 2x2. 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 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.

Anchor
radio_planning radio_planning

Планирование радиосети

Каждая реализация рассмотренного решения уникальна и требует тщательного предварительного планирования. Это очень важный этап, которому следует уделить внимание, т.к. экономия ресурсов на этапе проектирования может сильно повысить расходы на эксплуатацию. В рамках данного документа будут рассмотрены вопросы радиочастотного планирования и размещения устройств.

Радиочастотное планирование

Частотное планирование - комплексный творческий процесс, в котором определяются:

...

Размещение устройств

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

...

В продуктовом портфеле Инфинет представлен широкий набор аксессуаров, в числе которых следует выделить комплекты крепления, позволяющие выполнять монтаж устройств в различных условиях с возможностью гибкой юстировки, и инструмент монтажника CAB-RV1, с помощью которого можно выполнить предварительную диагностику работы устройства.

Протокол MINT

Протокол канального уровня Ethernet разрабатывался для проводных сетей и в нём не учитывается специфика беспроводной среды. Производители беспроводных устройств могут использовать стандартные протоколы беспроводной передачи данных, например Wi-Fi, или использовать собственные разработки. Компания Инфинет развивает фирменный протокол передачи данных MINT, предназначенный для обмена данными в беспроводной среде.

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

Понятие области MINT

Одним из центральных понятий протокола MINT является область MINT. Областью MINT называется множество устройств, являющихся соседями, т.е. обмен данными между которыми осуществляется с помощью кадров MINT (см. урок "Протокол MINT" онлайн-курса "Коммутация в устройствах семейств InfiLINK 2x2 и InfiMAN 2x2").

...

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".

...

К преимуществам такого решения можно отнести упрощение конфигурации QoS, т.к. правила обработки трафика разных классов обслуживания настраиваются только на InfiMUX.

Схема с объединением секторов и магистрального канала в одну MINT-область

В схеме с объединением устройств опорной радиосети в единую область MINT есть недостаток в части политики качества обслуживания: используемые правила классификации трафика должны быть продублированы на InfiMUX и устройствах магистрального канала связи Master и Slave. Если эти правила не продублировать, то эффект от внедрения политики QoS может значительно снизиться.

...

Роуминг

Перемещение подвижного объекта, на котором установлена АС, в рамках опорной радиосети сопровождается переходом из зоны обслуживания сектора одной БС в зону действия другого сектора этой же или другой БС. Процесс переключения АС между секторами БС называется роумингом. Роуминг сопровождается разрывом радиоканала с первым сектором и установлением радиоканала со вторым.

...

Установление радиоканала

Радиоканал может быть установлен между двумя устройствами при выполнении следующих требований:

• Хотя бы одному из устройств назначена роль "ведущий". Возможны связи "ведущий-ведущий", "ведущий-ведомый". Архитектура решения предусматривает настройку секторов БС, как ведущих, а АС - как ведомых.
• В конфигурации АС создан радиопрофиль, соответствующий настройкам радио на БС.
• Параметры сигналов (RSSI, SNR и т.д.) позволяют выполнять обмен данными хотя бы на минимальной модуляции.

Радиопрофили

На устройствах с ролью "ведущий" может быть настроен только один набор радиопараметров, который будет использоваться для организации каналов связи. На устройствах с ролью "ведомый" может быть создано несколько радиопрофилей, либо один с возможностью автоматического выбора частоты. Настройка через CLI:

...

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.

Динамический выбор частоты

Устройства с ролью "ведущий" по аналогии с "ведомым" поддерживают режим динамического выбора частот (DFS). Устройства с поддержкой DFS перед выбором частоты выполняют сканирование доступных частотных каналов, оценивают уровень интерференции и наличие радаров. Среди частотных каналов, свободных от радаров, выбирается канал с минимальным уровнем интерференции, который устанавливается в качестве рабочего.

...

• 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 устройствах с ролью "ведущий" и "ведомый":

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

Частотный роуминг

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

...

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.

Anchor
multibs multibs

Функция MultiBS

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 поиск других БС для установления радиоканала. Устройства Инфинет поддерживают фирменную функцию MultiBS, позволяющую ускорить этот процесс.

...

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.

...

• Активируйте функцию Global на InfiMUX:

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

Anchor
min_max min_max

Параметры управления процессом установления радиоканала

Одним из 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:

...

mint rf5.0 -loamp 0

Режимы fixed/mobile/nomadic

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 и InfiMAN 2x2. В конфигурации устройств можно установить интервал обновления записей таблицы перенаправления MINT, выбрав одно из трёх значений параметра "mode":

...

• 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 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.

...

config save

Дополнительные материалы

Онлайн-курсы

1. Онлайн-курс "Основы беспроводных сетей".
2. Онлайн-курс "InfiPLANNER: инструмент планирования беспроводной сети".
3. Онлайн-курс "Коммутация в устройствах семейств InfiLINK 2x2 и InfiMAN 2x2".

White papers

1. Производительность устройств Инфинет.
2. Агрегация каналов, балансировка и резервирование.
3. TDMA и Polling: особенности применения в беспроводных сетях.
4. Динамический выбор частоты.

Вебинары

1. Вебинар "Монтаж, грозозащита и заземление оборудования Инфинет".
2. Вебинар "Типовые сценарии настройки коммутации на устройствах Инфинет".
3. Вебинар "Переиспользование частот, синхронизация на устройствах Инфинет".
4. Вебинар "1+1 с InfiNet Wireless: Резервирование и балансировка каналов связи".
   

Прочее

1. Продукция Инфинет.
2. Инструмент планирования беспроводных сетей InfiPLANNER.