Mesh-сети: технологии, приложения, оборудование

 ограниченность  частотного ресурса (частотные  диапазоны 802.11 в крупнейших городах  России практически исчерпаны);

 необходимость  подтверждения результатов радиочастотного  планирования практическими исследованиями состояния радиообстановки в зоне развертывания сети (наличие незарегистрированных пользователей);

 организация  размещения точек доступа в  максимальной близости от абонентов,  обеспечение круглосуточного электропитания  и т.д.  
 
 

В качестве примера можно привести Mesh-сеть компании "Голден Телеком", разворачиваемую в Москве и насчитывающую до 3500 точек доступа. Не менее крупные проекты на момент написания этой статьи находятся в стадии реализации в г. Тайбэй и Македонии (в Македонии поставлена задача организовать полное покрытие сетями Wi-Fi 40 городов, то есть всей территории страны площадью более 1500 км2). 

 На рис. 2 показана  принципиальная схема размещения  элементов Mesh-сети в условиях  городской застройки. Типовое  решение для мобильных абонентов предполагает монтаж точек доступа на уровне 10-12 метров, вдоль улиц на столбах городского освещения, опорах светофоров, кабельных растяжках и т.д. 

Муниципальные сети 

Mesh-топология  позволяет реализовать уникальные  по своим возможностям сети  муниципального назначения, ориентированные на службы оперативного реагирования (милиция, "Скорая помощь", МЧС). На рис. 3 показана принципиальная схема организации такой зоны (одним из требований является наличие производителей мобильных роутеров, монтируемых в автомобилях). 

 Основу сети  составляют узловые и абонентские  точки доступа, размещаемые на  улице (как правило, вдоль дорог)  и организующие зоны информационного  покрытия, в которых обеспечивается  подключение абонентов со стандартными Wi-Fi-адаптера-ми. Дополнительно точки доступа могут использоваться для организации управления движением (светофоры) и сбора видеоинформации, с подключением видеокамер по проводному или беспроводному интерфейсу. Подключение пользователей, расположенных внутри помещений, к внешней сети производится с помощью внутри-офисных точек доступа, которые характеризуются пониженной выходной мощностью и "комнатным" исполнением корпуса. 

 Наибольший  интерес представляют мобильные  точки доступа, предназначенные  для эксплуатации в автомобилях.  Использование этих устройств не только увеличивает радиус действия между точками доступа до 800-1200 метров, но и позволяет организовать:

 информационное  обеспечение пользователей внутри  автомобиля при проводном или  беспроводном подключении конечных  устройств (ноутбук, PDA и т.д.);

 информационное  покрытие в радиусе 300 м вокруг  автомобиля для абонентов со  стандартными Wi-Fi-адаптерами 802.1 1b/g;

 контроль  положения автомобиля при использовании  встроенного в точку доступа  GPS-приемника. 

 Применение  мобильных точек доступа позволяет организовать оперативное расширение зоны покрытия или увеличение информационной емкости сети за счет концентрации оборудованных автомобилей в "горячих точках". Механизмы самоорганизации Mesh-сети позволяют за минимальное время (определяемое временем прибытия автомобилей, оборудованных Mesh-точками доступа) организовывать зону Wi-Fi c передачей оперативной аудио- и видеоинформации на центральный пульт. 

 Анализ создания  и развития Mesh-сетей показывает, что существует устойчивая тенденция объединения абонентских и муниципальных сетей. Зачастую сети, построенные по муниципальному заказу, дополняются впоследствии точками доступа и эксплуатируются операторами в объединенном "муниципально-абонентском" режиме. 

 Технологические  сети 

 Высокий уровень  автоматизации современного производства  требует передачи больших объемов  контрольной и управляющей информации. С появлением на рынке первичных  преобразователей и микроконтроллеров  со встроенными модулями Wi-Fi беспроводные решения при организации технологических сетей становятся все более востребованными. 

 В первую  очередь это касается многоуровневых  сетей передачи данных, предназначенных  для современных транспортных  систем. Функциональные возможности таких систем включают в себя сбор информации об объекте (техническое состояние, идентификация груза), передачу видеоизображений систем безопасности и т.д. Уже реализовано несколько проектов Mesh-сетей на железнодорожном транспорте. Типовыми задачами таких проектов являются организация абонентского доступа и передача технологической информации в поездах. Точки доступа, расположенные вдоль железнодорожного полотна, обеспечивают организацию зон Wi-Fi в вагонах поезда, следующего со скоростью до 300 км/ч. 

 Оборудование 

 На сегодняшний  день большую часть рынка Mesh-оборудования  занимают sturtup-компании, однако ситуация  очень быстро меняется. Компании Cisco, Motorola, Nortel, Proxim, Alvarion (организация  транспортных каналов) - вот далеко  не полный перечень известных производителей, все более активно работающих в секторе Mesh-оборудования. 

 Все представленное  на рынке оборудование можно  условно разделить на 3 группы:

 группа №  1 - Single-радиосистемы с одиночным  радиоблоком, использующие антенны  круговой диаграммы направленности;

 группа №  2 - Dual-радиосистемы с двумя радиоблоками, использующие антенны круговой  диаграммы направленности;

 группа №  3 - Multi-радиосистемы, использующие раздельные  радиоблоки для организации транспортного  и абонентского доступа с применением направленных антенн. 

 Основные  технические характеристики оборудования  приведены в таблице. 
 
 

 Группа №  1. Single-радио 

 При использовании  Single-радио один радиомодуль в  частотном диапазоне (2,4 ГГц) применяется  для организации абонентского доступа и транспортного канала между точками. Учитывая плотность установки точек доступа и ограниченность частотного ресурса, для исключения их взаимного влияния требуется очень тщательное частотное и структурное планирование сети. Число переходов (hops) трафика между точками доступа должно составлять не более 3-4, что ограничивает возможности масштабирования сети в пределах одного кластера при организации сервисов реального времени. Несмотря на указанную специфику, Mesh-сети, построенные на оборудовании 1-й группы, лидируют по присутствию на рынке. Оборудование характеризуется низкой стоимостью и является наиболее эффективным для создания зон покрытия малого масштаба. 

Самым заметным представителем этой группы является компания Tro-pos Networks (США), крупнейший производитель оборудования топологии Mesh5. Tropos выпускает линейку оборудования, в состав которой входят точки доступа 5210 (стационарная), 4210 (мобильная) и 3210 (внутриофисная). Все модели выполняют сетевые функции на уровне Layer3. Характеристики чувствительности являются одними из лучших среди оборудования с топологией Mesh. Оборудование оптимизировано для построения сетей муниципального назначения. Возможно подключение узловых точек по беспроводной схеме с использованием Canopy (Motorola) или Breeze Access VL (Alvarion). Система самотестируется и создает динамические таблицы оптимального маршрута трафика. При этом обратный маршрут выбирается по критерию максимальной полосы пропускания. 

 Группа №  2. Dual-радио 

 При использовании  Dual-радио применяются раздельные радиомодули для организации абонентского доступа (2,4 ГГц) и транспортного канала (5,8 ГГц). Подобное решение позволяет избавиться от интерференционных помех при передаче информации между точками, что упрощает частотное планирование сети и повышает производительность системы по транзитному трафику за счет "переноса" транспортного канала в другой частотный диапазон. 

Оборудование 2-й  группы выпускают почти все производители Mesh (Aruba, BelAir, Cisco, Motorola, Nortel, Proxim, SkyPilot, Tropos и др.). 

 Среди технических  решений следует отметить оборудование Nortel Networks, использующее до 6 направленных  антенн на транспортном канале, что позволяет увеличить расстояние  между точками доступа, Aruba Networks применяет  центральный контроллер Aruba (Aruba Mobility Controller) для повышения безопасности сети.

 Компания Motorola заявила, что оборудование Motomesh, использующее технологию MeshConnex, будет  поддерживать окончательную версию  стандарта Mesh-сетей 802.11s. При этом  предполагается модернизация уже существующих сетей путем обновления программной части системы по эфиру. 

 Группа №  3. Multi-радио 

 Оборудование  третьей группы (BelAir, SkyPilot, Strix Systems и  др.) наиболее интересно по архитектурному  решению. Оно построено по модульному принципу с использованием от 4 до 6 радиоблоков. Это позволяет (так же, как и в решениях Dual-радио) организовать разделение абонентского и транспортного потоков. Однако эффективность решения Multi-радио повышается за счет разделения входящего и нисходящего транспортных потоков при увеличения общего числа "транспортных" радиомодулей. 

Модульная архитектура (на практике это набор плат, монтируемых  в типовом корпусе) допускает  оперативную замену радиомодулей и  позволяет производить простую  модернизацию всей сети по мере развития технологической и элементной базы, включая переход на новые стандарты (Wi-МАХ). 

BelAir Networks (Канада) предлагает линейку оборудования, основу которой составляют три  типа Outdoor-точек доступа BelAir50c, BelAir100, BelAir200, относящихся с разным группам оборудования (single-dual-multi radio). В зависимости от модели в устройствах установлено от 1 до 4 радиомодулей. Старшая модель (Bel-Air200) обеспечивает полнодуплексный транспорт и абонентский доступ и реализует функции организации сети на уровне Layer2 и Layer3. Широкий спектр оборудования позволяет "гибко" планировать Mesh-сеть в зависимости от предполагаемого трафика. В зонах максимального транзитного трафика (центр) могут размещаться точки доступа Multi-радио, а на периферии - Single-радио. 

Stryx Systems Inc. (США)  наряду с традиционными решениями  для сетей с топологией Mesh активно  работает в сегменте задач,  требующих информационного обеспечения  быстродвижу-щихся объектов (до 300 км/ч), например железнодорожного транспорта. Особенностью оборудования является динамический выбор каналов передачи, что позволяет снизить влияние интерференционных помех на работу сети с топологией Mesh. Для повышения безопасности сети Stryx (в отличие от конкурентов) использует удаленный сервер идентификации пользователя. Все модели выполняют сетевые функции на уровне Layer3 с поддержкой большинства существующих коммутационных и маршрутизирующих сетевых протоколов. 

Компания SkyPilot позиционирует  свое оборудование как оборудование Mesh следующего 4-го поколения. Отличительной его особенностью является использование синхронных протоколов для организации транспортных каналов. В решениях используются 8-секторные антенны. Каждый сектор устанавливает связь в TDD-режи-ме "точка - точка" с использованием GPS для синхронизации секторов. 

Перспективы и  шансы на успех 

 Внедрение  новых спецификаций стандарта  Wi-Fi (особенно 802.1 1n) обещает существенное  увеличение скорости передачи  информации, что в полной мере  может компенсировать недостатки  стандарта (коллизион-ность доступа, проявляющаяся в наибольшей степени в условиях высокой загруженности сети). 

Учитывая преимущества WiMAX, следует ожидать, что этот стандарт начнет активно конкурировать с Wi-Fi при организации Mesh-сетей, но не ранее появления дешевых абонентских устройств. При этом трудно ожидать полного замещения технологий из-за ограничений WiMAX на производительность (Мбит/с), заложенных в 802.16. В таких условиях неизбежно совместное существование и взаимная интеграция сетей. 

 Усложнение Mesh-систем по мере увеличения их масштаба и необходимость объединения с альтернативными сетями (GSM, 3G, WiMAX и т.д.) потребуют создания более сложных систем управления, основанных на централизованных решениях. Коммерческая эффективность объединенных сетей "муниципально-абонент-ского" доступа приведет к росту их числа и потребует создания более эффективных решений, обеспечивающих безопасность муниципального сектора сетей. 

 Для России  ожидаемым сектором строительства  Mesh-сетей являются крупные мегаполисы (спальные районы и деловой центр) и коттеджные поселки. Проблемы организации таких сетей связаны в первую очередь с частотными ограничениями. В отличие от стран с "открытыми" диапазонами стандарта 802.11, в России при построении внешних сетей необходимо получение Решений ГКРЧ и частотных разрешений. При построении внутренних сетей процедура упрощена: если оборудование указано в Приложении № 2 Решения ГКРЧ № 04-03-04-003 от 06.12.2004 или внесено в перечень оборудования последующими решениями ГКРЧ, то достаточно регистрации сети в местном радиочастотном центре. 

 Учитывая  политику, проводимую Мининформсвязи  России [5], следует ожидать, что  границы между топологией традиционных  решений ШПД (особенно в

 приложении  стандарта WiMAX для частотных диапазонов 2,4; 3,5; 5,8 ГГц) и Mesh при реализации в России будут постепенно размываться.