Outdoor Wireless und Mesh Netzwerke Hermann klein, +49-89-89059784 hklein@proxim.com

Agenda Proxim Überblick Beispiele für Wireless Outdoor Anwendungen Besondere Anforderungen im Außenbereich Anwendungen mit Proxim Tsunami Mesh Networking

Proxim auf einen Blick 300 Angestellte: 125+ Entwickler 125+ Vertrieb & Marketing WiMAX Forum Gründungsmitglied und Board Member Gründungsmitglied der Wi-Fi Alliance Gegründet 1979, Anerkannt als führender, globaler Wireless Networking Hersteller Hauptquartier - Silicon Valley mit weltweiter Präsenz Unser Fokus: Wireless Netzwerke als primärer Netzwerkanschluss Wi-Fi Access Broadband Wireless Access, künftig WiMAX Standard FSO Nahtlose Mobilität Daten Sprache Bilder

Feste Wireless Outdoor Verbindungen Last Mile Access Metropolitan Area Networking Verbindungen auf dem Unternehmensgelände

Mobile Wireless Breitband Anwendungen Mobiler HotSpot Notfall-, Rettungs- oder Sicherheitskräfte Feste oder mobile Video-Überwachung

Flächendeckender Last Mile Access Zentraler Punkt und NOC mit MP.11s MP.11 und AP-4000 MP.11 und AP-4000 Hafen HotSpot Wohnhäuser Hotel Small Businesses Rathaus Campingplatz Hospital

“Hidden Node Problem” und WORP 802.11a/b/g Radios verwenden CSMA/CA (Collision Avoidance) zur Übertragung Dies setzt voraus, dass die Radios sich gegenseitig hören Mit Hilfe des RTS/CTS (Request to send/Clear to send) Mechanismus sollen Kollisionen verhindert werden Dennoch können mehrere Radios einen RTS senden während ein anderes überträgt. Dies führt zur Zerstörung der Daten und senkt die Performance bis zum kompletten Zusammenbruch des Netzwerks schon bei relativ wenig Teilnehmern Proxim’s WORP Polling Algorithmus verhindert diese Kollisionen WORP’s Polling passt sich an die Anzahl der Teilnehmer und Datenmengen dynamisch an Dadurch stellt WORP sicher, dass die Performance auch bei hoher Teilnehmerzahl und Last erhalten bleibt

WORP Super-packeting und Fragmentation Ethernet Frames haben nur 1514 data bytes. 60% der IP Pakete sind unter 100 data bytes. WORP sendet Pakete in 802.11 Frames mit max. 2304 Bytes WORP minimiert den Overhead via: Super-packeting Fragmentation Der Datendurchsatz bleibt unabhängig von der Paketgröße konstant hoch Paketstruktur WORP 802.11 Standard Ethernet Packet max size is 1518 Bytes: Dest MAC= 6 Source MAC= 6 Lenth.Type= 2 Data= 46-1500 CRC= 4 _____________ Total 1518 VLAN tagging Frame Format extensions: VLAN Tag= 4 Length/Type= 2 _______________ Total 1522

Proxim’s Tsunami MP. 11 Produktlinie Die Lösung für Outdoor Proxim’s Tsunami MP.11 Produktlinie Die Lösung für Outdoor Punkt-zu-Punkt Punkt-zu-Multipunkt

Tsunami MP.11 Multipoint System Subscriber Unit Base Station Unit POP Internet Base Station Unit (BSU) ist zentrale Kontrollstation Bis zu 250 Subscriber Units (SU) kommunizieren über die Base Station Unit BSUs und SUs sind zum Indoor-Netzwerk über Ethernet verbunden Funkverbindung über lizenzfreie 2.4 und 5 GHz Bänder

Proxim Tsunami Breitband Wireless Anwendungen Anschluss auf der letzten Meile/km Gebäudeverbindungen Sicherheit und Überwachung Generell: Backup oder Ersatz von Glasfaser oder Standleitungen Für Außen- und Innenmontage Installation in wenigen Stunden Amortisierung in wenigen Monaten Einheitliche Tsunami BWA Software Plattform Umfangreichste Funktionalität Robuste, sichere und leistungsstarke Breitbandverbindungen mit höchster Performance

Tsunami MP.11 BWA Software Plattform Festverbindungen und mobile Anwendungen Roaming für mobile Anwendungen OFDM – ermöglicht near-line-of-sight Bandbreitenkontrolle Synchron/Asynchron, Dynamisch VLAN QoS (v 2.3, Q4’05) Hohe Sicherheit AES und 802.1x Radius Authentifizierung Proprietäres WORP Proxim Wireless Outdoor Routing Protocol (WORP) – erhöhter Durchsatz und Reichweite Robuste Verbindungen mit dynamischer Anpassung an veränderliche Umwelteinflüsse Verhinderung von Kollisionen und des „Hidden-node“ Problems Erhöhter Datendurchsatz Bridging und Routing (Spanning-Tree) Building-to-building connectivity Voice & data backhaul Last mile access Business/residential access High-capacity multipoint connectivity Public Safety

Tsunami MP.11 5GHz Versionen PtMP bis 5 km, PtP 8km Reichweite Bis 24 Mbit/s Datendurchsatz 5,47 – 5,725 GHz, 11 unabhängige Kanäle Model 5054 Ruggedized (outdoor) Temperaturbereich –33° bis 60°C Base Station (BSU) Subscriber Unit (SU) mit N-Connector oder mit integrierter 23 dBi Antenne Akustische Hilfe zur Ausrichtung Incl. PoE Injektor Model 5054 Für indoor Montage BSU, SU mit N-Connector und PoE Power over Ethernet nach 802.3af Low-cost Residential SU mit Fensterantenne (für 8 Geräte) Reichhaltiges Antennenprogramm und Zubehör Model 5054-R Model 5054 (MP.11a)

Reichweiten/Bandbreiten in der EU Base Station POP Wireline Backhaul Richtwerte in nebenstehender Tabelle Tsunami Kalkulator Kalkulationstool zur genauen Bestimmung der Reichweite und Bandbreite abhängig von den verwendeten Komponenten Individuelle und wirklichkeitsnahe Planung

Tsunami QuickBridge.11 Model 2454-R und 5054-R Für Punkt-zu-Punkt mit 54MBit/s und über 10km Komplettpaket Zwei Radios mit eingebauter Antenne 2.4 GHz (2454-R) oder 5.25/ 5.47/ 5.725 GHz (5054-R) 18-dBi Antennen (2454-R) oder 23-dBi Antennen (5054-R) Vertikale und horizontale Polarisierung Intelligentes, aktives Heiz- und Kühlelement für einen erweiterten Temperaturbereich von –33° to 60° C PoE (Power Over Ethernet) Injektoren und Netzkabel Alle Befestigungsteile, CD und Manuals Zwei 50m wetterfeste Ethernet Kabel mit wasserdichten Abschlusskappen Tsunami BWA System ver 2.2 Optionales Zubehör PoE Lightning Arrestor (Blitzschutz)

Beispiele

FUNKITOWN, Bad Kreuznach Breitband Wireless Internet Entwicklung Start im September 2003 mit Tsunami Base Stations auf Fernsehturm Bad Kreuznach und Funkmast in Bingen/Rhein Weiterer Ausbau in insgesamt 19 Städte/Orte im Jahr 2004 Versorgung der Businesskunden mit Tsunami Systemen und garantierter Bandbreite Versorgung der Privatkunden größtenteils über von Tsunami versorgten Hotspots Verbindungen über bis zu 11 km Distanz bei 99,85% Verfügbarkeit Im März 2005 1.200 Kunden angeschlossen Tarife von €15 bis €1.000 monatlich

Studentenwohnheime Mainz Anforderung Verbindung zu Rechenzentrum und Internet für Wohnheime mit insgesamt 1500 Studenten Entfernungen von 1 bis 4,5 km Lösung Point-to-Point Links 22 Mbits/s Datendurchsatz je Link Entscheidungskriterien Kosteneinsparung Performance-Anforderungen Proprietäres WORP Protokoll ermöglicht hohen Durchsatz und Datensicherheit

Dublin City Council Verkehrsüberwachung Aufgabenstellung Erweiterte Verkehrsüberwachung ohne Budgeterweiterung: 180 Kreuzungen 1207 km Straßen 1000 Signale (Übergänge und Ampeln) Eircom Standleitungen kosteten bereits 1 Mio € im Jahr Lösung Ersatz der Standleitungen durch Point- to-Multipoint Lösungen Schnelle und kostengünstige Installation, keine Erdarbeiten Reduzierung der Betriebskosten brachte bereits den ROI im ersten Jahr Verlässliche, flexible und skalierbare Lösung

Mesh Networking

Was ist Mesh? Webster’s Weit verzweigt verbundene Computer oder Netzwerkkomponenten Ein künftiger IEEE 802.11 Standard Mesh is an exciting new technology key to muni networks. Starting w/ Webster's, there are several definitions. One is creating web-like pattern / construction. Looking at one of the upcoming diagrams, we'll see that. Another definition is a highly connected network of computers. We're connecting APs that are in turn connecting computer hardware together. It's also an IEEE standard: 802.11s. That is currently a working group w/i IEEE.

Mesh Networking ORiNOCO Mesh Creation Protokoll für flächendeckende Vernetzungen Mesh Verbund der Access Points über ein Radio (meist a) über das der Backhaul Traffic durchgeführt wird Clients kommunizieren über das b/g Radio Optional kann auch das Mesh Radio Client Verkehr übernehmen Störungen werden minimiert und der Durchsatz ist hoch da der Mesh Backhaul in einem anderen Frequenzband als der Client operiert Einsatzbereich Verlegung von Kabeln zu teuer oder gar nicht erst möglich Historische Gebäude, Hallen, Großraumbüros Aussenbereiche, Hotspots, Innenstädte, Einkausfzentren Meshing Access Points sind mobil: Ethernet Devices in einem Fahrzeug können sich in ein Mesh Netzwerk integrieren

Flächendeckende, variable und “selbst-heilende” Wi-Fi Netzwerke Dynamische Vergabe der Mesh Route Alle möglichen Pfade werden berechnet Sofortige Änderung wenn notwendig Eine aktive Route Der beste Pfad wird abhängig von Last, Signalstärke, Anzahl der Hops und anderen Parametern berechnet. Different types of mesh systems out there today. Generally all have the following characteristics: Highly interconnected network creating a web-like pattern You see in this diagram that each AP sees other APs. And the mesh sw in APs is calculating all the possible routes back to the backbone. Green lines represent the possible routes. Look for a mesh system that can calculate all of the routes ahead of time. All of the routes should not be active at the same time – this is inefficient. The mesh SW should pick the best path based on: # of hops, traffic load measurements, signal strength, and other parameters. This allows a municipality to take Wi-Fi, originally designed for indoor use, to deploy it outdoors in a cost-effective way. Backhaul Möglicher Mesh Pfad Aktive Mesh Route

Mesh: auto-konfigurierendes Netzwerk Access Points verbinden sich automatisch nach dem Start Routinginformationen bauen sich mit der Coverage auf Wi-Fi Backhaul Wi-Fi mögliche Mesh Pfade Wi-Fi aktive Mesh Route Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Standard characteristics of a mesh network, like self-forming. Upon install, the APs automatically discover neighboring APs, calculate all possible paths, and select the best one. As new APs are added at a later date, the addition must happen automatically without intervention. Wi-Fi

Mesh: “selbst-heilendes” Netzwerk Beim Ausfall einer WiFi Zelle “heilt” sich das Netzwerk selbst Wi-Fi Backhaul Wi-Fi mögliche Mesh Pfade Wi-Fi aktive Mesh Route Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi r Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Mesh networks must also be self-healing. When a failure in the mesh occurs, the system must identify this and re-route traffic to overcome the change. Especially important as municipalities look at serving public safety applications. Automatic reconnection of the path is key. This is why it’s important to know ALL of the possible paths ahead of time – immediate response and resolution Wi-Fi

Mesh: Intelligentes Netzwerk In einem Pfad können Störungen auftauchen Mesh kalkuliert alternative Pfade und leitet um, damit höchstmöglicher Durchsatz erzielt wird Wi-Fi Backhaul Wi-Fi mögliche Mesh Pfade Wi-Fi aktive Mesh Route Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi r Wi-Fi Wi-Fi Next capability is dealing with interference situations Interference is more likely in an outdoor environment due to less control – could come from growth of trees and shrubbery or due to new building construction. We don’t have a failure of the network, rather a degradation in the path of the mesh network. Mesh system must check all paths and determine lowest latency and best throughput. Must be intelligent enough to re-route that path without administration or configuration needed. Wi-Fi

Wie arbeitet Mesh? Ähnlich wie WDS Aber ........... Definiert im IEEE 802.11 Standard Momentane Festlegung der AP-AP Wireless Kommunikation Aber ........... Keine Eingabe von statischen MAC Addressen notwendig Dynamisch und “selbst-heilend” Mesh Netzwerke haben einen oder mehrere “Portal-APs”, die den Kanal festlegen Die anderen APs werden “Mesh-APs” genannt und verbinden sich untereinander mit einer proprietären Verbindungstechnologie auf Basis des “Mesh-Namens”. Beacon Message enthält zusätzliche Information Mesh-Name Zahl der Hops Verbindungsqualität

Vorteile eines Dual-Radio Multi-band Mesh Systems 802.11b/g 802.11a Dediziertes 5 GHz Radio für Mesh Dediziertes 2.4 GHz Radio für Client Verkehr Vorteil 1: Keine Störungen des Client Verkehrs, da sa Mesh Radio in einem anderen Frequenzbereich arbeitet Vorteil 2: Die Client Zellen können mit non-overlapping Kanälen gebildet werden, was die dreifache Performance eines Single Radio Mesh Systems ermöglicht One radio or two radio mesh systems? Dual-radio systems will be more expensive than single, but have distinct advantages. This diagram shows simple mesh network with dual-radio system. Dedicated 5 GHz 802.11a radio used solely for mesh capability (connection between APs). Second radio (2.4 GHz b/g) solely used for client traffic. By separating these functions on to different radios, you obtain the following advantages: Clients don’t contend with mesh radio for limited spectrum and bandwidth. 2.4 GHz only has 3 non-overlapping channels. Separation allows design of all three channels to be used – this triples the performance of a single radio mesh AP. For example, if the AP only has a single 802.11g radio, the clients must be on the same channel as the mesh they are talking to. In this case, only a single channel can be used, so performance is limited.

ORiNOCO AP- 4000M ($899) Proxim’s Access Point für Municipal Broadband Networks Automatische, universelle Wi-Fi Abdeckung Standard 802.11b/g und 802.11a Radios Erfüllt alle Enterprise Anforderungen für WLANs Security Performance Einfache Installation Upgradefähig Zuverlässigkeit und Management Field Upgrade Kit für AP4000 $349 Einfacher Aufbau von Flächendeckenden Wireless Netzwerken A oder b/g Radio Mesh Selbst-konfigurierend Selbst-heilend Dynamisches Routing The benefits that you’ve enjoyed for years in the AP-4000, including the benefits in the left pane, are still available. We’ve added the benefits outlined in the right pane into a new product called the AP-4000M. ORiNOCO AP-4000M

“Do’s and Don’t’s” mit Mesh Mesh ermöglicht einen schnellen und einfachen Aufbau vo Nertzwerken Aber ......... Obwohl im Außenbereich nutzbar gibt es doch Grenzen: Mögliche Entfernungen begrenzt Performance Hidden nodes AP-4000M Systeme sind kein Ersatz für Tsunami MP.11 Multipunktanwendungen

Customer feedback – Azulstar Wireless Tyler van Houwelingen, CEO, Azulstar/Ottawa Wireless “We are so pleased with the performance that we are looking to upgrade all of Grand Haven to mesh over the next few weeks” “Great story vs. the competition which is not a true mesh, expensive, or requires hardware upgrades” “We are also going to use the mesh in our build out for Michigan DOT and in the demos for California smart vehicles as well as for large portions of our backbone in the current Rio Rancho network” Rio Rancho, New Mexico, USA. Source: Azulstar Wireless

Zusammenfassung Proxim ist Wireless Spezialist Broadband Wireless für den Außenbereich Sicherer Betrieb durch WORP Definierte Datenraten mit QoS Auch für Backhaul Mesh für flexible Anwendungen im Innen-und Außenbereich Schneller und einfacher Aufbau Dynamisch und fehlertolerant Dual Radio für hohe Performance Kombinierbar für flächendeckenden Einsatz