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

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

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

3. 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

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

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

6. 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

7. “Hidden Node Problem” und WORP • “Hidden-node Problem” • 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

8. 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

9. Proxim’s Tsunami MP.11 ProduktlinieDie Lösung für Outdoor Punkt-zu-Punkt Punkt-zu-Multipunkt

10. Internet Tsunami MP.11 Multipoint System Subscriber Unit Base Station Unit POP • 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

11. Voice & data backhaul High-capacity multipoint connectivity Business/residential access Last mile access Building-to-building connectivity Public Safety 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)

12. 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)

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

14. 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)

15. Beispiele

16. 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

17. 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

18. Dublin City CouncilVerkehrsüberwachung • 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

19. Mesh Networking

20. Was ist Mesh? • Webster’s • Weit verzweigt verbundene Computer oder Netzwerkkomponenten • Ein künftiger IEEE 802.11 Standard

21. 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

22. 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. Backhaul Möglicher Mesh Pfad Aktive Mesh Route

23. Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Mesh: auto-konfigurierendes Netzwerk • Access Points verbinden sich automatisch nach dem Start • Routinginformationen bauen sich mit der Coverage auf Backhaul mögliche Mesh Pfade aktive Mesh Route

24. Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Mesh: “selbst-heilendes” Netzwerk • Beim Ausfall einer WiFi Zelle “heilt” sich das Netzwerk selbst Backhaul mögliche Mesh Pfade aktive Mesh Route r

25. Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Mesh: Intelligentes Netzwerk • In einem Pfad können Störungen auftauchen • Mesh kalkuliert alternative Pfade und leitet um, damit höchstmöglicher Durchsatz erzielt wird Backhaul mögliche Mesh Pfade aktive Mesh Route r

26. Wie arbeitet Mesh? • Ähnlich wie WDS • 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

27. 802.11b/g 802.11a 802.11a 802.11a 802.11a 802.11a 802.11a 802.11a Vorteile eines Dual-Radio Multi-band Mesh Systems • Dediziertes 5 GHz Radio für Mesh • Dediziertes 2.4 GHz Radiofür 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

28. 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 ORiNOCO AP- 4000M ($899)Proxim’s Access Point für Municipal Broadband Networks ORiNOCO AP-4000M

29. “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

30. 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

31. 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