Обзор линейки продуктов AirFiber Ubiquiti Networks

Когда стандартные решения для построения беспроводных мостов «точка-точка» упираются в свой предел, на помощь приходит airFiber от Ubiquiti.

airFiber можно перевести как «воздушное оптоволокно», и это определение как нельзя лучше подходит для описания сути этого технологического решения, ведь на практике, любая модель airFiber способна обеспечить «по воздуху» скорость обычного оптоволоконного соединения – 1,25G. Если сравнивать airFiber с классическим проводным, либо оптическим соединением, при прокладке моста на большие расстояния, в большинстве случаев, у последних попросту не остается ни единого шанса.

Пример первый: интернет-провайдеру необходимо пробросить магистральный канал к базовой станции airMax в удаленный поселок, находящийся в горной местности, на удалении 20 км от населенного пункта. Пример второй: в условиях большого города, телекомпании необходимо создать канал между своей студией и передающей вышкой.

Как вы уже поняли из примеров, airFiber – профессиональное оборудование операторского уровня. Прокладка классического оптоволоконного канала повлечет за собой огромные капиталовложения, уже не говоря о сопутствующих проблемах – получение разрешения на прокладку кабеля по всему пути следования кабеля, а также защита кабеля от повреждений, вандализма, несанкционированного доступа и охотников за драгоценными металлами (в случае с витой парой). Если же прокладка осуществляется под землей, затраты возрастают еще больше, при этом никто не застрахует вас от тракториста, случайно оборвавшего вашу магистраль при земляных работах.

В случае с airFiber, количество возможных проблем сокращается в разы, т.к. всё, что вам необходимо – приобрести комплект из 2 устройств и получить разрешение на использование частоты 5, либо 24 ГГц. Далее вам необходимо только обеспечить защиту устройств, а про безопасность радиоканала позаботится специальный алгоритм со 128-битным шифрованием AES.

Как работает airFiber?

Для создания беспроводного моста требуется 2 одинаковые устройства airFiber. Главное устройство именуется Master, второстепенное – Slave. Каждое устройство представляет из себя сложный комплекс, состоящий из 2 антенн и приемо-передающего радиомодуля.  Первая антенна такого устройства работает на прием (Rx), вторая – на отправку (Tx).

airFiber реализует технологию HDD – Hybrid Division Duplex (гибридный дуплекс), поэтому режим работы антенн, а также пропускная способность напрямую зависят от выбранного режима работы HDD. Технология HDD включает возможность выбора режима – FDD (Frequency Division Duplex) либо TDD (Time Division Duplex). На этих двух режимах стоит остановиться более подробно.

Частотный дуплекс FDD предполагает одновременную работу обеих антенн – полнодуплексный режим с одновременной отправкой и приемом данных. Отправка осуществляется на частоте A, а прием на частоте B, при этом рабочий диапазон моста расширяется вдвое, например для AF-24 будут использованы одновременно 2 канала по 100 МГц каждый. Именно в таком режиме достигается максимальная производительность беспроводного моста: высокая скорость и малые задержки.

Для полноценной работы FDD необходимо соблюдать определенные условия:

• рядом не должно быть других устройств, работающих на тех же частотах;
• есть возможность использовать более широкую ширину канала;
• обеспечена зона прямой видимости;
• расположение устройства предполагает минимальные отражения (переотражения) сигнала и чистую зону Френеля;
• минимальный уровень осадков (дождь, роса);

Режим временного дуплекса TDD рекомендуется использовать при наличии большого количества отражений (переотражений) сигнала, а также в тех случаях, когда в зону Френеля попадает большое количество зеленых насаждений. Технология TDD в составе HDD существенно отличается от классического временного дуплекса, т.к. инженерами R&D Team были применены специальные проприетарные (закрытые) протоколы с оптимизацией.

Немаловажную роль здесь играет синхронизация посредством GPS. Дело в том, что airFiber содержит специальные механизмы и протоколы, которые производят расчет времени доставки каждого фрейма. Благодаря чему, устройство точно знает интервалы времени, в течение которого адресат получает данные и передает их в ответ. От пользователя здесь ничего не требуется, т.к. все расчеты производятся на основе данных, полученных со спутников GPS.

Для airFiber, инженерами Ubiquiti была спроектирована специальная архитектура, позаимствованная из промышленных стандартов и именуемая Monocoque. Монокок предполагает совместное размещение 2-х антенн и электроники на специальном шасси. Во-первых, такая реализация существенно снижает общий вес конструкции. Во-вторых, в устройстве используются антенны со смещением, т.е. RX направлена на TX конечного устройства, аналогично TX направлена на RX. Исходя из диаграммы, угол направленности главного лепестка приемной антенны уже лепестка передающей антенны, как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскости. В связи с чем, для достижения максимальной производительности требуется высокоточная юстировка.

Такая настройка требуется всего 1 раз – при установке. Повторная настройка не требуется, ведь в airFiber используется специальная конструкция и крепления, которые были протестированы на соответствие военным стандартам США (MIL-STD-810G), а также стандартам EC 60068-2-6 и гарантируют устойчивость даже при высоком уровне вибраций.

Сдвоенное шасси существенно упрощает калибровку устройств. При установке мы рекомендуем придерживаться следующих рекомендаций:

• калибровка должна осуществляться как минимум 2-мя техниками, по одному на устройство;
• одновременно настраивается только 1 устройство;
• изначально настраивается Slave, затем Master, после чего производится поочередная тонкая донастройка.

Комплексные решения airFiber 5, 5U, 24 и 24HD

Линейка радиорелейных мостов airFiber представлена 5 устройствами: 4 из них это готовые решения, 1 устройство представляет собой «точку доступа» и может быть использовано с отдельной антенной.

Ниже приведена сравнительная таблица готовых решений линейки airFiber.

* EIRP = выходная мощность передатчика + коэффициент усиления антенны – потери сигнала в кабеле

Среди интересных особенностей – наличие портов AUX и MGMT/CONFIG. AUX представляет собой классический порт RJ-11, к которому, с помощью специального переходника (контакты 5-6), можно подключить наушники либо мультиметр для более точного замера уровня сигнала, в качестве альтернативы обычному индикатору.

Помимо этого, порт AUX снабжен 2 LED-индикаторами. Первый индикатор отображает уровень сигнала GPS, второй – тип используемой модуляции. Более подробную информацию вы сможете найти в технической документации.

Порт CONFIG (MGMT, Management) является дополнительным портом и предназначен для альтернативного управления системой, что несомненно оценят специалисты. Представьте ситуацию, вы на вышке в нескольких десятках метров от земли, к устройству идет всего 1 кабель, по которому в текущий момент идет трафик. Как «врезаться» в сеть? Отключать кабель, либо использовать свич, конечно же, не вариант. Именно для таких целей разработчиками и был предусмотрен этот порт. Всё, что вам потребуется – портативный ноутбук/нетбук и патч-корд – внести изменения в настройки можно без отключения магистрали, что очень важно для оборудования такого класса.

Модели airFiber 5/5U

Как вы смогли заметить, модели делятся на 2 группы по типу используемой частоты: 5 ГГц и 24 ГГц. Причем отличие моделей AF5 и AF-5U состоит в том, что они работают в разных диапазонах. airFiber 5 (AF-5) работает в среднем диапазоне от 5470 до 5950 МГц, в то время как airFiber 5U (AF-5U) работает в верхнем диапазоне частот от 5725 до 6200 МГц. В данном случае, индекс U в названии обозначает верхний, от английского Upper.

 Такое разделение обусловлено в первую очередь регуляторным законодательством. В большинстве стран мира, средний частотный диапазон 5ГГц не требует разрешения, в связи с чем, пользуется высокой популярностью. Вторая причина, по которой диапазон 5 ГГц столь популярен – низкая зависимость от метеоусловий, что позволяет создавать мосты на очень большие расстояния. Модификация AF-5U обеспечивает эффективную работу при соседстве (co-location) с другими устройствами, работающими в более низком диапазоне 5 ГГц.

В качестве процессора, здесь используется проприетарное решение INVICTUS 2 (INVICTUS IC), которое совмещает процессор и аппаратный обработчик. INVICTUS отвечает за адаптивную модуляцию, кодирование и обработку пакетов в режиме реального времени. К сожалению, какой-либо информации по данному чипу нет, хотя можно с абсолютной уверенностью говорить о том, что чип обладает высокой производительностью, что позволяет ему справляться с большим объёмом трафика.

Пакетная производительность может превышать порог в 1 млн. пакетов/сек. и ограничивается только пропускной способностью канала. Ниже приведена сравнительная таблица, отображающая зависимость пропускной способности airFiber 5/5U (AF-5/AF-5U) от выбранной ширины канала, типа модуляции и уровня сигнала.

Обратите внимание, радиомосты AF-5 и AF-5U позволяют выбирать ширину используемого канала – 10/20/40/50 МГц. Выбор ширины канала напрямую зависит от уровня сигнала. Благодаря использованию частоты 5ГГц, которая имеет низкую зависимость от погодных условий, модели AF-5 и AF-5U способны обеспечивать связь на сверхвысокие расстояния – до 100 км и более. И тут нужно понимать несколько очень важных нюансов. Для проброса линка на столь большое расстояние, требуется повышать эффективную выходную мощность (EIRP), иногда даже до 50 дБм, хотя во многих случаях хватит даже 47 дБм.

Важно! Если вы хотите получить максимальную производительность на небольших расстояниях, EIRP TX должен быть более 43 дБм.

Уровень мощности, как известно, обратно пропорционален типу модуляции, поэтому при таком уровне мощности будет доступна модуляция ½ QPSK xRT и ¼ QPSK xRT, которая предполагает существенно меньшую пропускную способность, нежели 1024QAM. Однако, сильно беспокоится по этому поводу не стоит, ведь на практике, модуляция ½ QPSK xRT и ¼ QPSK xRT будет использоваться только для предельных расстояний.

Стоит отметить, что индекс xRT указывает на технологию xtreme Range Technology, под которой скрывается набор проприетарных методов и протоколов для работы на очень больших расстояниях. Практические тесты показывают, что даже на расстоянии в 103 км, airFiber 5/5U способен поднять мост с общей пропускной способностью более 100 Мбит/сек, при использовании ширины канала 20 МГц.

Еще один пример, при пробросе моста на 60 км может быть использован канал 50 МГц и более плотная модуляция 16QAM MIMO, что в итоге даст емкость канала в 510 Мбит (полный дуплекс: 255 TX + 255 RX). При этом средний показатель задержки составляет 1-3 мс!

airFiber предполагает несколько режимов работы, среды которых есть режим AUTO, который позволит устройству автоматически подобрать настройки для достижения максимальной производительности.

Модели airFiber 24/24HD

До недавнего времени, частоты более 6 ГГц применялись только в дорогостоящих радиорелейных системах (РРЛ), и только с появлением AF-24 и AF24HD этот частотный диапазон стал доступным для обычных провайдеров. Работа устройства на частоте 24 ГГц сильно зависит от погодных условий, в частности уровня осадков. Ниже приведена таблица предполагаемого ослабления сигнала, в зависимости от уровня осадков.

С помощью этой таблицы, уже на этапе планирования, специалист может подсчитать приблизительное ослабление сигнала для заданной дальности беспроводного моста и произвести дополнительные расчеты.

Именно по этой причине, модели AF-24 и AF24HD имеют рабочую дальность существенно меньше, нежели модели AF-5 и AF-5U. Взамен, частота 24 ГГц позволяет использовать более широкие каналы в 100 МГц и получить еще большую производительность.

Устройства, работающие на частотах 5ГГц, отлично себя чувствуют при сильной зашумленности на «бытовом» диапазоне 2.4 ГГц, поэтому количество устройств, работающих в диапазоне 5 ГГц начинает неуклонно расти. Использование частоты 24 ГГц позволяет еще больше повысить помехоустойчивость беспроводного канала. Главные отличия AF-24 и AF-24HD кроются в их конструкционных особенностях и используемой модуляции.

Модель AF-24HD является улучшенной версией airFiber AF-24. Использование более плотной модуляции позволяет на 1/3 увеличить пропускную способность; более мощная антенна на прием позволяет улучшить параметры принимаемого сигнала и увеличить дальность работы.

* подчеркиванием обозначена модуляция поддерживаема только в версии AF-24HD

За всё приходится платить, вес AF-24HD почти вдвое больше своего меньшего брата. В остальном же эти две модели мало чем отличаются от 5ГГц-версий. Набор интерфейсов тот же, как и перечень используемых фирменных технологий, за исключением разве что xRT.

airFiber 24/24HD отлично подходят для создания мостов с максимальной производительностью на сравнительно небольшие расстояния до 10-20 км. В остальных же рекомендуется использовать более дальнобойные версии AF-5/5U.

Точка доступа airFiber 5X (AF-5X)

Компания Ubiquiti также позаботилась о нижнем бюджетном сегменте, выпустив модульную модель AF-5X. Как и модели AF-5/5U, модель AF-5X работает на частоте 5 ГГц, однако диапазон рабочих частот здесь несколько иной – от 5150 до 5925 МГц. Впрочем, общий принцип работы также совсем иной.

В целом, AF-5X больше похож на Rocket (airMAX) от Ubiquiti, однако отличия весьма существенны. Всё дело в том, что AF-5X – это «половина» радиомодуля AF-5/5U, чем объясняется максимальная скорость в 500 Мбит/сек. AF-5X работает на всё той же платформе INVICTUS с полным набором технологий airFiber, в частности, таких как xRT и HDD.

AF-5X не имеет антенны, её требуется приобрести отдельно. Одно устройство работает с одной антенной, поэтому при использовании всего одного устройства, HDD будет работать только в режиме TDD (временной дуплекс / полудуплекс). Для работы HDD в режиме FDD (частотный дуплекс / полный дуплекс), требуется пара устройств AF-5X. Овчинка выделки стоит, ведь при таком варианте использования вы получите не только полный дуплекс 500 + 500 Мбит, но и снижение задержек доставки пакетов до 1 мс.

Антенны для airFiber X

Для использования с AF-5X, доступно 3 специализированные антенны AirFiber X Antenna. Большинство интернет-изданий допускают серьёзную ошибку, обозначая поляризацию как 45-градусную.

На самом деле, airFiber X Antenna используют смещение на 45 градусов. Для сравнения, классическую поляризацию H+V, схематически можно отобразить как пересечение горизонтальной и вертикальной линии. При подключении airFiber 5X, «chain0» подключается к «-45», а «chain1» к «+45».

Помимо этих особенностей, эти антенны на обратной стороне имеют специальное крепление для точки доступа AF-5X, что существенно упрощает монтаж.

Учитывая вес AF-5X в 350 грамм, весь мост в сборе имеет заметно меньший весь, нежели старшие модели AF-5/5U/24/24HD, что существенно упрощает монтаж. Есть и другой вариант подключения – с использованием переходника Ubiquiti AF-5G-OMT-45. Адаптер AF-5G-OMT-45 представляет собой специальный конвертер, который преобразовывает полярность обычных RocketDish в полярность с 45-градусным смещением.

AF-5G-OMT-45 совместим с параболическими антеннами RocketDish RD-5G30 и RD-5G34. По сути, RD-5G30 и RD-5G34 являются аналогами антенн AF-5G30-S45 и AF-5G34-S45, различие заключается в поляризации.

Конфигурация беспроводного моста airFiber

Вариант 1: Point-to-Point. Мост «Точка-точка» предполагает использование двух устройств – наиболее классический вариант.

Вариант 2: Daisy chain. Мост Point-to-Point на дальние расстояния с использованием репитеров. Вариант идеален для проброса высокоскоростного моста на сверхвысокие расстояния, а также для проброса в условиях сложной местности – например, через гору. В таком режиме, устройства, размещенные на одном узле (ноде) должны иметь одинаковый режим работы, это основное требование co-location. При размещении Front-to-Back, может быть использована одинаковая частота, хотя рекомендуется все же использовать разные частоты.

Вариант 3. Ring. Кольцевая структура с резервированием. При пропадании связи на одном из мостов, трафик идет альтернативным маршрутом. На более сложном уровне реализации может быть использована ячеистая структура, объединяющая и комбинирующая все 3 варианта, для построения отказоустойчивых сетей высокого уровня. Идеальный вариант для применения MPLS-маршрутизации.

Сфера применения airFiber

Сфера применения airFiber чрезвычайно широка, но всё же, мы попытаемся перечислить некоторые из самых популярных вариантов:

1. В качестве магистрали между населенными пунктами: например канал с города в деревню. Для раздачи интернета конечным абонентам, вы можете использовать базовые станции Ubiquiti airMax либо airMax ac. 
2. Проброс канала на туристические объекты, находящиеся за пределами населенного пункта. Тянуть кабель на большие расстояния – далеко не самая лучшая идея, особенно если местность горная. Горные возвышенности обеспечивают хорошую зону прямой видимости, однако не забывайте учитывать уровень осадков, если он высок – на дальние дистанции AF-5/5U будут лучшим вариантом.
3. В условиях городских джунглей, airFiber также находит свое применение – между узлами, либо для проброса канала на завод/предприятие.
4. Запланированы работы на магистрали, но трафик не хочется обрывать? Резервирование канала при проведении ремонтных работ на магистральных каналах вполне по плечу airFiber. Такой временный мост может быть развернут менее чем за час и также быстро быть демонтирован.
5. Для создания резервных линий связи при поломках с основной магистралью.
6. Создание мостов между базовыми станциями провайдера, либо оператора сотовой связи.
7. Создание временных мостов для обеспечения доступа в Интернет на концертах и фестивалях за пределами населенного пункта. Проведение онлайн-трансляции концертов и соревнований в режиме Real-Time с параллельным обеспечением работы высокомощного HotSpot в зоне проведения мероприятия.
8. Быстрое восстановление сетевой инфраструктуры при катастрофах и стихийных бедствиях.

Источник: © lanmarket.ua