Pünktlich, verlässlich und unter Kontrolle -

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1 Pünktlich, verlässlich und unter Kontrolle - (Switched) WLAN in Echtzeitanwendungen Dr.-Ing. Stefan Schemmer rt-solutions.de GmbH

2 Agenda Anwendungen und Anforderungen Problemstellungen Lösungsansätze Organisatorische und Planungsmaßnahmen Technische Maßnahmen Möglichkeiten der WLAN Standard & Produkte Switched-WLAN Fazit & Ausblick (Switched) WLAN in Echtzeitanwendungen 2

3 Anwendungen ohne Echtzeitanforderungen Beispiele Anbindung von Handscannern und Staplerterminals Wartungsaufgaben: HMI, Datenzugang Source: Hubei Machinery & Equipment Anforderungen Verfügbarkeit: gute Abdeckung, Robustheit, Ausfallsicherheit Handhabbarkeit: Betrieb & Wartung durch Personal vor Ort Source: BASF (Switched) WLAN in Echtzeitanwendungen 3

4 Anwendungen mit Echtzeitanforderungen Beispiele Fertigungsanlagen mit mobilen Transporteinheiten: Distanzregelung Not-Aus-Schalter Sprachkommunikation, Videoüberwachung Source: Beumer Anforderungen Handhabbarkeit und Verfügbarkeit Echtzeitkommunikation Konstante Zyklus-Zeiten (Verzögerung, Durchsatz) Auch beim Zellenwechsel (Switched) WLAN in Echtzeitanwendungen 4

5 Problemstellungen Verfügbarkeit und Handhabbarkeit Abschattungen und Reflektionen stören der Funkabdeckung Zunehmend andere Funkanwendungen Ausfälle einzelner Komponenten, Änderungen in Funkfeld Für Betrieb und Austausch keine IT-Experten vor Ort, schnelle Reaktion erforderlich Konfiguration und Parametrisierung großer Installationen Echtzeitfähigkeit Geteiltes Broadcast Medium, mehrere Anwendungen mit verschiedene Echtzeitanforderungen Schnelles (und sicheres) Roaming Neuübertragung von Nachrichten ist problematisch Echtzeitfähigkeit war ursprünglich nicht vorgesehen (Switched) WLAN in Echtzeitanwendungen 5

6 Verfügbarkeit durch Herangehensweise Planung der Funkabdeckung Planungstools, versch. Antennentypen, Redundanzkonzept Frequenzmanagement Prozesse Bestandsaufnahme der Funkanwendungen Erkennung und Behandlung von Konflikten Erkennung, Dokumentation und Behebung von Störungen VDI/VDE 2185 Toolunterstützung Vermessung Bestätigung der Anforderungen Erkennung von Koexistenzproblemen Client-Auswahl, -Konfiguration und -Test (Switched) WLAN in Echtzeitanwendungen 6

7 Produkte, Standards und Verfahren Handhabbarkeit Einfache Komponentenaustausch durch Plug/SIM Verfügbarkeit Industrietaugliche Gehäuse n: Reflektionen erhöhen die Robustheit Echtzeitfähigkeit Echtzeiterweiterungen e Prioritätenbasierten Zugriff wird implementiert Einhaltung von Zeitanforderungen durch Planung der Verkehrsklassen und -Lasten Standardkonformes schnelles Roaming Anwendungsgetriggertes Roaming AP-Suche im Hintergrund (mit Wechsel der aktiven WLAN-Karte) Proprietäre Erweiterungen Standard-Erweiterung (IEEE r) sind in Arbeit (Switched) WLAN in Echtzeitanwendungen 7

8 Switched WLAN Ansatz Statt dezentraler Fat -APs STA2 STA 4 Verteilungsnetz Teilweise Zentralisierung der AP-Funktionalität Aus APs werden thin s und ein zentraler Access Controller (AC) STA2 Access Controller (Switched) WLAN in Echtzeitanwendungen 8

9 Switched WLAN Zentralisierung der Funktionen Ebene Management Kontrolle Datenvermittlung Funktionen Provisioning, Konfiguration und Diagnose Interne Funktionen des Netzwerks (Beacon, Fehlererkennung, An- und Abmeldung, Authentifizierung) Übertragung der Nutzdaten Kommentar Immer Zentral Redundanz für AC ist erforderlich STA2 STA 4 Access Controller (Switched) WLAN in Echtzeitanwendungen 9

10 Funktionen: Autonom oder Zentralisiert AP Funktionen Autonom PHY MAC Mgmt Local MAC PHY MAC Mgmt AC Split MAC Remote MAC PHY Real Time MAC Non RT MAC Mgmt AC PHY Real Time MAC Non RT MAC Mgmt AC (Switched) WLAN in Echtzeitanwendungen 10

11 Funktionen: Autonom oder Zentralisiert AP Funktionen Autonom PHY MAC Mgmt Beacon-Generierung Bestätigungen Local Arbitirierung MAC PHY Assoziierung Authentifizierung MAC Mgmt AC Split MAC Remote MAC PHY Real Time MAC Non RT MAC Mgmt AC PHY Real Time MAC Non RT MAC Mgmt AC (Switched) WLAN in Echtzeitanwendungen 11

12 Zentralisierung des Managements Handhabbarkeit Zentrale Verwaltung Funk-, QoS-, Sicherheitseinstellungen, Firmware Automatische Berechnung der Funkparameter Automatische Konfiguration und Parametrisierung der APs Bei Inbetriebnahme und Austausch Zentrale Diagnose Verfügbarkeit Automatische Problemerkennung und -Lokalisierung AP-Ausfall, schlechte Verbindungsqualität, fremde Netze, Angriffe (Switched) WLAN in Echtzeitanwendungen 12

13 Zentralisierung der Kontrolle Echtzeitfähigkeit Schnelles Roaming ohne Nachteil für die Sicherheit Zwischenspeicherung der Authentifizierung Teilweise auch verteilt möglich Zentrale Lastverteilung Aktuell: AC entscheidet welche AP die Nachfrage antwortet v (draft): Roaming initiiert vom Infrastruktur Verteilungsnetz Radius Server Verteilungsnetz Access Controller Radius Server (Switched) WLAN in Echtzeitanwendungen 13

14 Zentralisierung der Datenvermittlung Verfügbarkeit Bei lokaler Steuerung des Medienzugriffs Kein Netzwerkwechsel aus Sicht des Clients Vermeidet und Verzögerungen Verbindungsabbrüche beim Wechsel von Sub-Netzen Teilweise verteilt möglich Zentrale Schnittstelle zwischen WLAN und LAN Echtzeitfähigkeit Bein Zentralisierung des Medienzugriffs Kein Roaming aus Sicht des Clients APs sind entfernte Transciever des ACs Alle APs haben das gleiche Kanal und MAC-Addresse Für den Client ist das Netz eine große Zelle Nachteile: begrenzte Skalierung (direkte -AC-Anbindung), geringere Flächenbandbreite (Switched) WLAN in Echtzeitanwendungen 14

15 Switched WLAN Produkte Hersteller: Aruba Wireless Networks, Avaya, Cisco (früher: AireSpace), Siemens (früher: Chantry), Symbol (jetzt: Motorola), Trapeze, u.v.m. Implementieren unterschiedliche Ansätze Standards: CAPWAP in der Standardisierung in der IETF RFC kürzlich veröffentlicht Aber wenig implementiert Problem: Es gibt keinen Standard für die Aufteilung der Funktionen zwischen AC und Wenig Interoperabiltät (nur für die Clients) (Switched) WLAN in Echtzeitanwendungen 15

16 Fazit und Ausblick Gute Funkabdeckung Koexistenz Ausfallsicherheit Einfacher Austausch Zentrale Diagnose Zentrale Konfiguration Latenz und Jitter Organisation und Planung V V V V Standards, Produkte V V V V Switched WLAN V V V V V Gesamt V V V V V V V V Roaming Wesentliche Problemstellungen sind adressiert und für relevante Anwendungsfelder gelöst Latenzgarantien im unteren Millisekundenbereich in Großflächigen Netzen mit mobilen End-Geräten EU-Forschungsprojekt Flexware (Switched) WLAN in Echtzeitanwendungen 16