С ростом популярности технологии IPTV и других приложений, которые отправляют данные сразу нескольким получателям, технология много-адресной рассылки по IP приобретает все большее значение. В проводных локальных сетях связанные с этим препятствия удается преодолеть с помощью коммутаторов с поддержкой протокола IGMP и других решений, а вот в беспроводных инфраструктурах WLAN многоадресная рассылка по IP по-прежнему вызывает технические трудности. Беспроводная передача сведений о пациентах в больницах — типичный пример такого использования.

Технология многоадресной рассылки IP Multicast применяется как для поддержки трансляции IPTV или передачи голоса по IP (Voice over IP), так и для решения профессиональных задач. Она позволяет предоставлять «повсеместный» доступ к определенным данным, к примеру передаваемым беспроводными системами видеонаблюдения. Использование IP Multicast в беспроводных локальных сетях оборачивается проблемами при использовании механизмов подтверждения получения (Acknowledge) при многоадресной рассылке, а также вследствие заполнения ячеек WLAN вещательными пакетами.

Если рассматривать совсем простой сценарий, когда к локальной сети подключена одна точка доступа и в беспроводной сети находятся несколько клиентов WLAN, то у приложений возникают трудности при использовании протокола для передачи данных без установления соединения, к примеру UDP (Streaming).

Когда от локальной сети до клиента WLAN осуществляется одноадресная рассылка по IP (IP Unicast), — речь идет о передаче без установления соединения на третьем уровне модели OSI — каждый пакет на первом уровне (WLAN) квитируется подтверждением (Acknowledgment). Если подтверждение не возвращается к точке доступа, то исходный пакет отправляется повторно. Этот алгоритм называется автоматическим запросом на повторную передачу (Automatic Repeat Request, ARQ). Он крайне необходим, поскольку при отправке «по воздуху» невозможно распознать случаи коллизии пакетов. Таким образом, в беспроводных сетях используется схема множественного доступа с контролем несущей и предотвращением коллизий (Сarrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance, CSMA/CA). Итак: технология ARQ отвечает за повторную отправку пакетов WLAN, если они не доходят до получателя. Это способствует существенному улучшению качества передачи данных в случае одноадресного трафика. Данный метод применяется и при передаче без установления соединения (на третьем уровне модели OSI) с использованием протокола UDP, несмотря на то что в этой ситуации экономия времени имеет критическую важность для работы приложений.

Если IP Multicast используется в соответствии со стандартом IEEE 802.11, этот механизм следует отключить, поскольку точка доступа не знает, какие из ее клиентов участвуют в многоадресной рассылке и сколько подтверждений она должна получить. Таким образом, при IP Multicast пакеты не квитируются, что значительно снижает надежность передачи. В результате, когда многоадресная рассылка выполняется в беспроводных сетях, данные теряются чаще, чем в кабельных локальных сетях. В настоящее время эту проблему можно решить только путем применения нестандартных программных решений, так как внесение соответствующих изменений в стандарт IEEE пока не планируется.

Говоря о полноценной инфраструктуре WLAN, то есть о локальной сети с несколькими подключенными точками доступа, можно выделить еще одну проблему. Обычно точки доступа работают в так называемом режиме моста (Bridge Mode), то есть функционируют как коммутатор локальной сети, один из портов которого представляет собой интерфейс WLAN и служит для подключения одного или нескольких клиентов (ноутбуков, смартфонов и т. п.). Если коммутаторы локальной сети не поддерживают функцию многоадресной рассылки (IGMP), поток Multicast распространяется по всей сети (осуществляется широковещание — Broadcast). В проводных сетях, где имеется достаточный запас пропускной способности, это было бы некритично, а вот в беспроводной сети — несмотря на появление скоростного стандарта IEEE 802.11n — фактическая пропускная способность достаточно низкая. Если каждая многоадресная рассылка будет распространяться по всей сети, то, естественно, окажется загруженой вся беспроводная инфраструктура. Надо сделать так, чтобы поток Multicast отправлялся только в те ячейки, где он действительно требуется. Для этого и нужен протокол IGMP. Он может быть реализован на коммутаторах локальной сети, однако его поддерживают и профессиональные точки доступа.

Для описанного случая особенно важна технология IGMP Snooping. Этот «нюхач» распознает, когда какой-либо из клиентов (в данном случае клиент WLAN) запрашивает групповую передачу. Для этого клиент отправляет запрос на присоединение — IGMP Join, с помощью которого он вступает в группу получателей многоадресной рассылки. Теперь точка доступа знает, что ей необходимо обслуживать эту группу в своей беспроводной сети, неважно, сколько «запрашивающих» (IGMP Querrier) находится в одной ячейке. В любом случае многоадресный поток направляется в ячейку лишь единожды, после чего каждый, кто заявил о себе как о получателе, может его принимать. Следующий пример наглядно демонстрирует применение IP Multicast в инфраструктуре WLAN, где IGMP крайне необходим.

В настоящее время больницы, обладающие современным оборудованием, проявляют большой интерес к инфраструктурам WLAN и рассматривают их в качестве дополнения к своим проводным локальным сетям. Как правило, технология WLAN требуется для осуществления так называемых мобильных посещений или предоставления пациентам прямого доступа в Интернет. Производители современного медицинского оборудования пошли еще дальше: они используют инфраструктуру WLAN для того, чтобы все врачи могли в любое время получить информацию о состоянии здоровья своих пациентов (к примеру, данные о частоте сердцебиения или пульса) (см. Рисунок 1).

Поскольку сведения о пациенте могут быть жизненно важными, крайне необходимо, чтобы они передавались по беспроводной локальной сети без перебоев и обладали высоким приоритетом. Это означает, что сеть WLAN не должна быть чрезмерно загружена. Таким образом, одновременно приходится решать две противоположные задачи: с одной стороны, необходимо сделать так, чтобы данные о пациентах были доступны в любом месте, а с другой, нельзя чрезмерно перегружать WLAN широковещанием данных на все ячейки.

В таких случаях на помощь приходит функция IGMP Snooping. Как правило, эта возможность имеется только в точках доступа профессиональных серий (к примеру, в модели Bintec W1002n компании Funkwerk Enterprise Communications, которая к тому же разрешена для использования в медицинских учреждениях). Такая категория точек доступа наилучшим образом подходит для создания инфраструктуры, позволяющей наблюдать за состоянием пациентов, и гарантирует бесперебойную передачу данных по всей больнице.

При использовании традиционного сценария многоадресный поток — в данном случае сведения о пациентах — наводнил бы всю сеть, то есть данные поступали бы даже в те ячейки WLAN, где в данный момент нет врачей, которым они нужны. Если, к примеру, в реанимации используется множество мониторов наблюдения за пациентами, то очевидно, что такой наплыв данных способен парализовать работу всех ячеек WLAN в больнице, и гарантировать надежную передачу данных из беспроводной сети станет невозможно (Рисунок 2).

Интеллектуальная многоадресная рассылка через точки доступа, а точнее функция IGMP Snooping, отвечает за то, чтобы система отправляла данные только в те ячейки, где находятся получатели, которым они действительно требуются. Другие ячейки WLAN не загружаются, и в сети без помех обеспечивается передача жизненно важных данных (Рисунок 3).

Надо отметить, что решение данной задачи — это всего лишь одно из многочисленных требований, которым должна соответствовать точка доступа, чтобы ее можно было использовать при создании беспроводных локальных сетей в медицинских учреждениях.

Тобиас Гизеке — специалист в области системной инженерии в компании Funkwerk Enterprise Communications.

© ITP Verlag
Рисунок 1. Сведения о пациентах должны быть доступны во всей инфраструктуре локальной сети и WLAN, чтобы врач мог получить их в любом месте.

Рисунок 2. Ячейки WLAN (IP Multicast) перегружены множеством никому не нужных сведений о пациентах.

Рисунок 3. Функция IGMP Snooping отвечает за то, чтобы данные отправлялись только в те ячейки WLAN, где они действительно востребованы.

Поделитесь материалом с коллегами и друзьями

Купить номер с этой статьей в PDF