Сети LoRaWAN — что нового?

Термином IoT (Internet of Things) обозначают различные устройства, которые используют выход в сеть для взаимодействия друг с другом. К примеру, умная розетка подключается к Интернету не затем, чтобы сидеть в социальных сетях. Она получает из Сети команды, которые отправляет ее владелец. И она вещь. Вещь, которая пользуется Интернетом.

К буму IoT готовились давно. И почти сразу стало ясно, что для стабильной работы существующие стандарты передачи данных подходят мало.

Зачем что-то новое?

На первый взгляд, у нас уже есть готовые и обкатанные решения. Wi-Fi, LTE, почему не использовать их?

Причин несколько. Представим себе дом на 400 квартир, в каждом из которых стоит два водосчетчика и электросчетчик. Допустим, это современный дом, и каждый счетчик передает показания в Интернет.

  1. Объем. На один жилой дом из 400 квартир придется 1200 счетчиков-пользователей. У них будет копеечный траффик, но если все они будут висеть, к примеру, на базовой станции LTE, то места для людей на этой базовой станции уже не останется. И это один дом. А ведь базовую станцию, обычно, ставят на микрорайон или даже больше.
  2. Потребление. Если электросчетчику еще можно обеспечить питание, то тянуть кабель к водосчетчику не слишком удобно. Значит радиомодуль водосчетчика должен работать от батарейки. Но даже хорошую батарейку Wi-Fi и LTE съедят за несколько суток. Мы же хотим, чтобы менять элемент питания не приходилось минимум год.
  3. Другие приоритеты. Нам не нужен канал связи в 5 мбит/c, чтобы раз в сутки передать, сколько кубов воды набежало по каждой квартире. Хватит считанных бит. Мы ограничены по мощности передатчика, надо чтобы он не ел батарейку. Значит, можно использовать правило «больше энергии в один бит – выше вероятность приема» таким образом, что канал связи на минимальной скорости и с минимальной мощностью гарантированно пройдет нужное расстояние. Даже если сигнал будет ниже уровня шума.

После тщательного анализа рынка компания Интерсвязь приняла решение строить свою сеть на базе стандарта LoRa.

Что такое LoRa?

Строго говоря, аббревиатурой LoRa (Long Range) обозначают лишь вид модуляции, то есть уровень l1 по модели OSI. Протокол канального уровня носит имя LoRaWAN. Но чаще всего «Лорой» называют совокупную систему, использующую LoRa на физическом и LoRaWAN на канальном уровне.

Работает это следующим образом. Базовая станция слушает эфир в заданном диапазоне частот. Когда она слышит запрос от какого-либо из устройств, то отвечает ему на частоте обращения. Ширина канала при этом составляет 125 кГц, максимальная скорость – чуть более 5 килобит/c. Да-да, вы не ослышались. Именно 5 и именно килобит/c. Этот стандарт Интернета вещей не создан для просмотра потокового видео. Его задача максимально быстро и гарантированно передать небольшое сообщение от датчика на базовую станцию. В зависимости от радиоусловий выбирается оптимальный набор параметров связи. За это отвечает SF (spreading factor) – коэффициент, к которому привязываются параметры передачи и приема. SF – это целое число, в стандарте он предусмотрен от 12 до 7. Чем выше SF, тем лучше помехозащищенность линии, но тем ниже скорость и тем больше времени в эфире занимает передача. Для примера, максимальная помехозащищенность достигается на SF=12. При этом время пакета в эфире составляет 2,466 сек, а скорость – 292 бит/сек.

Однако чем больше датчиков будут использовать базовую станцию, тем больше времени в эфире они займут. Потому, при хороших радиоусловиях, SF будет меньше. Растет скорость — падает время передачи.

Пакеты принимаются базовой станцией (в архитектуре LoRa ее чаще называют шлюзом), однако обрабатывает их следующее звено цепи – сетевой сервер. Этот сервер отвечает за управление всеми шлюзами, он решает через какой шлюз общаться с датчиком (если датчик слышно через несколько шлюзов) и определяет еще ряд важных параметров.

Однако сетевой сервер не обрабатывает полезную информацию из пакетов. Это делает следующее и самое важное звено – сервер приложений. Именно на сервере приложений происходит расшифровка показаний от датчиков, они в понятной форме раздаются либо в биллинг, либо в интерфейс потребителю, либо в другое заданное место.

Почему именно LoRa?

На данный момент существует несколько десятков стандартов Интернет-вещей. Часть из них универсальны, часть приспособлены решать свой круг задач. Все они более-менее придерживаются вышеописанных принципов. Есть даже стандарты на базе Wi-Fi и LTE. Так почему именно LoRa?

Причин несколько:

  1. LoRa использует частотный диапазон, разрешенный для использования в России. Существуют системы LoRa для диапазона 433 МГц, но в нашей стране больше прижились частоты из диапазона 868. Там у нас есть 1,5 МГц нелицензируемого спектра. 864-865 МГц и 868,7-869,2. В первом интервале у нас есть ограничение по времени нахождения передатчика в эфире (не более 0,1%) и по мощности (не более 25 мВТ). Во втором – только по мощности (те же 25 мВт). Так же есть оговорки по поводу использования вблизи аэропортов. Как уже было упомянуто, ширина канала LoRa – 125 кГц. В стандарте предусмотрены 250 и 500, но в России их обычно не используют. Итак, в 1,5 Мгц нам надо «запихнуть» 8 основных частот и одну резервную (RX2, второе окно, которое используется, если не проходит связь по основному каналу). Это возможно? Если строго придерживаться рекомендаций разработчика Semtech, то защитный интервал между каналами должен составлять 75 кГЦ. Значит, удастся разместить только 7 каналов. Не 9, но тоже хорошо. Есть надежда, что со временем ГКРЧ даст разрешение на расширение этого спектра.
  2. LoRa как раз разрабатывалась для работы на мощности 25 мВт. И тут не нарушаем. Пусть вас не смущает столь низкий уровень – технология может работать ниже уровня шума.
  3. LoRa – это открытый стандарт. Чипы для конечных устройств в свободной продаже, есть вся документация, и она открыта любому желающему. Датчики и радиомодули под этот стандарт только в России делают несколько компаний. Она не «вещь в себе», даже если пропадет один из производителей, останутся другие.
  4. LoRa имеет хороший радиус действия, она может принимать информацию от устройств в подвале дома или в километре от базовой станции. На самом деле, может принять информацию и от датчика в 4 километрах городских условий. Но тут страдает стабильность, поскольку начинается потеря пакетов. Однако, километр или два мы имеем.
  5. Датчики LoRa живут от батарейки минимум год. А то и больше. Тут есть зависимость от класса датчика (А, В или С). Самый живучий – А-класс — может продержаться несколько лет.

Выбор вендора

Российский рынок похож на спринтера, который замер в ожидании старта. Предложений по технологиям LoRa множество. Но половина фирм оказываются «перекупами», которые технологию в глаза не видели и готовы на заказ привезти что-то там из-за рубежа.

Еще часть имеет готовые платформы, к которым и стремится привязать пользователей и операторов. Т.е. сервер приложений будет находиться не у оператора, а у поставщика оборудования. Такая зависимость нас не устраивала. Потому мы решили писать сервер приложений своими силами.

Встал вопрос – на каких базовых станциях будем работать?

По сути, на рынке сейчас не так уж много предложений. Мы выбрали на тест три варианта:

  1. БС Kerlink (Франция).
  2. БС Вега (Россия).
  3. БС Cisco (США).

Прошу обратить внимание, что я пишу только национальную принадлежность компании-производителя. Сказать, что БС собраны по месту прописки будет не совсем верно. Например, Вега собирает станции в России, но использует для этого те же чипы Semtech. Потому каждая станция является некой солянкой.

Первоначально тесты проводились на штатных антеннах. Замеряли карту покрытия, считали две зоны охвата.

Зона 1 – гарантированно проходят все пакеты

Зона 2 – идут незначительные потери, не более 15 процентов.

В целом, все БС показали сходные результаты. У Веги и Kerlink Зона1 оказалась в радиусе 800-900 метров. Cisco за счет системы «одна антенна на передачу-две на прием» показала результаты на 30 процентов лучше. Зона 2 у всех трех станций оказалась примерно одинаковой.

Вендор Зона 1 (полное прохождение пакетов) Зона 2 (потеря не более 15 процентов)
Kerlink 800-900 метров 1400-1500 метров
Вега 800-900 метров 1400-1500 метров
Cisco 1100-1200 метров 1400-1500 метров

Надо понимать, что берутся усредненные показания. Скажем, глухой подвал в радиусе 500 метров не всегда возможно покрыть. А до квартиры на 9 этаже в прямой видимости от БС «добьет» и на 2,5 км без потерь.

В целом, два самых важных фактора, влияющих на распространение сигнала оказались ожидаемы:

  1. Плотность застройки. Сюда относится количество домов на пути сигнала, их этажность и материал, из которого построены. Скажем, монолитные дома – более серьезное препятствие, нежели панельки.
  2. Рельеф местности. Челябинск не отличается ровным рельефом, все-таки Урал. Потому мы заметили явное увеличение зоны покрытия на снижениях и уменьшение — на подъемах.

Сам по себе сигнал оказался крайне устойчив к индустриальным помехам. Единственной слабостью технологии стали антенны GSM-900. На крышах рядом с ними БС заметно теряли эффективность. Однако, сотовые антенны других диапазонов существенного влияния не оказывали.

В итоге, мы не увидели большой разницы между Kerlinkом и Вегой. А Вега оказалась почти в пять раз дешевле конкурента, кроме того, ее инженеры оказывают сильную поддержку в виде консультаций. Потому, пилотный проект приняли решение строить на Веге.

Что касается Cisco, то нам был предоставлен лишь опытный образец и на момент написания статьи у них еще не запущено массовое производство. Однако именно Cisco победила по зоне покрытия, проникающей способности и ряду технологических особенностей.

После мы повторили тесты, используя антенны Радиал с лучшим коэффициентом усиления, нежели штатные антенны БС (10 dBi против 6 dBi). Новые антенны улучшили карту покрытия Cisco в среднем на 15 процентов, а карта покрытия Веги подскочила аж на 40 процентов (штатные антенны российского производителя не отличаются хорошими характеристиками). Kerlink к тому времени не рассматривали из-за необоснованной дороговизны.

Таким образом, Вега не сильно уступила своему заокеанскому конкуренту.

В итоге, оказалось, что на стабильное и качественное покрытие такого города как Челябинск требуется порядка 40-50 БС.

Пилотная зона

В рамках тестов мы подключили к нашей сети общедомовые водосчетчики одной из управляющих компаний. Водосчетчики Zenner имели импульсные выходы, для съема информации использовали датчики Вега СИ-11. Это простой счетчик импульсов с автономным питанием в компактном корпусе с радиомодулем LoRa. Крепится на DIN-рейку. 

Для качественной оценки параметров был установлен минимальный период отправки показаний – 1 час. Далее, полученные показания периодически сверялись с тем, что выдает счетчик на своем циферблате. Если цена импульса выставлена верно, и счётчик Zenner исправен, то отклонений в показаниях не наблюдалось. Т.к. подобные приборы учета ставятся в подвалах, мы получили хороший опыт практического применения технологии LoRa. В целом, результаты совпали с нашими тестами. В зависимости от рельефа, застройки и конфигурации подвала шлюз мог установить связь с датчиками на расстоянии 500-2300 метров. На приведенной карте случай среднего подвала со слуховыми окнами. Он находится на расстоянии 2,2 км от шлюза. Потери пакетов не происходит. Отметим, что по прямой распространения сигнала находится хороший кусок частного сектора, который не вносит большого затухания.

Масштабирование сети

Базовые станции LoRa, подключенные к одному сетевому серверу, работают как единый механизм. Т.к. большую часть времени конечные устройства молчат, то коллизии в эфире – случай крайне редкий. Обычно, когда датчик выходит на связь, его слышат сразу несколько БС. Но ответит только одна. Это не обязательно самая ближняя к датчику БС, но всегда та, у которой лучшие качественные характеристики канала связи.

Сеть очень легко нарастить – нужно просто подключать настроенную БС к сетевому серверу через Ethernet или мобильные сети. Но увлекаться слишком большой плотностью станций на единицу площади нельзя:

  1. Это экономически нецелесообразно. Станции стоят денег, слишком высокая плотность приведет к необоснованным тратам.
  2. Станция всегда должна находиться на доминирующей высоте. Если ваша станция находится на 16-этажном доме и хорошо покрывает микрорайон, то большая часть информации пойдет через нее. Какая-нибудь дополнительная БС у нее под боком, скорее всего, будет большую часть времени простаивать.
  3. Каждая БС, так или иначе, может занимать в эфире драгоценное место. Слишком высокая плотность БС повышает риск коллизий.

Оптимальным радиусом работы мы выбрали 900-1000 метров. Это с запасом, т.к. многие наши радиомодули находятся в подвалах. Там не самые лучшие радиоусловия, приходится вставать поближе, чтобы их услышать. В особо сложных случаях можно уменьшить этот радиус, хотя такая потребность возникала у нас всего два раза.

Что дальше?

Главный вопрос, который задают скептики. Замечательно, у вас есть технологии. Потребители-то где?

Да вот они! Прямо перед вами. На данный момент компания «Интерсвязь» реализует масштабный проект по подключению различных общедомовых счетчиков к единому центру сбора данных. В перспективе подключение других общедомовых приборов учета. Опрос устройства производится именно через технологию LoRa.

При этом счетчику совсем не обязательно иметь встроенный радиомодуль. Достаточно импульсного выхода, RS-232 или RS-485. В этом случае, рядом с ним устанавливается внешний радиомодуль с необходимым интерфейсом, который собирает и передает показания.

Справедливо это так же и для квартирных приборов учета. Теперь не нужно передавать показания в офис или через Интернет. Если вы подключены к серверу приложения, то данные будут переданы автоматически.

Данная услуга пользуется спросом у управляющих компаний. Теперь им не надо посылать слесаря дядю Петю в подвал, чтобы он там переписал показания счетчиков (точно ли сходит???). Раз в час радиомодуль сообщит показания на сервер, а тот передаст в биллинг.

Радиомодуль питается автономно, от своей батареи. По подсчетам первых месяцев эксплуатации батареи хватит в среднем на год. Можно увеличить срок службы, выставив передачу показаний раз в сутки. Однако пока проводится ряд статистических экспериментов, и мы снимаем данные все же раз в час. В рамках тестов.

В своем сообщении радиомодуль передает самые необходимые данные: число импульсов, заряд батареи, температура счетчика и номер пакета. По сетевому серверу можно отследить выход модуля на связь, стабильность прохождения пакетов, уровень сигнала и шлюз, за который модуль держится. Сами же показания в удобной форме нам (и клиентам) передает сервер приложений.

Заключение

Сейчас мы продолжаем развивать нашу технологию и подключать к ней новых абонентов. В планах реализация еще множества технических новшеств, ввод в строй нового оборудования и софта. Проходят тестирования различные радиомодули и законченные устройства, которые смогут работать в нашей сети. Мы собираем информацию от абонентов, пытаемся понять, что еще нужно, в чем есть потребность. К примеру, становится ясно, что на основе показаний водосчетчиков можно составить оперативную аналитику. На ее основе, к примеру, можно отследить протечку воды.

Все эти пожелания оформляются в виде задач нашим инженерам и передаются в работу. Еще многое предстоит сделать, однако уже сейчас мы можем сказать. «Интернет вещей теперь в вашем доме!»

Как передать информацию без потерь

Цифровые данные планируют передавать с помощью света и сверхмощной оптической линзы.

Как сообщает Physical Review Letters, исследователи из Университета Сямынь в Китае разработали оптическую линзу, которая обладает сразу двумя свойствами, которые до сих пор не были продемонстрированы вместе: самофокусировка и оптический эффект, называемый эффектом Тальбота, благодаря которым стало возможно создание «светового кода».

Эффект Тальбота. Если свет проходит через несколько параллельных щелей (дифракционная решётка), то возникает интерференция и появляются «дыры» с нулевой интенсивностью света

Сначала эффект удалось получить на высокочастотном СВЧ излучении, но вскоре его продемонстрировали также и в звуковых волнах, и в видимом диапазоне. Сейчас начались эксперименты с лазерами в оптоволокне.

В электромагнитной теории присутствует определённый дуализм между пространством и временем. В частности, дифракция световых лучей в пространстве является математическим эквивалентом временнóго распространения света в среде. Другими словами, дифракция и дисперсия симметричны в пространстве-времени.

Это сразу же ведёт к тому, что мы можем создать эквивалент дифракционных линз не только в пространстве, а во времени.

Проще всего это понять, если представить поток автомобилей на автостраде. Первая группа начинает ехать быстрее, а вторая группа — медленнее. Между ними образуется своеобразный карман, где нет ни одного автомобиля. Посередине дороги первая группа начинает замедляться, а вторая группа — ускоряться, так что карман исчезает, а все события, которые там происходили, навсегда стираются из истории.

В точку назначения приходит такой же поток автомобилей, какой отправлялся из точки отправления. В этой аналогии автомобили — это фотоны, а автострада — волновод. Разделение света на группы частот осуществляется с помощью изменения напряжения в фазовом модуляторе: так и появляются карманы во времени, как и в случае с обычной дифракционной решёткой.

С точки зрения физики, мы растягиваем и сжимаем время, так что появляется пространство для внедрения дополнительной информации. Группа физиков из университета Пердью под руководством Джозефа Льюкенса (Joseph Lukens) сумела «растянуть время» на 46%, отправляя дополнительно к основному «скрытый» поток 12,7 Гбит/с в скрытых карманах времени по 36 пикосекунд каждый.

Учёные доказали, что сочетание этих двух свойств может использоваться для передачи закодированного цифрового сигнала без потери качества и скорости информации. Такое изобретение может быть положено в основу высокоэффективных оптических систем связи.

Если исследования закончатся успешно, а собранный прототип продемонстрирует устойчивую работу, то отсутствие дифракции и эффект Тальбота могут быть использованы для передачи закодированных оптических изображений на большие расстояния с высоким качеством.

IPTV: нельзя управлять тем, что невозможно измерить

Давайте порассуждаем на тему внедрения новых услуг. Все мы понимаем, что при внедрении новых услуг без правильного, взвешенного подхода не обойтись, поэтому я решил рассмотреть разные подходы интеграции в сфере IP-телевидения.

Для любого интернет-провайдера, оказывающего услуги доступа в интернет своим абонентам, тема IP-телевидения вызывает наибольшие споры и сомнения. На это есть причины и этому есть объяснения.

Данная статья как раз показывает варианты подходов, доступные операторам связи, при внедрении непрофильной, но востребованной услуги IP-телевидения для своих абонентов.

Что касается самих абонентов, то в последнее время они тоже становятся все более продвинутыми, более требовательными к поставщикам интернет-решений и IP-телевидения.

Поэтому IPTV может удивить своих абонентов только высочайшим качеством картинки и интерактивностью своих сервисов. В наше время каждому абоненту обязательно подавай максимум HD-каналов, все хотят пользоваться интеллектуальными функциями интерактивного телевидения, такими как управление просмотром с архивом передач на несколько дней, причем на всех телеканалах. Обязательно, чтобы был мультискрин, мультирум, EPG и другие подобные сервисы.

Классическое кабельное телевидение по качеству может и не уступает IPTV, но явно проигрывает в интерактивности.

Еще одна проблема при внедрении IPTV — абоненты не хотят платить за приставки, операторы не хотят инвестировать в эти приставки, т.к. возврат инвестиций растягивается на годы.

В общем, абоненты требуют, требуют, а оператор должен за все это платить.

Ситуацию усугубляют операторы, которые идут на поводу у абонентов и оказывают услуги IPTV бесплатно! Это апогей расточительства. Можно назвать такую бизнес-модель IPTV «до кучи». Мы такую схему не поддерживаем, поэтому не рассматриваем.

Телевидение для интернет-провайдера не является основной услугой по зарабатыванию денег, требует отдельного лицензирования, может сильно ударить по карману, и при неправильной оценке и продвижении может долго окупаться. И всегда тема телевидения ставит оператора связи перед сложным выбором «быть или не быть».

Еще совсем недавно, несколько лет назад, считалось, что IPTV – это прерогатива только больших операторов, которые за счет своей огромной абонентской базы могут окупить большие начальные вложения и ежемесячные платежи правообладателям. До поры до времени так все и было, пока на рынок не вышли контент-агрегаторы и ОТТ-провайдеры.

Итак, когда оператор решает ТЕЛЕВИДЕНИЮ БЫТЬ, он выбирает один из трех основных бизнес-процессов:

  • Внедрение собственного телевидения — IPTV «с серьезными намерениями»,
  • Запуск в свою сеть ОТТ-поставщика — ITPV «для галочки»,
  • Оказание услуг IPTV по агентской схеме через контент-агрегатора — IPTV «под ключ».

Рассмотрим подробнее все варианты. Я выделю все плюсы и минусы каждого направления. Конечный выбор — за оператором.

Начнем с собственного телевидения. Это серьёзный шаг для оператора. Тут все направлено на создание полноценной услуги под собственным брендом и управлением. Главное условие – достаточно большая абонентская база у оператора, от 10000 ШПД абонентов, а лучше от 20000.

В данном проекте очень большие начальные вложения как материальные, так и временные:

  • Первым делом нужно получить лицензию КТВ.
  • Затем начинаем проектирование головной станции.
  • После проектирования переходим к строительству антенного поста.
  • Закупаем приемное оборудование.
  • Закупаем шасси, модули, конвертеры.
  • Не забываем о сетевом оборудовании.
  • Внедряем программно-аппаратный мониторинг сигнала.
  • Программно-аппаратный комплекс Middleware и шифрование CAS.
  • Поиск резервных источников.
  • Набираем штат сотрудников.

Далее необходимо заключить порядка 100 договоров с правообладателями, что займет примерно год работы выделенного сотрудника.

Далее, оператора ждут ежемесячные платежи около полумиллиона-миллиона рублей в месяц за контент, плюс расходы на сотрудников, на резерв, плюс лицензии за middleware и шифрование.

Плюсы такой схемы:

  • Полностью операторское телевидение, т.е. это расширение собственного бизнеса оператора связи.
  • Полный контроль над управлением абонентами в рамках проекта.
  • Полный контроль над контентом, его пакетированием и конечной стоимостью.
  • Полный контроль над маркетингом и рекламой услуги.
  • Полный контроль над качеством и технической реализацией услуги.

Минусы:

  • Долгая окупаемость.
  • Большие начальные вложения и ежемесячные платежи.
  • Крайне сложно расторгнуть договор с правообладателем, если возникла такая необходимость.
  • Ежемесячные платежи каждому правообладателю.
  • Постоянная отчетность и бесконечный документооборот по всем договорам с правообладателями.

Теперь поговорим про ОТТ.

Сам термин OTT расшифровывается как Over The Top, т.е. ПОВЕРХ. И это очень важно понимать. Ведь в данной модели услуга телевидения оказывается поверх основной услуги провайдера. В данной схеме для ОТТ-оператора неважно, поверх кого он оказывает услугу, т.е. на чьей сети работает абонент и чьи ресурсы тратятся. Для ОТТ-оператора важно, чтобы абоненты подписались на его услугу и были привязаны к ней. Для абонента очень удобно, что он не привязан к своей сети и у него телевидение полностью переносное. А у оператора, включившего такое телевидение, нет гарантий, что абонент не перейдет к другому провайдеру. Конечно, ведь абонента ничто не держит поменять провайдера и продолжать платить ОТТ-оператору за его переносное ТВ.

Оказание услуги IPTV через ОТТ-поставщика контента – выбор, как правило, маленьких и средних операторов. Плюсы здесь несомненно есть: быстрое развертывание сервиса без затрат для оператора связи.

С точки зрения бизнес-модели, ОТТ-телевидение по агентской схеме приносят единичные подключения пользователей. Тут как раз все дело в технологии. С одной стороны, оператору нужно ТВ, и он его включил, так сказать «для галочки». А с другой — оператор понимает, что с каждым абонентом у него прогружается внешний uplink. Поэтому он особо не продвигает эту услугу в массы. А зачем? Формально услуга есть, а агентское вознаграждение с услуги совсем небольшое и затраты на интернет-канал оно не покроет.

В ОТТ есть и минусы:

  • Низкое качество картинки, т.к. ОТТ работает через паблик-интернет, сигнал сильно ужат и, зачастую, битрейт опускается до значений, при которых просмотр на большом экране телевизора становится невозможным.
  • Операторы ОТТ, как правило, не добавляют в свои пакеты бонусы для абонентов в виде бесплатного пакета каналов.
  • Ограниченность в используемых приставках, т.к. их, как правило, продает поставщик ОТТ-решений по достаточно высоким ценам с достаточно низкой маржой для оператора.
  • Самый главный минус в том, что поставщик ОТТ и оператор связи не являются партнерами по бизнесу. У ОТТ свои, очень жесткие позиции по условиям работы. Оператор связи не принимает участия в той услуге, которую оказывает своим абонентам. Оператор связи в данной бизнес модели является в основном поставщиком абонентов для ОТТ-провайдера.

И самое главное —  это миграция абонентов. Если абонент не привязан дополнительными услугами к оператору, то его ничто не держит от смены поставщика услуг ШПД. И тут много вопросов, ведь клиент может прийти к оператору связи уже со своим ОТТ-включением и начнет потреблять трафик оператора, а платить за ОТТ мимо кассы оператора. Или наоборот, оператор включил через себя абонента для ОТТ-оператора, а абонент взял и отказался от своего оператора, начав платить за контент ОТТ-оператору. В итоге, в выигрыше только ОТТ-оператор.

Именно поэтому я и называю эту услугу «IPTV для галочки», т.е. временное закрытие потребностей оператора легким решением.

А теперь перейдем к третьей бизнес-модели. Это работа с контент-агрегатором – IPTV «под ключ».

Совместить плюсы собственного телевидения в виде мультикаст-потоков, полный контроль над абонентами и над самой услугой, а также добавить привлекательность ОТТ в виде быстрого внедрения услуги IPTV можно, причем без больших затрат и полностью в легальном виде.

На выходе получится универсальное предложение для операторов связи.

Полноценный IPTV-агрегатор понимает, что операторам не всегда удобно получать только multicast-потоки. Для этого внедряется решение unicast доставки IPTV до конечного абонента. Данный тип доставки контента должен автоматически подключаться при авторизации абонента со смарт ТВ, смартфона либо планшета. Но правильный unicast без привязки к сети оператора не должен работать. Операторы не хотят, чтобы их абоненты смотрели телевидение без него.

Для полноценного решения IPTV добавляем сертифицированную систему шифрования сигнала, а также облачную платформу для управления всем комплексом IPTV и для учета абонентов. При такой схеме и операторы, и правообладатели могут быть спокойны, и уверены в том, что контент надежно защищен от несанкционированного доступа. За резервирование сигнала тоже отвечает контент-агрегатор.

Подобная бизнес модель построена на Агентской схеме работы. Я бы хотел немного подробней остановиться на этом.

В данной схеме работы оператору связи не нужно получать лицензию на кабельное вещание.

В данной схеме работы операторам не нужно заключать договоры с правообладателями, платить каждому из них минимальный платеж и перед каждым отчитываться. Это все делает контент-агрегатор за своего Агента.

Контент-агрегатор с правообладателями заключает Лицензионный договор на использование медиа-контента с правом распространения контента конечным пользователям. С операторами связи заключается Агентский договор, по которому все права и обязанности перед абонентами возникают непосредственно у Конетент-агрегатора, т.е. юридически  — это абоненты Компании. Но важно, чтобы оператор продавал услугу как свою, чтобы она у его абонентов ассоциировалась с его оператором, а не с контент-агрегатом. И это тоже очень важное отличие от ОТТ и очень сближает данное решение с собственным телевизионным решением оператора за счет кастомизации и брендирования клиентского интерфейса.

Данная бизнес-модель подходит ко всем операторам связи, которые хотят внедрить IPTV для своих абонентов, основные плюсы IPTV «под ключ»:

Абоненты и сама услуга управляются оператором. Помните фразу: «Нельзя управлять тем, что невозможно измерить».

  • Легальная схема работы.
  • Надежное решение за счет резервирования.
  • Масштабируемая услуга, под любые размеры сети.
  • Можно использовать любое абонентское оборудование.
  • Кастомизация и брендирование. IPTV ассоциируется у абонента с поставщиком ШПД.
  • Огромная польза для телеканалов за счет охвата аудитории.
  • Вещание 4K и UHD без нагрузки на сеть. Multicast позволяет организовать вещание в тяжелых форматах 4K и UHD без сжатия.
  • Возможность добавлять региональные каналы в сетку вещания.
  • Наличие телеканалов в часовом поясе оператора связи.

Подводя итоги, хочу отметить, что окончательный выбор остается за оператором, но главное при выборе бизнес модели сделать выбор, после внедрения которого у оператора был вариант масштабирования своего бизнеса, вариант, который позволит и побаловать существующих абонентов бесплатным пакетом, удивить их высоким качеством картинки.

Я желаю операторам, чтобы они всегда знали, сколько у них абонентов на телевидении, сколько они им платят, какие каналы они смотрят. От правильно выбора зависит успех! Взято с nag.ru

Интерференция в WiGig сетях и методы борьбы с ней

Сегодня в области беспроводной связи наблюдается явная тенденция увеличения скоростей передачи данных и, как следствие, нехватка доступного радиоспектра. В связи с этим, предметом активного исследования выступает возможность применения миллиметрового диапазона в сетях беспроводной связи пятого поколения. Среди возможных кандидатов выступает технология 802.11ad/WiGig, которая отличается малым радиусам действия и частотой в 60 ГГц. Стандарт 802.11ad считается одним из наиболее перспективных решений для высокопроизводительных беспроводных систем.

В миллиметровом диапазоне для компенсации больших потерь на трассе (сигналы высокой частоты быстро затухают) обычно используется сравнительно новая технология beamforming, позволяющая формировать диаграмму направленности, направленную максимумом точно в сторону приемника. В современной радиоэлектронной аппаратуре beamforming реализуется на основе ФАР (фазированных антенных решеток). На практике beamforming позволяет обеспечить возможность управления лучом в диапазоне 100 – 120 градусов, поэтому в случае использования этой технологии для точек доступа необходимо использовать несколько антенных радиомодулей для достижения охвата во всем диапазоне углов до 360 градусов.

При размещении большого количества мобильных станций предпочтительно использовать для каждого радиочастотного модуля отдельный канал связи. Однако, в диапазоне 60 ГГц доступны только 4 канала, и беспроводные линии связи при этом могут испытывать большие помехи, рисунок 1:

Рисунок 1

IEEE 802.11ad / WiGig использует чрезвычайно широкую полосу пропускания 1,76 ГГц на один канал с интервалом между ними в 2,16 ГГц. Это приводит к тому, что в отличие от обычных сотовых систем, приемопередатчик с частотой 60 ГГц обладает плохой избирательностью по каналу, что потенциально вызывает большие помехи в соседнем канале в зависимости от местоположения мобильной станции. Ниже мы рассмотрим, как влияет интерференция между соседними каналами в 60-гигагерцовых сетях, ответим на вопрос, какую методику подавления помех можно использовать, а также насколько она эффективна.

Интерференция в сетях 802.11ad

Ниже будет приведена оценка того, как интерференция в сетях малого радиуса действия может влиять на качество связи. Задача поясняется рисунком 2, на котором показано, что точка доступа размещается на высоте 110 см в трехмерной системе координат (x,y,z)=(0,0,110). Точка с координатами x=0 соответствует границе зон покрытия двух мобильных станций (STA — Station).

Рисунок 2

Мобильные станции STA1 и STA2 размещаются в местах, соответствующих координатам (x,y,z)=(5,60,0) и (x,y,z)=(-5,60,0) соответственно. На рисунке 3 показаны два типичных случая, когда помехи в соседнем канале влияют на качество приема STA.

Рисунок 3

Сплошными синими линиями показаны полезные сигналы во втором канале (CH2), пунктирными красными линиями – сигналы помехи от третьего канала (CH3). На рисунке 4 покажем временные диаграммы пакетов, передаваемых двумя сигналами:

Рисунок 4

Из рисунка следует, что STA1 принимает короткие пакеты с высокой пропускной способностью, а STA2 – длинные пакеты с низкой пропускной способностью. При этом качество связи можно оценить путем измерения коэффициента ошибок пакетов (PER — Packet Error Rate) в требуемой мобильной станции STA. В таблице 1 приводятся результаты измерений частоты ошибок PER для рассматриваемых двух случаев: первый (рисунок 3 слева), когда помеха от точки доступа оказывает влияние на соседнюю STA1, и второй (рисунок 3 справа) — источником помехи для STA1 является непосредственно мобильная станция STA2. Рост PER наблюдается только в первом случае и составляет 12.4%.

Таблица 1 – Измерение частоты ошибок в STA1

  Помеха от ТД на STA1 Помеха от STA2 на STA1
PER (коэффициент ошибочно принятых пакетов), % 12.4 0

Основываясь на результатах измерений, можно сделать вывод о том, что когда STA размещены довольно близко друг к другу, снижение производительности вызвано, в основном, мешающим сигналом от точки доступа, который поступает в том же направлении, что и полезный сигнал.

Подавление интерференции с помощью beamforming

Для уменьшения помех от точки доступа в мобильной станции STA может быть использован гибридный метод аналово-цифрового beamforming’a для Rx лучей. Он позволяет эффективно противодействовать помехам, а его реализация имеет довольно малый габаритные размеры, как показано на рисунке 5 вместе с блок-диаграммой (схема заимствована из указанного источника):

Рисунок 5

В схеме производится автоматическое формирование диаграммы направленности, необходимой для качественного приема сигнала от абонента, то есть имеющая максимум излучения в направлении на источник сигнала, и минимум – в направлении помехи (рисунок 6).

Рисунок 6

Рассмотрим более подробно схему, изображенную на рисунке 5. В рассматриваемой схеме два блока, формирующие заданную диаграмму — AFE (Analog Front-End) управляются общим генератором TCXO (temperature compensated crystal oscillator), который также используется в качестве опорного сигнала для блока PLL (phase locked loop – фазовой автоподстройки частоты). Полученные сигналы от AFE подаются в блок цифровой обработки (ADC), который производит объединение для подавления помех в блоке IRC (Interference Rejection Combining). IRC – это алгоритм подавления комбинированных помех от соседних источников. С использованием IRC пользователь получает более высокие скорости передачи данных благодаря снижению уровня помех (и как следствие – увеличению SNR). Алгоритм IRC обеспечивает формирование нужной диаграммы направленности, которая подавляет усиление Rx в направлении помех, рисунок 7.

Рисунок 7

IRC. Оценка степени подавления интерференционных помех

В обычных антенных MIMO-системах для подавления помех используется метод пространственно-временной обработки сигналов по критерию минимума среднеквадратической ошибки (Minimum Mean Square Error — MMSE), в то время как IRC использует информацию о направлении подавления помехи, что приводит к улучшению отношения SNR. MMSE используется в LTE сетях, начиная с Release 8, опубликованного в 2012 году и на первых этапах хорошо себя зарекомендовал, однако в виду того, что ситуация в микроволновом диапазоне за последние 5 лет довольно сильно изменилась, то на смену ей рано или поздно окончательно придет алгоритм IRC, который уже применяется во многих решениях. Ниже приводятся результаты сравнения MMSE и IRC для подавления интерференционных помех. Схема эксперимента изображена на рисунке 8.

Рисунок 8

Точка доступа находится на высоте 110 см, расстояние между AFE1 и AFE2 (управляемые модулями RF 1 и RF 2 в STA1) составляет 10 см. Расположение STA изменяется в области 100х80 см в диапазоне -50≤x≤50 – в горизонтальной плоскости, и 20≤y≤100 в вертикальной плоскости с шагом в 10 см и составляет, таким образом, 99 точек измерения. В каждой точек измерется уровень сигнала от AFE с помощью цифрового осциллографа, а затем с помощью цифровой обработки сигналов (средствами Matlab) измеряется величина вектора ошибок EVM. Относительная величина контролируемых пакетов соответствует рисунку 4.

Рисунок 9а

Рисунок 9б

На рисунке 8а изображена функция распределения (CDF) измеренного EVM для одного потока Rx от каждого из AFE. На рисунке 8б изображена та же функция распределения двух потоков IRC Rx. В однопоточном случае вследствие воздействия помех наблюдается ухудшение качества сигнала на 2 дБ. Как показано на рисунке 8б, IRC Rx показывает на 3 дБ лучшие результаты в сравнении с однопоточным AFE Rx. Чувствительность Rx составляла -21 дБ для 16-QAM, а зона покрытия одного потока Rx составляла 30-52% исследуемой области измерения, тогда как для двух потоков IRC Rx она составляла 86%. Таким образом, применение IRC обеспечивает не только улучшение EVM, но и увеличивает в ~1.5 раза зону радиопокрытия.

Также проводилась оценка EVM для обычного метода MMSE Rx, а затем это значение сравнивалось с IRC Rx. Результаты измерений показаны в таблице 2. Отрицательные значения указывают на то, что IRC Rx превосходит MMSE Rx. Значения со знаком плюс означают, что в этом случае применение MMSE лучше в сравнении с IRC Rx.

Таблица 2 – сравнение MMSE и IRC

Можно отметить, что IRC Rx показывает лучшую производительность в большинстве точек измерения. Также можно заметить, что левая боковая область (x<0) имеет лучшие значения по сравнению с правой (x>0). Это связано с тем, что помехи из соседнего канала (рисунок 7) в левой части больше, так что IRC Rx может достичь большего подавления помех, чем помеха обычного MMSE Rx. В таблице 2 приведены результаты с точки зрения зоны покрытия, в целом IRC Rx показывает лучшие результаты измерения EVM до 73% от общей площади.

Заключение

В данной статье приведены результаты оценки влияния помех от соседних каналов в среде с малыми ячейками 60 ГГц. Согласно измерениям, PER ухудшается из-за помех в соседнем канале, которые в основном создаются несколькими радиочастотными модулями в точке доступа. Чтобы уменьшить это негативное влияние, используется метод подавление помех с помощью IRC (Interference Rejection Combining) с двумя потоками. Измерения показали улучшение в EVM, а также расширение зоны покрытия ячейки, демонстрируя эффективность применяемого метода для небольших систем с использованием IEEE 802.11ad / WiGig. Таим образом можно сделать вывод, что в миллиметровом диапазоне длин волн с интерференцией можно эффективно бороться с помощью данного метода IRC, который постепенно придет на замену частоисползуемому MMSE. Релиз беспроводного оборудования 802.11ad в 2016 году пока не включает поддержку IRC, но как только такие устройства появятся их можно будет смело брать на вооружение и интегрировать в работающие Wi-Fi сети надеясь на стабильную работу устройств с гигабитными скоростями.

Выбор без выбора: еще раз о EPON/GPON-сетях

По проникновению в жизнь больших городов интернет уже мало в чем уступает водопроводу. Данные ФОМ на начало 2015 года свидетельствуют: в миллионниках взята планка в 80%. То есть все пользователи из много- и малоэтажек уже, так или иначе, подключены. Неохваченным остается только частный сектор, он же последняя точка роста «вширь». Взять этот сегмент через FTTB-сети не так-то просто, DSL безнадежно устарел, Wi-Fi быстр и легален только в глянцевых проспектах. Зато xPON успел подешеветь буквально до неприличия. О нем и попробую рассказать. Далеко не в первый раз, но явно и не в последний.

Для тех, кто впервые открыл для себя xPON, отмечу, что выгода использования этой технологии достаточно очевидна: с одной точки присутствия можно подключить все дома в радиусе нескольких километров, причем, не устанавливая активных узлов. Еще недавно такой вариант казался непомерно дорогим, однако многое успевает измениться за весьма короткий промежуток времени, и теперь его вполне может рассматривать, как рабочий, гораздо более широкий круг компаний.

Но перед тем как рассмотреть различные варианты использования xPON, заметим, что сакральный вопрос, «EPON или GPON», судя по всему, уходит в прошлое. Уже сейчас наиболее популярная тройка производителей — BDCOM, Eltex и HUAWEI — стала универсальной: эти вендоры готовы предоставить устройства обеих основных веток развития PON. Цены отличаются непринципиально, возможности и скорости также ушли друг от друга недалеко. Различие, если говорить совсем коротко, заключаются в следующем: можно подключить до 64 абонентских устройств (ONU) на порт у EPON  против 128 на порт у GPON. Да и это различие, похоже, продержится недолго: на рынке уже появились чипы для EPON, позволяющие включать до 128 ONU на порт. На данный момент законченное решение есть только у Eltex в их TurboGepon, да и то, с отличиями от стандарта, однако относить данную особенность к реальным проблемам не имеет особого смысла.

И вот почему. Оптический бюджет «на 128» реально «проходит» только в многоэтажках. Казалось бы, там GPON с его 128-ю ONU будет в явном выигрыше. Но есть нюанс (с). Типовой уровень проникновения,  при отсутствии монополии и присутствии конкуренции, обычно составляет всего-то 10-15%. Причем предсказать заранее места появления пользователей невозможно. С другой стороны, тянуть внутридомовую разводку персонально под каждого нового клиента нельзя, для чувствительной к качеству сварки и монтажа PON-технологии это верный путь к проблемам.

Рассмотрим схему разводки для типовой многоэтажки. Схема разводки для каждого подъезда будет одинаковая, поэтому привожу ее для одного подъезда.

Схема с использованием оптического деления 1:128

Поэтому, если не думать о такой экзотике как КТВ по оптоволокну, очень удобно использовать «деление на 128» даже для EPON, то есть взять концевые делители с запасом, чтобы покрывать половину квартирной емкости. Например, на этаж с 8-ю квартирами ставим делитель на 4, либо размещаем один делитель на 8 через этаж. На уровне дома усредненная статистика все же даст результат — реально подключенных абонентов будет не более 25%, от числа квартир в доме, что дает 64 клиента с PON-порта. Порт GPON в этом случае останется загруженным только наполовину.

Частный сектор

Малоэтажный сектор ничем не отличается от предыдущего примера. Только надо на место подъезда ставить целый дом. Все реально — район города Сысерть. Разводка сделана для покрытия с учетом проникновения 50%. В качестве магистрального используется восьмижильный кабель.

Еще несколько лет назад за такие районы никто не брался. Плотность низкая, расстояния большие. Сделать все сразу, с запасом как в многоквартирнике — долго и дорого. Поэтому работы ведутся от случая к случаю, разными кабелями и, что важнее, разными руками. Как следствие, оптический бюджет не выдерживает «деления на 128». А раз так, то при выборе между GPON и EPON, особой разницы нет.

Делители

С делителями все примерно так же: их много, разных, но принципиальные отличия отсутствуют (если, конечно, забыть про давно устаревшие и дорогие «не PLC»). Так что классификация выглядит тривиально и смешно: оконцованные или не оконцованные, корпусные или бескорпусные. Отличия хорошо видны на рисунках.

Приведем самые популярные модели и ориентировочные цены на них:

Коэффициент деления

Затухание

дБ

Цена бескорпусной, не оконцованной модели, $

1х2

4

от 8

1х4

7,5

от 9,3

1х8

10,5

от 10,44

1х16

13,7

от 20,64

Как это выглядит в муфтах?

Вот так выглядит проходная муфта с установленным делителем первого уровня 1:8

При желании можно в муфте разместить два делителя. Это позволяет обеспечить включение абонентов поблизости без использования распределительной коробки.

Вот пример с делителями первого уровня 1:8 и одновременно делителя второго уровня 1:8

При подобном размещении вывод абонентских кабелей герметизируем подручными средствами.  Например, вот так:

При использовании распределительной коробки, размещение делителя внутри выглядит более простым:

А вот так выглядит подключение абонентских окончаний:

Ниже можно увидеть пример подключения клиента с проходной муфты:

Сага о скорости

Потребляемый абонентом трафик сильно (разница аж в 5 раз!) зависит от социального профиля. В таблице ниже сведена многолетняя статистики ряда крупных компаний для физических лиц по состоянию на 2015 год:

Среднее потребление на активного абонента в Мбит/с

Общее население в населенном пункте в тыс. человек

Многоэтажная застройка

Малоэтажная застройка

Частный сектор

Более 1000

4,5

3,2

1,7

От 500 до 1000

4,3

3,1

1,3

От 200 до 500

2,8

2,6

1

Менее 200 тыс.

1,5

1,3

0,9

Рассмотрим также потребление трафика услугой IPTV.  Практически любой оператор, предоставляющий в настоящее время услуги IPTV,  предлагает своим клиентам 150-200 каналов.   Суммарный трафик может достигать  600-1000 Мбит/с. Однако, несмотря на это, нагрузка на один порт PON будет определяться только количеством просматриваемых клиентами каналов с данного порта. По статистике, их кол-во не превышает 20. Доля HD-каналов будет не более половины от этого числа.  Битрейт для HD будем считать 15 Мбит/с, битрейт для SD-каналов — 5 Мбит/с.  Посчитаем итоговое потребление: 10*15 + 10*5 =200 Мбит/с.  Итоговое среднее потребление для одного PON-порта при 100% активности всех клиентов (с учётом включения с делением на 64) будет равна 64*4,5 Мбит/с + 200 Мбит/с=488 Мбит/с.  При включении 128 клиентов — 128*4,5 Мбит/с + 200 Мбит/с= 776 Мбит/с.  Это загрузка одного порта при самом оптимистичном сценарии, когда все клиенты подключены и активны.

Как видно из расчетов скорости, EPON вполне достаточно, а скорость  GPON хоть и выше, но никакого реального преимущества нам не дает. Соответственно, и в этом случае никакой особой разницы между разновидностями технологии нет.

Размер первоначальных инвестиций

В зависимости от величины стартового бюджета, принцип построения сети выбирается либо «ковровым» способом, либо прокладкой только магистралей и организации точек деления по мере появления клиентов.  В первом случае жилой район накрывается сразу с установкой оборудования,  вплоть до абонентских делителей, исходя из самого оптимистичного уровня проникновения.  Это позволяет правильно организовать магистральный уровень, сделать качественный монтаж и получить реальное затухание близкое к расчетному.  При таком варианте построения сети легко добиться деления 1:128 на один PON-порт.

Во втором случае узлы возникают хаотично и зачастую организуются монтажниками, выполняющими подключение конечного абонента.  Уровень затухания получается выше расчетного. Сделав выборку по 20 провайдерам, можно уверенно утверждать, что затухание, при таком подходе, колеблется от 24 до 30+ дБ при построении сети с делением 1:64. Получить работоспособную сеть с коэффициентом 1:128 в этом случае крайне тяжело.  Если говорить о влиянии начальных инвестиций на выбор оборудования, то следует учитывать случаи, когда начальных инвестиций хватает только на оборудование узла связи и приобретение OLT. При таком развитии событий, сеть строится в основном за счет денег, полученных от клиента за подключение. В этом  случае оператор предпочтет оборудование с минимальной ценой. Далее мы сравним существующие решения именно с точки  зрения цены.

Строим сеть с оглядкой на будущее

Начиная строительство xPON-сети, всегда стоит помнить, что оборудование не всех вендоров совместимо между собой. По разным причинам часть вендоров не позволяют использовать оборудование сторонних производителей. Это может привести к определенным  проблемам в перспективе. Как бы не был успешен вендор сейчас, он может уйти с рынка в результате внутренних проблем или продать бизнес более крупной компании, в результате чего могут измениться ценовая политика и условия поставок оборудования. Для того, чтобы этого избежать, необходимо ориентироваться на оборудование, совместимое с несколькими вендорами.

Рассмотрим сегодняшних участников с этой точки зрения. Оборудование EPON BDCOM может работать с разными вендорами, поддерживающими спецификацию CTC 2. Те, кто уже работал с OLT BDCOM, знают об альтернативных моделях ONU, которые успешно работают совместно с ОЛТ.  Совместно с OLT Huawei успешно работают ONU от ZTE, Fiberhome и другие. На момент написания статьи OLT от Eltex не позволял работать с ONU сторонних производителей.  Возможно, в будущем это измениться, но сейчас на это стоит обращать внимание.

Немного о перспективе

Рост трафика с каждым годом продолжается и не за горами тот момент, когда скорости xPON будет недостаточно. Уже сейчас на рынке доступны решения 10G xPON (под 10G xPON следует понимать XG-PON и 10G-EPON), позволяющие обеспечить 10G нисходящего и 2.5G восходящего трафика.  Поскольку 10G xPON для работы использует другие длины волн, то возможен поэтапный перевод клиентов с xPON на 10G xPON. Распределения длин волн для разных поколений PON можно наглядно видеть на рисунке ниже.

Для поэтапного перевода клиентов с xPON на 10G xPON достаточно установить дополнительное OLT, поддерживающее 10G xPON или дополнительную  плату (если вы используете шасси, например, Huawei). Сигнал с портов нового устройства при помощи фильтров добавить в существующую xPON сеть и раздать новые ONU, переводимым на 10G xPON клиентам. К сожалению, текущая цена на 10G xPON выше обычной почти в десять раз, что создаёт серьезные препятствия для массового внедрения.  На наш взгляд в перспективе ближайших 5 лет возможен перевод на 10G xPON в сегменте многоэтажных домов.

При этом подразумевается использование не «чистого» 10G xPON, а работа именно в совмещенном режиме. Связано это с тем, что 90% трафика генерируют 10% клиентов и экономически обосновано перевести на новый PON именно их, а также подключения юр. лиц.  Также возможен вариант использовать 10G xPON на уровне агрегации. В этом случае вместо обычного кольца с использованием STP строится кольцо с использованием двух независимых кабелей для получения схемы 1+1 (type B). Данный метод позволяет обеспечить энергонезависимое, двухлучевое подключение каждого коммутатора.

Несмотря на то, что в Китае начался массовый переход на XG-PON (что создает дефицит EML лазеров вот уже два года, который ощутили  все, кто заказывает CWDM или DWDM модули свыше 40км), на наш взгляд, перспективы использования 10G xPON в секторах малоэтажных и частных домов, в ближайшие 5 лет маловероятны. В данном сегменте стоимость оборудования наиболее важна и многократное увеличение цены неприемлемо. В случае нехватки скорости xPON, операторы предпочтут перейти на схему включения 32 пользователя на порт. Сделать это не меняя кабельную инфраструктуру поможет технология TWDM PON.  Технология TWDM PON позволяет организовать несколько  каналов PON в одном волокне, используя разные длины волн. Специально для этого выделяются диапазоны 1270-1280/1570-1580 нм, 1535-1540/1553-1558 и 1535-1540/1570-1580 нм.

Распространенные мнения о PON и взгляд на них со стороны

Подводя итог под вышесказанным, попробуем разобраться, насколько справедливы некоторые распространённые утверждения:

  1. GPON быстрее, чем EPON. Безусловно, максимально допустимая нисходящая скорость  в GPON больше, однако, если подключать 128 клиентов на луч, то удельная скорость у одного клиента будет равна варианту с EPON, в то время как восходящая скорость будет даже меньше. Кроме того, выше мы рассмотрели потребление трафика, характерное для разных типов клиентов, и получили необходимую скорость, которую может обеспечить как EPON, так и GPON. По этой причине будем считать ничья.
  2. GPON более функциональный, чем EPON.  Возможности у GPON шире, но если отбросить передачу TDM, так как распространение E1 крайне низок. У GPON, за счет использования детальной настройки скоростей и приоритетов для каждого GEM порта, можно лучше управлять сервисами и трафиком для них. Однако это существенно усложняет настройку и для малых операторов, не имеющих систему управления конфигурациями интегрированную с биллингом, это скорее минус, чем плюс. Что касается широко используемого функционала, то он одинаково представлен в обоих вариантах.
  3. GPON позволяет подключать 128 клиентов на один порт, что делает его в итоге дешевле.  В разделе сравнение «EPON и GPON в рублях» мы смогли увидеть, что EPON получается дешевле решений GPON, даже при условии включения 128 клиентов с одного PON порта.

Выводы

Мы провели сравнение разных аспектов решений EPON и GPON как с экономической, так и с технической точек зрения.  Из приведенной информации вы можете сделать заключение о том, какой из вариантов вам ближе.  На наш взгляд, EPON больше подойдет малым и средним операторам. Так как в случаях, когда нужно обеспечить уровень доступа в сетях ШПД, функционала EPON достаточно, а цена более привлекательна. При этом оборудование очень простое в настройке.  Для крупных операторов, обладающих значительными бюджетами, можно рассматривать GPON. Некоторое увеличение цены покрывается возможностью более детально произвести настройки каждого сервиса. Более того, крупные операторы легко могут позволить себе полную интеграцию от производителя. Получая в результате первичную настройку  оборудования под требования оператора, а также систему управления конфигурациями, интегрированную в  биллинг.  Подобное решение сводит необходимость настраивать оборудование практически к нулю.

Но по большому счёту, отличие между технологиями в текущих реалиях весьма умозрительно. И позволяет делать выбор из экономических или логистических соображений, ориентируясь на существующие планы развития или даже личные предпочтения — технически разница пренебрежимо мала, и продолжает уменьшаться.

Мировой сетевой трафик: настоящее и будущее

Всем известен Олимпийский девиз «Citius, Altius, Fortius!», дословно означающий «Быстрее, Выше, Сильнее!». Современные телекоммуникационные сети в определенной манере также пытаются придерживаться данного лозунга, но по-своему. Для них этот девиз можно немного подкорректировать, скажем, в выражение «Быстрее, Дальше, Больше», что означает:
1) постоянное стремление увеличить пропускную способность одного канала;
2) стремление увеличить протяженность регенерационного участка сети;
3) стремление увеличить общую емкость систем передачи с помощью различных методов уплотнения каналов.

Честно говоря, еще полгода назад были планы написать статью о возможностях современных сетей, т.е. каких максимальных скоростей (рекордов) достигли на сегодняшний момент системы передачи. Сейчас наконец-то появилось время дописать данную статью. Однако, прежде чем говорить о возможных скоростях передачи, необходимо сначала рассмотреть текущие запросы потребителей – какой объем трафика генерируется сегодня во всем мире и чего ожидать нам в будущем.

В данной статье мы рассмотрим конкретные цифры по объемам передаваемых в настоящее время данных во всем мире, а также познакомимся с прогнозами на ближайшие годы.

Представленные диаграммы прогнозов роста трафика опубликованы на официальном сайте компании Cisco, с обновлениями от 7 февраля 2017 г [1]. Сразу отметим два момента. Во-первых, все цифры относятся не к определенной взятой стране или континенту, а к общемировому трафику. Во-вторых, приведенные ниже цифры в большинстве своем относятся к 2016 г., поэтому во избежание постоянного дублирования мы не всегда будем приводить это уточнение.

Согласно исследованиям компании Cisco, в 2016 г. трафик в мобильных сетях в сравнении с 2015 г. вырос на 63%. Если говорить в абсолютных значениях, то в конце 2016 г. он достиг уровня 7.2 эксабайт в месяц (в конце 2015 года эта цифра составляла 4.4 эксабайта). Чтобы все понимали, о какой цифре идет речь, напомним, что 1 эксабайт (Эбайт, ЭБ) равен 10^18 Байт, что соответствует одному миллиарду гигабайт (ГБ) или одному миллиону терабайт. Аналитики из Калифорнийского университета утверждают, что человечеству потребовалось 300 тысяч лет, чтобы создать первые 12 эксабайт информации, зато вторые 12 эксабайт были созданы всего за несколько лет, начиная с 2005 г. [2].

Скорость передачи данных в сетях мобильной связи увеличилась более чем в 3 раза. В целом по земному шару средняя скорость загрузки данных через сотовую сеть в 2016 году составила 6.8 Мбит/с (в 2015 г. она составляла 2,0 Мбит/с).

Рис. 1 – Прогнозирование роста мобильного трафика

В 2016 г. в мире появилось почти пол миллиарда (429 млн.) новых мобильных устройств. Большая часть – смартфоны, на втором месте M2M-модули. Таким образом, число мобильных устройств в мире увеличилось до 8,0 млрд.

Смарт-девайсы составляют 46 процентов от общего числа мобильных устройств; на них приходится 89 процентов всего мобильного трафика. (Здесь под смарт-девайсами подразумеваются устройства с развитыми мультимедийными и вычислительными возможностями, поддерживающие возможность подключения как минимум к сети 3G).

Рис. 2 – Прогноз увеличения числа смарт-устройств (без учета M2M-модулей)

Доля пользователей смартфонов (наиболее распространенного класса смарт-устройств) выросла на 38%. Средняя величина трафика, приходящегося на одного владельца смартфона, составила 1614 Мбайт в месяц (в 2015 г. эта цифра составляла 1169 Мбайт). В то же время смартфоны (в том числе фаблеты) составляют лишь 45% от общего числа мобильных устройств в мире, но доля приходящегося на них трафика составляет 81% от общего мобильного трафика. По состоянию на 2016 год на один смартфон приходится в 49 раз больше сетевого трафика (1614 МБ в месяц), в сравнении с обычным сотовым телефоном (в среднем на один такой телефон приходится 33 МБ в месяц). Обычные сотовые телефоны по-прежнему составляют 47% от всех мобильных телефонов.

Количество планшетов, подключенных к мобильному интернету увеличилось на 26% (составило 184 млн), а соответствующее количество ПК выросло на 8% (увеличилось до 136 миллионов). Средний объем данных, потребляемый в месяц одним пользователем ПК/планшета, составил 3392 МБ. Напомним, что для пользователей смартфонов эта цифра составляет 1614 МБ.

Объем данных, приходящийся на пользователей мобильных устройств с операционной системой iOS (айфоны, айпады), превысил соответствующую величину для операционной системы Android. К концу 2016 года, средний объем данных для устройств с iOS составил 4.8 ГБ в месяц, для устройств с Android – 3.2 ГБ в месяц.

Также стоит отметить, что к 2016 году уже 43% мобильных устройств поддерживают протокол IPv6.


Рис. 3 – Прогноз увеличения числа электронных устройств

Рис. 4 – Прогноз увеличения мобильного трафика по типам электронных устройств

Во всем мире насчиталось 325 миллионов устройств, которые можно отнести к категории М2М. Из них 11 миллионов подключаются через сотовые сети. Чтобы оценить долю М2М-модулей от общего количества устройств, сравните рисунок 2 с рисунком 5.

Рис. 5 – Прогноз увеличения числа смарт-устройств с учетом M2M

Сети 3G и 3.5G по числу зарегистрированных устройств обгонят сети 2G только к 2018 г. Также в 2018 г. произойдет другой важный момент, когда 4G превзойдет 3G и все другие поколения мобильной связи вместе взятые. К 2021 г. 53 % от всех устройств в мире будут поддерживать 4G (см. рисунок 6).

Сетевой трафик, приходящийся на сети четвертого поколения (4G), в прошлом году составил 69% от общего мобильного трафика. Это несмотря на то, что сети 4G составляют только 26% от общего объема всех мобильных сетей. В то же время сети 3G составляют 33% от всей мобильной связи и на них приходится 24 % всего трафика. Таким образом, в 2016 году объем трафика в сетях 4G был почти в четыре раза больше, чем в сетях 3G.

Прогнозируется, что с появлением в 2020 г. сетей 5G произойдет их резкий взлет и за 1 год количество пользователей сетей 5G увеличится более чем на тысячу процентов – от 2.3 миллионов в 2020 г. до 25 миллионов в 2021 г. Так как в представленные будущие годы доля 5G сетей будет очень мала, на рисунке 6 представлены совместные результаты для сетей 4G и 5G, которые обозначены как 4G+.

Рис. 6 – Прогноз развития мобильных технологий

Отдельно стоит отметить сети Low-Power Wide-Area Network (LPWAN). Для поддержки дальнейшего роста и развития Интернета вещей (IoT) в отрасли мобильной связи началась разработка и стандартизация нового класса GSM технологии – LPWAN. LPWAN – это технология низкоскоростной передачи данных на дальние расстояния по радиоканалу. Ультраузкополосные беспроводные сети LPWAN базируются на M2M-модулях, поддерживающих невысокую скорость передачи, но имеющих широкий территориальный охват. В результате мы имеем сеть с высокой степенью покрытия и с низким энергопотреблением, создавая, таким образом, новые предпосылки применения сотовой связи. Стоит отметить, что отличительной особенностью M2M-устройств от других смарт-девайсов является непосредственное подключение устройства к интернету, при этом передача данных происходит автоматически, без участия человека. Здесь в качестве примеров можно привести различные измерительные приборы, устанавливаемые в подвалах жилых домов: газовые счетчики или счетчики воды, уличные фонари и устройства отслеживания местоположения домашних питомцев и др. Доля сетей LPWAN вырастет с менее чем 1 процента (2016 г.) до 8.9 % к 2021 г. – с 58 миллионов подключенных устройств до более чем 1 миллиарда.

Рис. 7 – Прогноз развития поколений мобильной связи

Также можно констатировать, что трафик в мобильных сетях и сетях Wi-Fi растет быстрее, чем в проводных сетях доступа Ethernet. В проводных сетях доступа в 2015 г. трафик упадет до 52% от общего IP трафика, а к 2020 г. до 33 %. К 2020 г. трафик Wi-Fi от мобильных устройств и от «чисто» Wi-Fi-устройств будет составлять почти половину (49 процентов) от общего IP трафика (рисунок 8).Рис. 8 – IP трафик в сетях доступа

Значительный рост трафика в ближайшие годы обусловлен передачей ультравысококачественных (UHD) 4K видеопотоков. Битрейт для 4K видеопотока составляет примерно 18 Мбит/с, что более чем в два раза больше битрейта HD-видео и в девять раз больше битрейта видеопотока стандартного разрешения SD – 720 на 576 точек. Прогнозируется, что к 2020 г., 40 % установленных ЖК-телевизоров будут поддерживать UHD (рисунок 9).

Рис. 9 – Увеличение числа устройств с 4K

Рис. 10 – Прогноз увеличение видео трафика 4K

Передача видеопотоков является также основной причиной роста трафика в мобильных сетях. В 2021 г. из 49 эксабайт данных, проходящих через мобильную сеть каждый месяц, 38 эксабайт принадлежат видеоконтенту (рисунок 11). Начиная с  2012 г. видеопотоки составляют более половины мирового трафика в мобильных сетях.

Рис. 11 – Прогнозирование распределения трафика по видам сообщений

Рост сервисов цифрового телевидения – просмотр видео на всех цифровых платформах (кабельное ТВ, IPTV, спутниковое ТВ и т. д.) растет гораздо медленнее относительно сервисов просмотра видео через мобильные устройства (рисунок 12).

Рис. 12 – Прогнозирование роста услуг по передаче видеопотоков

Бурный рост трафика также будет обусловлен появлением таких концепций, как виртуальная реальность (ВР) и дополненная реальность (ДР). Виртуальная реальность погружает пользователей в моделируемую среду, а в случае дополненной реальности происходит наложение виртуальных образов на реальный мир. Также существует термин смешанная реальность или гибридная реальность – объединения реального и виртуальных миров для созданий новых окружений и визуализаций, где физический и цифровой объекты сосуществуют и взаимодействуют в реальном времени (см. рисунки 13-15).

Рис. 13 – Дополненная реальность

Рис. 14 – Виртуальная реальность

Рис. 15 – Смешанная реальность

Рис. 16 – Популярность девайсов ВР

Рис. 17 – Применение девайсов ВР

Данные технологии могут быть самой взрывной тенденцией в мобильных системах. Они повлекут за собой новые требования к сети с точки зрения ее качества и производительности. Для реализации высококачественной виртуальной реальности требования к сети по пропускной способности и по времени задержки будут все более и более жесткими. Согласно прогнозам мировой трафик из-за сервисов виртуальной реальности вырастет в 11 раз до 13.3 петабайтов в месяц в 2016 г. и до 141 петабайта в месяц в 2021 г.

Рис. 18 – Рост трафика

Таблица 1

Как видно из приведенных результатов, трафик в ближайшие годы будет увеличиваться довольно быстрыми темпами. Здесь можно порассуждать над следующим вопросом: что является первопричиной бурного роста трафика? Вариант первый – действительно увеличиваются потребности пользователей, и возникает необходимость увеличение пропускной способности сетей. Вариант второй (противоположный) – прогрессивное увеличение пропускной способности сетей ведет за собой увеличение трафика, причем в большинстве своем бесполезного.

С первым вариантом я думаю все понятно, такая версия всегда звучит в учебной и научной литературе. Но возможен ли второй вариант? Например, в результате конкуренции провайдеров мы стали иметь за те же деньги более высокоскоростные интернет-тарифы (вспомните и сравните интернет-тарифы в начале 2000-х годов с современными тарифами). Человеку обычно хочется всегда лучшего, зачем смотреть видео с разрешением 360pi, если скорость интернета позволяет без «тормозов» просматривать фильм в HD качестве с разрешением 720pi, и неважно, что я смотрю фильм на маленьком экране телефона, была бы возможность выбрать разрешение 1080pi – выбрал бы его. Почему бы не загружать ежедневные фотки своей личной жизни (пусть даже они никому неинтересны) в инстаграмм, возможности же позволяют.

Таким образом, может быть действительно имеет место цепочка:
1) мы стремимся к лучшему;
2) возможности позволяют;
3) мы генерируем все больше трафика (в большинстве своем бесполезного).

В таком случае гонка между постоянным увеличением всемирного трафика и постоянным увеличением пропускной способности сетей с целью удовлетворить все большие потребности абонентов является бесконечной. http://nag.ru

Exit mobile version