Каковы пределы гигабитных каналов связи?

Дейв Суми (Dave Sumi) – вице-президент по маркетингу Siklu Communication

С момента появления беспроводной связи существовала и до сих пор существует дилемма между пропускной способностью и дальностью связи. Чем дальше дистанция беспроводного соединения, тем меньше данных можно передать, и наоборот. Современные приложения и запросы пользователей расширяют количественные показатели, они требуют всё больше и больше бит в секунду и в то же время хотят, чтобы эти биты передавались на километры.

Гигабиты и километры

Однако миллиметровые длины волн сражаются в другой битве. Каналы связи миллиметрового диапазона легко обеспечивают сравнимую с оптикой скорость передачи данных от 1 Гбит/с до 10 Гбит/с в полнодуплексном режиме. И единственный компромисс здесь лежит в плоскости «доступность/дождь». Пролеты от 1,5 км до 3 км обеспечивают высокую доступность на уровне 4 ~ 5 девяток (99,99 – 99,999%). Однако клиенты хотят, чтобы эти линки простирались до шести, восьми и даже десяти километров и более. К сожалению, это бросает вызов показателю доступности из-за погодных факторов. Но есть решение: при хорошо продуманном подходе каналы со скоростью в несколько гигабит в секунду могут удовлетворить эти требования по дальности и доступности.

Миллиметровые длины волн и дальность связи

В спектре 70/80 ГГц для миллиметровых длин волн E-band-диапазона имеют важное значение следующие параметры: энергетика в канале (бюджет линка) и показатели доступности, которые учитывают статистические характеристики дождевой зоны конкретной местности. Доступность измеряется количеством минут в году, когда канал работает и передает трафик. Например, доступность «5 девяток» означает, что линк будет работать в 99,999% случаев или, иначе говоря, всё время, кроме 6 минут в год. Статистические характеристики дождевой обстановки собираются международными организациями, такими как Международный союз радиосвязи (ITU-R), и объединяются в модели прогнозирования для расчета их влияния на беспроводные каналы связи.

Необходимая доступность и варианты использования линка определяются эксплуатирующими организациями. Показатель 99,999% раньше был стандартом для телекоммуникационных операторов времен E911 POTS, то есть для телефонных компаний, работающих на участке последней мили. Значения в районе 99,99% встречаются гораздо чаще, поскольку сейчас легко доступны средства резервирования. Это означает, что из всех секунд, минут и часов, содержащихся в году, канал миллиметровых длин волн будет работать в течение всего времени, кроме 53 минут в год, что составляет около четырех с половиной минут в месяц. Падение связи на несколько секунд неизбежно, и оно происходит почти ежемесячно во время ливня.

В системах, использующих миллиметровые длины волн, канал связи со скоростью 10 Гбит/с full duplex может работать на дистанциях в одну милю (1,6 км) с коэффициентом доступности 99,99%, к примеру, в Лас-Вегасе. Но что, если требуется достичь дальности в 10 километров?

Увеличение дистанции

Если для той же линии связи в 10 Гбит/с FD и выше, с тем же усилением и в том же месте, требование доступности будет снижено до 99,9%, то пролет может достигать 6,5 километров. Однако это означает, что соединение будет неработоспособно в общей сложности 600 минут в год, что недопустимо.

К счастью, есть ряд других радиодиапазонов, в которых резервная линия с меньшей пропускной способностью может быть развернута совместно с линией миллиметрового диапазона. Она будет поддерживать 6-километровое соединение с доступностью 99,99% и выше, с достаточной пропускной способностью, необходимой для передачи критически важного трафика. Концепция не слишком сложная, но развертывание двухканального решения сводит к минимуму монтажные работы, оптимизирует пространство на радиомачте, а также - администрирование и затраты. Выполнение этих работ по отдельности будет сложной задачей.

Итак, ключевые компоненты жизнеспособного двухдиапазонного решения включают:

• Применение одной антенны, если это возможно. Это означает развертывание двухдиапазонной антенны, например, E-band диапазон + 5 ГГц, E-band + 11 ГГц, E-band + 18 ГГц и т. д. Одна антенна сократит время установки и, что значительно важнее, - затраты на аренду места на радиомачте.
• Использование одного кабеля уменьшает затраты на электромонтажные работы. При этом радиостанция миллиметрового диапазона должна иметь встроенный высокоскоростной коммутатор для переключения на резервный канал, а также для подачи питания на дополнительный канал связи, в идеале с PoE.
• Поскольку вторичный канал имеет меньшую пропускную способность, крайне важно, чтобы система распознавала приоритеты трафика или классы обслуживания (CoS), даже несмотря на то, что резервный канал может использоваться в течение всего нескольких секунд. Система должна идентифицировать пакеты с высоким приоритетом, такие как голосовой или служебный трафик, и применять к ним соответствующие QoS для обеспечения своевременной доставки данных, ставя при этом в очередь другие, менее чувствительные к задержке пакеты.
• Усовершенствованное ПО, которое должно настраивать и контролировать основные и резервные каналы связи. Программное обеспечение, анализируя качество связи и пропускную способность, должно определять, в какой момент следует переключаться на резервный канал и, что особенно важно, когда необходимо переключиться обратно на систему миллиметровых длин волн с максимальной пропускной способностью.
• Комбинация правильного аппаратного обеспечения и программной реализации позволит выполнить переключение между радиоканалами менее чем за 50 миллисекунд, что происходит с нулевой потерей пакетов.

Если ваше миллиметровое решение будет поддерживать пять вышеуказанных ключевых функций, то установка, стоимость и эксплуатация системы могут быть минимальными. Результатом будет гигабитное решение, которое преодолеет требуемое расстояние по разумной цене.

Структура двухдиапазонного решения

Примерная дистанция и доступность канала связи при использовании Siklu Overbuild (EH-2500FX с 2-футовой антенной).

Источник: https://go.siklu.com/blog/the-32-flavors-of-5g-and-how-smart-cities-will-choose-0