Ewolucja sieci HFC – jak zapewnić wydajność pasma w nowej rzeczywistości

Data publikacji: 26.03.2020

Transformacja w sieciach kablowych to już nie plany, a rzeczywistość. Operatorzy sieci HFC, czyli sieci hybrydowe koncentryczno-światłowodowe, zastępują optykę analogową cyfrowymi rozwiązaniami optycznymi, tworząc nową generację usług stałego dostępu do Internetu. Krok po kroku migrujemy z modelu scentralizowanego (CAA) do architektury rozproszonej (DAA). Co napędza tę transformację? Odpowiedź jest prosta – rosnąca konsumpcja większych ilości danych. Operatorzy starają się uprościć infrastrukturę dla wszystkich usług, w tym szybkiego transferu danych, głosu, kanałów telewizyjnych, VOD oraz innych nowych usług. Dlaczego ewolucja sieci HFC jest tak ważna dla operatorów wielosystemowych i jak zatrzymanie milionów ludzi na świecie w domach wpływa na prędkość łącza internetowego? Na te i inne pytania odpowiadamy w poniższym artykule.

  • Sieci HFC ewoluują z 3 powodów: większego zapotrzebowania na przepustowość, złożoności infrastruktury oraz zwiększenia niezawodności sieci.
  • Przymusowa kwarantanna związana z epidemią koronawirusa, obnażyła jak istotna jest kwestia rozwoju infrastruktury, aby w przypadku większego obciążenia dostęp do usług pozostał niezakłócony.
  • Pomimo poważnych wyzwań, z którymi mierzą się sieci HFC, czas kablowej technologii dostępowej jeszcze się nie kończy. Wielu operatorów wierzy, że symetryczność łącza DOCSIS 3.1 pozwoli przedłużyć żywotność i zwiększyć konkurencyjność, m.in. względem sieci PON.

Nieustający apetyt na pasmo w sieciach HFC

Operatorzy wielosystemowi przywiązują coraz większą wagę do budowania bardziej elastycznych, zautomatyzowanych i bezpieczniejszych sieci HFC, czyli sieci hybrydowych koncentryczno-światłowodowych. Infrastruktura kablowa obejmuje swoim zasięgiem miliony abonentów w Europie, stąd ogromna potrzeba zaspokajania zapotrzebowania abonentów na łącza o najwyższych przepływnościach. W ciągu ostatniej dekady średnie wykorzystanie przepustowości w kierunku downstream w sieciach operatorów kablowych wzrosło o 36% CAGR, natomiast średnie wykorzystanie przepustowości dla upstream zwiększyło się o 17% CAGR. Można interpretować to jako sytuację, w której technologia wreszcie umożliwia dostarczenie przepustowości, która pozwala dogonić i przekroczyć zapotrzebowanie na pasmo. Inna interpretacja zakłada, że ruch staje się coraz bardziej zmienny, ze względu na rosnącą różnicę między maksymalnym a średnim wykorzystaniem pasma. Technologie takie jak DOCSIS 3.1 czy przyszła, rozszerzona wersja standardu – DOCSIS 4.0 ESD ( Extended Spectrum DOCSIS) są odpowiedzią na rosnące zapotrzebowanie na pasmo w kanale zwrotnym.

Rysunek 1 Historia rozwoju DOCSIS

Kuszący Internet – czy łącza operatorów wytrzymają bieżące obciążenia?

Zapotrzebowanie na wysokie przepustowości rośnie w dynamicznym tempie ze względu na rozprzestrzeniającą się pandemię koronawirusa. Widoczne jest to szczególnie w państwach, w których podjęte zostały krytyczne środki ostrożności w celu ograniczenia powstawania dużych skupisk ludzkich. Coraz więcej osób wybiera pozostanie w domach w trosce o swoje bezpieczeństwo. Technologie znacząco wpłynęły na codzienny sposób komunikowania się i funkcjonowania. W parze z technologiami podąża stały dostęp do Internetu, który w czasach kwarantanny okazuje się wybawieniem dla wielu ludzi, aby zapewnić im kontakt z bliskimi, rozrywkę czy odpowiednie warunki do pracy zdalnej.

Przyczyny obecnego wzrostu zapotrzebowania na stały dostęp do Internetu:

  • Sieć obciążona jest cały czas, a nie tylko w godzinach wieczornych jak przed pandemią. Praca zdalna stała się codziennością dla większości pracowników mających możliwości wykonywania swoich obowiązków w tym trybie. Jednak dla pracodawców, dużym wyzwaniem okazała się organizacja pracy zdalnej w warunkach domowych. Live streaming, prowadzony przez dyrektora dla grupy 40 czy 50 osobowej, może powodować znaczne opóźnienia w odbiorze lub całkowicie przeciążyć sieć VPN.
  • Wiele firm w szerszym stopniu korzysta z sieci nie tylko w zakresie organizacji pracy wewnętrznej personelu, ale także w działalności biznesowej. Znacznie wzrosła liczba szkoleń online, live-chatów czy webinariów. Podobnie jak w punkcie powyżej, wydarzenie online z udziałem kilkunastu czy kilkudziesięciu osób rodzi zapotrzebowanie na dostęp do wydajnej sieci.
  • Obciążenie sieci jest dużo wyższe ze względu na to, że użytkownicy spędzają więcej czasu online. Są bardziej aktywni w social mediach, pobierają więcej Gb danych czy też korzystają z opcji zakupów w sieci. Prawdziwe oblężenie przeżywają platformy z grami online np. Steam czy platformy filmowe np. Netflix.
  • Operatorzy wychodzą naprzeciw potrzeb ludzi, którzy zdecydowaną większość czasu spędzają w domu. Wprowadzili do oferty nowe produkty np. darmowe dostępy do platform z contentem video lub też pakietów dodatkowego Internetu. Korzystanie z takich usług wiąże się z obciążaniem łącza.

Wzrost obciążenia sieci w Polsce wzrósł w momencie podjęcia przez rząd kroków ograniczających powstawanie skupisk ludzkich i przejścia wielu firm na system pracy zdalnej. Jak wynika z danych firmy SpeedTest z połowy miesiąca, zużycie pakietów danych wzrosło w naszym kraju o 20-40 proc. Na skutek dużego obciążenia i większej niż zazwyczaj liczby użytkowników, odnotowano widoczny spadek prędkości Internetu mobilnego i stacjonarnego w naszym kraju.

Rysunek 2 Spadek prędkości Internetu stacjonarnego w Polsce (Źródło: SpeedTest)

Jednocześnie, zaobserwowano także dużą większą liczbę testów łączy internetowych. To pokazuje, jak zapewnienie sprawnego dostępu do sieci jest istotne w każdej sferze naszego życia – zarówno zawodowej, jak i prywatnej.

Rysunek 3 Wzrost liczby testów sieci w dobie pandemii koronawirusa (Źródło: SpeedTest)

Jak skutecznie zmodernizować sieć dostępową?

Operatorzy mierzą się więc z wyzwaniem zapewnienia użytkownikom dostępu do sieci o coraz większej przepustowości, która będzie gwarantować szybki przepływ danych. Muszą opracować strategie ewolucji swoich sieci, aby znaleźć odpowiedź na rosnąć potrzeby rynku.

Nie ma w tym zakresie jednej drogi. Dostępnych jest co najmniej kilka opcji rozbudowy istniejących sieci, które oparte są na różnych, wzajemnie wspierających się technologiach np. DOCSIS czy Remote-PHY.

DOCSIS 3.1

DOCSIS 3.1 to kompatybilne kompatybilnym wstecz rozwiązaniem, zgodne z DOCSIS 3.0. Stanowi odpowiedź na rosnące potrzeby rynku związane z potrzebą przesyłania coraz większej ilości informacji w obu kierunkach, do abonenta i od abonenta. Zapewnia ulepszoną wydajność widmową dzięki wykorzystaniu wielu technik, takich jak:

  • modulacja OFDM (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing)
  • wyższe stopnie modulacji dające więcej bitów na 1Hz pasma
  • bardziej efektywny mechanizm korekcji błędów transmisji  – LDPC (Low-Density Parity Check)
  • dynamicznie dostosowywana modulacja i wydajność bitowa do zmiennych warunków szumowych w zakresie całego spektrum kablowego
  • liczne profile modulacji

Remote-PHY

Architektura rozproszona oparta o technologię Remote-PHY przenosi warstwę DOCSIS PHY do cyfrowego węzła optycznego, zamieniając analogowe połączenia optyczne między stacją czołową a węzłem na cyfrowe. Dużą zaletą tego podejścia jest znacznie wyższa wydajność infrastruktury. Pozostawienie warstwy MAC wewnątrz stacji czołowej pozwala na łatwiejszą kontrolę i skalowanie.

Rysunek 4 Architektura Remote-PHY

Dostarcza szereg korzyści dla infrastruktury HFC. Wprowadzenie cyfrowych połączeń optycznych umożliwia operatorom korzystanie z rozwiązań, które są bardziej efektywniejsze kosztowo i mają ugruntowaną pozycję w branży. Co więcej, dzięki wykorzystaniu szerszego spektrum i poprawie parametrów szumowych łącza zwiększa możliwości w zakresie przetwarzania danych.

 

Wydajna sieć kluczem dla biznesu operatorów

Modernizacja sieci HFC (sieci hybrydowe koncentryczno-światłowodowe) wydaje się być konieczna, aby zapewnić konkurencyjność usług operatorów  względem dostawców usług korzystających z innych typów sieci dostępowych.

Operatorzy mogą wybierać spośród wielu narzędzi, które pozwolą im dokonać upgrade’u sieci. Optymalny wybór zależy od parametrów, popytu i rozkładu statystycznego abonentów na poszczególne usługi oraz od konkretnej sytuacji każdego operatora, przy uwzględnieniu ograniczeń logistycznych, operacyjnych i zasobowych, a także dotychczasowej infrastruktury i budżetu.

Dlatego istotnym czynnikiem przy modernizacji infrastruktury sieciowej jest wybór solidnego partnera technologicznego, który nie tylko zadba o bezpieczeństwo wdrożenia, ale zapewni kompleksowe usługi wspierające. VECTOR SOLUTIONS oferuję kompleksową realizację projektów związanych z rozwojem sieci dostępowych.

Przydatne zwroty

CAA – Model Architektury Scentralizowanej (Centralized Access Architecture)
CAGR –  Skumulowany roczny wskaźnik wzrostu
DAA – Model Architektury Rozproszonej (Distributed Access Architecture)
DOCSIS – Data Over Cable Service Interface Specification
OFDM – Orthogonal Frequency-Division Multiplexing (Wielodostęp z ortogonalnym podziałem częstotliwości)
LDPC – Low-Density Parity Check
FDX – Full Duplex DOCSIS
HFC network – Sieci hybrydowe koncentryczno-światłowodowe (Hybrid fiber-coaxial network)
VOD – Wideo na życzenie (Video-On-Demand)
VPN – Wirtualna Sieć Prywatna (Virtual Private Network)