Войти
последняя миля или последний километр - это фраза, широко используемая в отраслях телекоммуникаций, кабельного телевидения и Интернета для обозначения последнего этапа телекоммуникаций. сети, которые предоставляют телекоммуникационные услуги розничным конечным пользователям (клиентам). Более конкретно, последняя миля описывает часть цепи телекоммуникационной сети, которая физически достигает помещения конечного пользователя. Примерами являются медные провода абонентских линий, соединяющие стационарные телефоны с местной телефонной станцией ; коаксиальный кабель пропускает передачу сигналов кабельного телевидения от опор до домов абонентов и вышек сотовой связи локальные сотовые телефоны в сотовую сеть. Слово «миля» используется метафорически; длина последней мили может быть больше или меньше мили. Поскольку последняя миля сети до пользователя - это, наоборот, первая миля от помещения пользователя до внешнего мира, когда пользователь отправляет данные, термин первая миля также используется в качестве альтернативы.
Последняя миля обычно является узким местом в скорости в сетях связи; его пропускная способность эффективно ограничивает объем данных, который может быть доставлен клиенту. Это связано с тем, что розничные телекоммуникационные сети имеют топологию «деревьев» с относительно небольшим количеством «магистральных» каналов связи с высокой пропускной способностью, разветвляющихся, чтобы питать множество «веток» последней мили. Линия «последней мили», являющаяся самой многочисленной и, следовательно, самой дорогой частью системы, а также необходимость взаимодействия с широким спектром пользовательского оборудования, являются наиболее сложными для перехода на новую технологию. Например, телефонные линии магистральных линий, по которым осуществляются телефонные звонки между коммутационными центрами, сделаны из современного оптического волокна, но последняя миля обычно представляет собой провода витой пары, технология, которая практически не изменилась более века с момента первоначальной прокладки медных телефонных кабелей.
Чтобы решить или хотя бы смягчить проблемы, связанные с попытками предоставления расширенных услуг на «последней миле», некоторые фирмы десятилетиями смешивали сети. Одним из примеров является фиксированный беспроводной доступ, где беспроводная сеть используется вместо проводов для подключения стационарного терминала к сети. Разрабатываются различные решения, которые рассматриваются как альтернатива «последней миле» стандартных традиционных операторов местной телефонной связи. К ним относятся WiMAX и широкополосная связь по линиям электропередач.
. В последние годы использование термина «последняя миля» расширилось за пределы отрасли связи, включая другие распределительные сети, которые доставляют товары клиентам, такие как трубы, по которым вода и природный газ доставляются в помещения потребителя, и последние этапы почты и доставки пакетов услуг.
Этот термин также использовался для описания провайдеров образования и обучения, которые более тесно связывают людей с возможностями трудоустройства.
Схематическое изображение топологии дерева розничных распределительных сетей. Ссылки "последней мили" представлены тонкими линиями внизу. Растущий во всем мире спрос на быструю, низкую задержку и передачу большого объема информации в дома а для предприятий все более важным становится экономичное распространение и доставка информации. По мере роста спроса, особенно в связи с широким распространением Интернета, резко возросла потребность в экономичном высокоскоростном доступе для конечных пользователей, находящихся в миллионах мест.
Поскольку требования изменились, существующие системы и сети, которые изначально были задействованы для этой цели, оказались неадекватными. На сегодняшний день, хотя был опробован ряд подходов, единого четкого решения «проблемы последней мили» не появилось.
Как выражено в уравнении Шеннона для пропускной способности канала, вездесущность шума в информационных системах устанавливает минимальный уровень сигнала . - требование отношения шума (сокращенно S / N) в канале, даже если доступна соответствующая спектральная полоса. Поскольку интеграл скорости передачи информации по времени является количеством информации, это требование приводит к соответствующему минимуму энергии на бит. Таким образом, проблему отправки любого заданного количества информации по каналу можно рассматривать с точки зрения отправки достаточной энергии, несущей информацию (ICE). По этой причине концепция «трубы» или «трубопровода» ДВС актуальна и полезна для изучения существующих систем.
Распространение информации среди большого количества удаленных друг от друга конечных пользователей можно сравнить с распределением многих других ресурсов. Вот некоторые знакомые аналогии:
Все они имеют общие каналы, по которым проходит относительно небольшое количество ресурс на небольшом расстоянии от очень большого количества физически разделенных конечных точек. Также распространены каналы, поддерживающие более объемный поток, которые объединяют и переносят множество отдельных частей на гораздо большие расстояния. Более короткие трубы меньшего объема, которые по отдельности обслуживают только одну или небольшую часть конечных точек, могут иметь гораздо большую общую длину, чем трубы с большей пропускной способностью. Эти общие атрибуты показаны справа.
Трубопроводы с большой пропускной способностью в этих системах, как правило, также имеют общую способность эффективно передавать ресурсы на большие расстояния. Только небольшая часть передаваемых ресурсов тратится, теряется или направляется неверно. То же самое нельзя сказать о трубопроводах с меньшей пропускной способностью.
Одна из причин связана с эффективностью масштабирования. Каналы, которые расположены ближе к конечной точке или конечному пользователю, не имеют такого количества пользователей, которые их поддерживают. Несмотря на то, что они меньше, каждый из них имеет накладные расходы, связанные с "установкой", получением и поддержанием подходящего пути, по которому может течь ресурс. Финансирование и ресурсы, поддерживающие эти более мелкие каналы, как правило, поступают из непосредственного местоположения.
В этом может быть преимущество «модели малого правительства». То есть управление и ресурсы для этих каналов предоставляются местными организациями и, следовательно, могут быть оптимизированы для достижения наилучших решений в ближайшей среде, а также для наилучшего использования местных ресурсов. Однако более низкая операционная эффективность и относительно большие затраты на установку по сравнению с пропускной способностью могут сделать эти меньшие трубопроводы в целом самой дорогой и сложной частью всей системы распределения.
Эти характеристики проявились в зарождении, росте и финансировании Интернета. Самые ранние межкомпьютерные коммуникации, как правило, осуществлялись с помощью прямых проводных соединений между отдельными компьютерами. Они превратились в кластеры небольших локальных сетей (LAN). Набор TCP / IP из протоколов возник из-за необходимости соединить несколько из этих локальных сетей вместе, в частности, в связи с общими проектами Министерства обороны США, промышленность и некоторые академические учреждения.
ARPANET возник для продвижения этих интересов. Помимо предоставления возможности для нескольких компьютеров и пользователей использовать общее соединение между LAN, протоколы TCP / IP предоставили стандартизированный способ для разнородных компьютеров и операционных систем обмениваться информацией по этой сети. Финансирование и поддержка соединений между локальными сетями могут быть распределены по одной или даже нескольким локальным сетям.
По мере добавления каждой новой LAN или подсети составляющие новой подсети получали доступ к большей сети. В то же время новая подсеть обеспечила доступ к любой сети или сетям, с которыми она уже была связана. Таким образом, рост стал взаимоисключающим или беспроигрышным событием.
В общем, экономия на масштабе делает увеличение пропускной способности канала менее затратным по мере увеличения пропускной способности. Существуют накладные расходы, связанные с созданием любого канала. Эти накладные расходы не повторяются, поскольку мощность увеличивается в пределах потенциала используемой технологии.
По мере того, как Интернет увеличивался в размерах, по некоторым оценкам, количество пользователей удваивалось каждые восемнадцать месяцев, экономия на масштабе привела к увеличению размеров информационных каналов, обеспечивающих самые большие расстояния и максимальную пропускную способность магистральных соединений. В последние годы пропускная способность оптоволоконной связи, при поддержке поддерживающей отрасли, привела к расширению первичной пропускной способности настолько, что в Соединенных Штатах большое количество установленной оптоволоконной инфраструктуры невозможно. используется, потому что в настоящее время это избыточная емкость «темное волокно ».
Эта избыточная пропускная способность магистрали существует, несмотря на тенденцию увеличения скорости передачи данных для каждого пользователя и общего количества данных. Первоначально только соединения между LAN были высокоскоростными. Конечные пользователи использовали существующие телефонные линии и модемы, способные обеспечивать скорость передачи данных всего несколько сотен бит / с. Теперь почти все конечные пользователи получают доступ в 100 или более раз по сравнению с ранними.
Прежде чем рассматривать характеристики существующих механизмов доставки информации «последней мили», важно дополнительно изучить, что делает информационные каналы эффективными. Как показывает теорема Шеннона-Хартли, именно комбинация полосы пропускания и отношения сигнал / шум определяет максимальную скорость передачи информации в канале. Произведение средней скорости передачи информации и времени дает полную передачу информации. При наличии шума это соответствует некоторому количеству переданной энергии, несущей информацию (ICE). Следовательно, экономику передачи информации можно рассматривать с точки зрения экономики передачи ICE.
Эффективные трубопроводы последней мили должны:
В дополнение к этим факторам хорошее решение проблемы последней мили должно обеспечивать каждого пользователя:
Проводные системы обеспечивают направляемые каналы для энергии, несущей информацию (ICE). Все они имеют некоторую степень защиты, которая ограничивает их восприимчивость к внешним источникам шума. Эти линии передачи имеют потери, пропорциональные длине. Без добавления периодического усиления существует некоторая максимальная длина, за которой все эти системы не могут обеспечить адекватное отношение сигнал / шум для поддержки потока информации. Диэлектрические оптоволоконные системы поддерживают более тяжелый поток при более высокой стоимости.
Традиционные проводные локальные сети системы требуют медного коаксиального кабеля или витой пары для прокладки между двумя или более узлами. в сети. Обычные системы работают со скоростью 100 Мбит / с, а более новые также поддерживают 1000 Мбит / с и более. Хотя длина может быть ограничена обнаружением столкновений и требованиями предотвращения, потеря сигнала и отражения по этим линиям также определяют максимальное расстояние. Уменьшение объема информации, доступной отдельному пользователю, примерно пропорционально количеству пользователей, использующих локальную сеть.
В конце 20-го века усовершенствования в использовании существующих медных телефонных линий увеличили их возможности, если контролировать максимальную длину линии. Благодаря поддержке более высокой полосы пропускания и улучшенной модуляции, эти схемы цифровой абонентской линии имеют увеличенные возможности в 20-50 раз по сравнению с предыдущими системами голосового диапазона. Эти методы не основаны на изменении фундаментальных физических свойств и ограничений среды, которые, не считая введения витых пар, сегодня ничем не отличаются от того, когда в 1877 г. была открыта первая телефонная станция. Телефонная компания.
История и долгая жизнь инфраструктуры связи на основе медных кабелей является одновременно свидетельством способности извлекать новые выгоды из простых концепций с помощью технологических инноваций - и предупреждением о том, что инфраструктура связи на основе медных кабелей начинает предлагать убывающая доходность для продолжающихся инвестиций. Однако одна из самых больших затрат, связанных с обслуживанием стареющей медной инфраструктуры, - это расходы на прокатывание грузовиков, когда инженеры отправляют инженеров для физического тестирования, ремонта, замены и предоставления новых медных соединений, и эта стоимость особенно высока при предоставлении услуг широкополосного доступа в сельской местности вместо меди. Новые технологии, такие как G.Fast и VDSL2, предлагают жизнеспособные высокоскоростные решения для предоставления широкополосного доступа в сельской местности по существующей медной сети. В свете этого многие компании разработали автоматизированные кросс-соединения (автоматизированные распределительные рамки на основе шкафов), чтобы устранить неопределенность и затраты, связанные с обслуживанием широкополосных услуг по существующей медной сети, эти системы обычно включают некоторую форму автоматизированного переключения, а некоторые включают функции тестирования, позволяющие ISP представитель для выполнения операций, ранее требовавших посещения объекта (переезд грузовика) из центрального офиса через веб-интерфейс. Во многих странах линия «последней мили», которая соединяет абонентов стационарной телефонной связи с местной телефонной станцией, часто представляет собой ISDN30, которая может выполнять 30 одновременных телефонных звонков.
Общественные антенные телевизионные системы, также известные как кабельное телевидение, были расширены для обеспечения двунаправленной связи по существующим физическим кабелям. Однако они по своей природе являются общими системами, и спектр, доступный для обратного потока информации, и достижимое S / N ограничены. Как и в случае первоначальной однонаправленной телевизионной связи, потери в кабеле уменьшаются за счет использования периодических усилителей в системе. Эти факторы устанавливают верхний предел емкости информации для каждого пользователя, особенно когда многие пользователи используют общий участок кабеля или сеть доступа.
Волоконно обеспечивает высокую информационную емкость и после включения 21 век стал предпочтительной для развертывания среды («Fiber to the x »), учитывая его масштабируемость перед лицом возрастающих требований к пропускной способности современных приложений.
В 2004 году, по словам Ричарда Линча, исполнительного вице-президента и главного технического директора телекоммуникационного гиганта Verizon, компания увидела, что мир движется к приложениям с более высокой пропускной способностью, поскольку потребители любили все, что есть у широкополосного доступа. предлагать и жадно поглощать столько, сколько они могли получить, включая двусторонний пользовательский контент. Медные и коаксиальные сети не могли - фактически не могли - удовлетворить эти требования, что ускорило агрессивный переход Verizon к волоконно-оптическому соединению через FiOS.
Fiber is ориентированная на будущее технология, которая отвечает потребностям сегодняшних пользователей, но в отличие от других медных и беспроводных сетей последней мили, также имеет возможности на долгие годы за счет модернизации оптики и электроники конечных точек без изменения оптоволокна инфраструктура. Само волокно устанавливается на существующую инфраструктуру опоры или кабелепровода, и большая часть затрат связана с оплатой труда, обеспечивая хороший региональный экономический стимул на этапе развертывания и обеспечивая критическую основу для будущей региональной торговли.
Стационарные медные линии были похищены из-за высокой стоимости меди, но оптические волокна представляют собой непривлекательные цели. Оптические волокна нельзя преобразовать ни во что другое, тогда как медь может быть переработана без потерь.
Mobile CDN придумали термин «мобильная миля» для классификации соединение последней мили, когда для связи с клиентом используется беспроводная система. В отличие от проводных систем доставки, беспроводные системы используют неуправляемые волны для передачи ICE. Все они, как правило, неэкранированы и имеют большую степень восприимчивости к источникам нежелательных сигналов и шума.
Поскольку эти волны не направляются, а расходятся, в свободном пространстве эти системы затухают по закону обратных квадратов, обратно пропорциональному квадрату расстояния. Таким образом, потери увеличиваются медленнее с увеличением длины, чем в проводных системах, в которых потери возрастают экспоненциально. В условиях свободного пространства за пределами заданной длины потери в беспроводной системе ниже, чем в проводной.
На практике присутствие атмосферы и особенно препятствий, вызванных ландшафтом, зданиями и листвой, может значительно увеличить потери, превышающие значение свободного пространства. Отражение, преломление и дифракция волн также могут изменять их характеристики передачи и требуют специальных систем для компенсации сопутствующих искажений.
Беспроводные системы имеют преимущество перед проводными системами в приложениях последней мили в том, что они не требуют установки линий. Однако у них также есть недостаток в том, что их неуправляемая природа делает их более восприимчивыми к нежелательным шумам и сигналам. Следовательно, повторное использование спектра может быть ограничено.
Видимые и инфракрасные световые волны намного короче радиоволн. Их использование для передачи данных называется оптической связью в свободном пространстве. Поскольку световые волны короткие, их можно сфокусировать или коллимировать с помощью небольшой линзы / антенны, причем в гораздо большей степени, чем радиоволны. Таким образом, приемное устройство может восстановить большую часть переданного сигнала.
Кроме того, из-за высокой частоты может быть доступна высокая скорость передачи данных. Однако на практике в условиях последней мили препятствия и отклонение направления этих лучей, а также поглощение элементами атмосферы, включая туман и дождь, особенно на более длинных трассах, могут значительно ограничить их использование для беспроводной связи последней мили. Более длинные (красные) волны имеют меньше препятствий, но могут нести меньшую скорость передачи данных. См. RONJA.
Радиочастоты (RF) от низких частот до микроволнового диапазона имеют длины волн намного больше, чем видимый свет. Хотя это означает, что невозможно сфокусировать лучи почти так же плотно, как для света, это также означает, что апертура или «область захвата» даже самой простой всенаправленной антенны значительно больше, чем у линзы в любой возможной оптической системе.. Эта характеристика приводит к значительному увеличению затухания или «потерь на трассе» для систем, которые не являются строго направленными.
На самом деле термин потери на пути употребляется неправильно, потому что на пути в свободном пространстве не теряется энергия. Скорее, он просто не принимается приемной антенной. Явное снижение передачи при увеличении частоты является артефактом изменения апертуры антенны данного типа.
По сравнению с проблемой последней мили, эти более длинные волны имеют преимущество перед световыми волнами, когда рассматриваются всенаправленные или секторные передачи. Большая апертура радиоантенн приводит к гораздо более высоким уровням сигнала для данной длины пути и, следовательно, к большей информационной емкости. С другой стороны, более низкие несущие частоты не могут поддерживать высокие информационные полосы пропускания, которые требуются уравнением Шеннона, когда достигаются практические пределы отношения сигнал / шум.
По указанным выше причинам беспроводные радиосистемы оптимальны для широковещательной передачи с низкой информационной емкостью, доставляемой по более длинным путям. Для высокой информационной емкости и строгой директивности точка-точка на короткие расстояния наиболее полезны беспроводные световые системы.
Исторически сложилось так, что в большинстве случаев вещания с высокой информационной емкостью использовались более низкие частоты, как правило, не выше, чем в регионе УВЧ-телевидения, а само телевидение Яркий пример. Наземное телевидение обычно ограничивается областью выше 50 МГц, где доступна достаточная информационная полоса, и ниже 1000 МГц из-за проблем, связанных с увеличением потерь на трассе, как упоминалось выше.
Системы двусторонней связи в основном ограничивались приложениями с меньшей информационной емкостью, такими как аудио, факсимильная связь или радиотелетип. По большей части системы с более высокой пропускной способностью, такие как двусторонняя видеосвязь или наземный микроволновый телефонный аппарат и каналы передачи данных, были ограничены и ограничивались диапазоном УВЧ или микроволнового диапазона и трактами точка-точка.
Для систем с большей пропускной способностью, таких как сотовые телефонные системы третьего поколения, требуется большая инфраструктура, состоящая из более близко расположенных сотовых станций, чтобы поддерживать связь в типичных средах, где потери на пути намного больше, чем в свободном пространстве, и что также требует всенаправленный доступ пользователей.
Для доставки информации конечным пользователям спутниковые системы по своей природе имеют относительно большую длину пути, даже для спутников на низкой околоземной орбите. Они также очень дороги в развертывании, и поэтому каждый спутник должен обслуживать множество пользователей. Кроме того, очень длинные пути геостационарных спутников вызывают информационную задержку, которая делает невозможным выполнение многих приложений реального времени.
В качестве решения проблемы «последней мили» спутниковые системы имеют ограничения по применению и совместному использованию. ICE, который они передают, должен быть распространен на относительно большой географической территории. Это приводит к тому, что принимаемый сигнал становится относительно небольшим, если только не используются очень большие или направленные наземные антенны. Параллельная проблема существует, когда спутник принимает.
В этом случае спутниковая система должна иметь очень большую информационную емкость, чтобы вместить множество пользователей, использующих совместное использование, и каждый пользователь должен иметь большую антенну с сопутствующей направленностью и требованиями наведения, чтобы получить даже скромные скорость передачи информации. Эти требования делают высокопроизводительные двунаправленные информационные системы неэкономичными. Это одна из причин, по которой спутниковая система Iridium не была более успешной.
Для наземных и спутниковых систем экономичная, высокопроизводительная связь последней мили требует двухточечных систем передачи. За исключением очень малых географических областей, системы вещания могут обеспечивать высокое отношение сигнал / шум только на низких частотах, где нет достаточного спектра для поддержки большой информационной емкости, необходимой большому количеству пользователей. Хотя полное "затопление" области может быть выполнено, такие системы имеют фундаментальную характеристику, заключающуюся в том, что большая часть излучаемого ICE никогда не достигает пользователя и тратится впустую.
По мере увеличения требований к информации широковещательные системы беспроводной сети (также иногда называемые микроячейками или наноячейками), которые достаточно малы, чтобы обеспечить адекватное распределение информации между от относительно небольшого числа локальных пользователей требуется непомерно большое количество мест вещания или точек присутствия, а также большой объем избыточной мощности, чтобы компенсировать потерянную энергию.
Недавно был обнаружен новый тип передачи информации между проводными и беспроводными системами. Названный E-Line, он использует один центральный провод, но без внешнего проводника или экрана. Энергия переносится плоской волной, которая, в отличие от радио, не расходится, тогда как, как и радио, она не имеет внешней направляющей структуры.
Эта система демонстрирует комбинацию атрибутов проводных и беспроводных систем и может поддерживать высокую информационную емкость с использованием существующих линий электропередачи в широком диапазоне частот от RF до микроволновая печь.
Агрегация - это метод соединения нескольких линий для достижения более быстрого и надежного соединения. Некоторые компании считают, что агрегация ADSL (или «связывание») - это решение проблемы последней мили в Великобритании.
