Рынок двухточечной микроволновой связи, и MINI-LINK в частности, по-настоящему начал развиваться в начале 1990-х годов. В то время мобильные сети расширялись беспрецедентными темпами после внедрения цифровых систем второго поколения. По всему миру были развернуты тысячи новых базовых станций, каждой из которых требовался надежный транспортный канал для подключения к опорной сети. Микроволновая связь быстро доказала свою практичность и масштабируемость для решения этой задачи. Пролет MINI-LINK можно было развернуть за долю времени, необходимого для прокладки оптоволокна или медного кабеля, особенно на объектах без существующей инфраструктуры, обеспечивая высококачественную связь на десятки километров практически мгновенно.
В те времена мобильный трафик состоял почти исключительно из голосовых вызовов. Сегодня, конечно, ситуация кардинально иная. Современные сети управляются данными: высокоскоростными, постоянно доступными и требовательными к пропускной способности. Каждое новое поколение мобильных технологий приносило новые возможности, новые ожидания и новые требования к транспортному уровню. Эта эволюция превратила транспортные сети из простых соединений на основе каналов в сложные пакетные сети, и MINI-LINK развивался вместе с ними: сначала через гибридные решения, сочетающие канальную и пакетную передачу, а сегодня — через полностью пакетные микроволновые системы.
На протяжении многих лет MINI-LINK продолжал внедрять функции, которые позволяют более эффективно использовать спектр, увеличивать емкость и расширять возможности пакетных сетей в радиодомене. Каждая из этих инноваций помогала поставщикам услуг связи (CSP) удовлетворять требования постоянно растущих объемов трафика и более высоких ожиданий от сервисов.
Одной из важнейших инноваций, особенно в современных высокоемких микроволновых сетях, является RLB. В этом блоге я поделюсь своим взглядом на то, как мы пришли к этому, почему это важно и что я узнал за более чем три десятилетия работы с MINI-LINK.
«Зачем, ради всего святого, мы это делаем?»
Когда я впервые присоединился к команде MINI-LINK в начале 1990-х годов, одной из моих первых задач была помощь в адаптации существующего продукта для нового рынка. На первый взгляд задача казалась… озадачивающей. Клиентский интерфейс обеспечивал около 6 Мбит/с, но мы должны были дополнить его бессмысленными данными, чтобы достичь 8 Мбит/с, прежде чем передавать их по воздуху.
Это был один из тех моментов, когда оглядываешься по сторонам и думаешь: «Зачем, ради всего святого, мы это делаем?»
Ответ, как оказалось, был прост: правила.
Радиоволны не останавливаются вежливо на государственных границах, поэтому каждая страна должна следовать международным соглашениям, чтобы избежать помех и хаоса в спектре. Самым важным из них является Регламент радиосвязи МСЭ (RR), который формирует основу для национальных правил по всему миру. В данном конкретном случае план каналов допускал только беспроводные соединения на 4 Мбит/с и 8 Мбит/с. Некоторые национальные регуляторы интерпретировали это как требование к поставщикам услуг связи (CSP) всегда использовать максимальную емкость канала — даже если фактический трафик был ниже. Вот мы и заполняли вполне качественные потоки данных «бессмысленными» битами, просто чтобы удовлетворить интерпретацию регулятора.
Столкнувшись с выбором: либо модифицировать продукт, либо пытаться убедить регуляторов обновить свои национальные правила, решение было очевидным. Обновление законодательства может занять годы, иногда десятилетия. Адаптация продукта, по сравнению с этим, была легкой задачей.
Рисунок 1: Правила радиосвязи согласовываются посредством международного сотрудничества и внедряются на национальном уровне
Когда в начале 1990-х годов двухточечная микроволновая связь начала массово внедряться для мобильного транспорта, новые системы не начинались с чистого листа. Отнюдь. Они должны были вписаться в планы каналов, изначально созданные для аналоговых сервисов, планы, которые уже были глубоко укоренены в национальных правилах и планировании спектра. И с установленными правилами CSP наконец смогли начать быстрое развертывание цифровых мобильных сетей, опираясь на возможности быстрого развертывания микроволнового транспорта.
И вот так, люди повсюду смогли начать совершать беспроводные телефонные звонки практически из любого места практически в любое место. Итак, дивный новый мир. Конец истории?
(Как мы вскоре обнаружили… не совсем!)
Новые барьеры
Поскольку мобильная голосовая связь становилась частью повседневной жизни в 1990-х годах, интернет быстро менял мир вокруг нас. Было лишь вопросом времени, когда люди захотят, чтобы тот же опыт работы с данными следовал за ними, когда они покидают свои рабочие места.
Данные впервые появились в мобильных сетях через простые текстовые сообщения в 2G. Затем появился GPRS, первый специализированный пакетный сервис передачи данных для GSM. Но настоящее ускорение пришло с 3G, и особенно с HSPA (High-speed Packet Access). Именно тогда переход от голосоцентричных к датацентричным мобильным сетям по-настоящему набрал обороты.
Этот всплеск пакетного трафика заставил микроволновый транспорт быстро эволюционировать. Гибридные каналы и адаптивная модуляция предложили новые способы увеличения пропускной способности для сервисов передачи данных, сохраняя при этом высокую доступность, необходимую для голоса. Это были важные вехи. Но одно существенное ограничение оставалось:
Доступность спектра и фиксированное распределение каналов по-прежнему ограничивали емкость транспорта, которую мы могли обеспечить.
Чтобы преодолеть этот барьер, отрасль обратилась к хитроумному решению: двойной поляризации. Передавая один сигнал с горизонтальной поляризацией, а другой — с вертикальной, операторы могли эффективно удвоить свою спектральную эффективность. Поляризованные антенны обеспечивают хорошую дискриминацию между двумя сигналами, а любые остаточные помехи могут быть смягчены с помощью подавления кросс-поляризационных помех (XPIC).
Значительный выигрыш — но он пришел с новым вызовом. Внезапно у нас появилось два физических радиопути, передающих данные, но все еще только одно логическое двухточечное транспортное соединение, которое ожидала транспортная сеть. Итак, вопрос стал звучать так:
Как нам объединить два физических микроволновых канала в единый транспортный интерфейс?
Одной из возможностей является использование LAG, как определено стандартом IEEE 802.3ad. В LAG пакетные потоки распределяются по физическим каналам на основе их адресов источника и назначения. Как только поток назначается на один канал, он остается там. LAG хорошо работает во многих частях IP-сети. Но в мобильном транспорте он сталкивается с практической проблемой.
Большая часть трафика зашифрована, что означает, что очень немногие потоки видны на микроволновом уровне. Если вы не видите потоки, вы не можете эффективно балансировать их. В реальных микроволновых развертываниях с двумя равными каналами LAG обычно обеспечивает прирост емкости только около 50%, несмотря на потребление на 100% большего спектра.
Не совсем та эффективность, на которую надеялись CSP. Должен был быть лучший способ. Но как бы он выглядел?
Преодоление барьеров
RLB, по своей сути, заключается в изменении перспективы.
Там, где традиционные LAG принимают решения на основе классификации трафика, RLB меняет модель. LAG пытается сбалансировать пакетные потоки, не зная ничего о радиоусловиях под ними. В микроволновом транспорте, где емкость канала может меняться в зависимости от модуляции, погоды или помех, этот подход быстро достигает своих пределов.
RLB, с другой стороны, принимает решения на основе доступной емкости физического уровня. Вместо классификации потоков, технология фокусируется на максимально эффективном использовании каждого бита радиоспектра. Ей не нужно знать, что означают данные; достаточно знать, как интеллектуально разделить их, распределить и собрать заново.
Первая реализация RLB в MINI-LINK TN была удивительно элегантной. Она состояла из четырех простых шагов:
- Сегментация в передатчике
Пакеты разбиваются на более мелкие сегменты, и каждому сегменту присваивается порядковый номер.
- Распределение в передатчике
Сегменты отправляются по тому каналу, у которого в данный момент есть свободная емкость. Знание потоков не требуется — только эффективное использование радиоканала.
- Буферизация в приемнике
Входящие сегменты временно хранятся для компенсации разницы во времени прибытия между каналами.
- Сборка в приемнике
Сегменты сортируются по порядковым номерам и сшиваются обратно в исходные пакеты.
И это действительно все, что потребовалось.
Благодаря такому прямолинейному подходу MINI-LINK смог использовать почти 100% дополнительной емкости спектра, созданной за счет двойной поляризации. Накладные расходы на сегментацию и упорядочивание были ничтожно малы — всего 1–2% от общей совокупной емкости.
Результат?
Простое, элегантное и невероятно эффективное решение проблемы, которую LAG никогда не мог решить в микроволновой среде. Внезапно операторы связи (CSP) смогли в полной мере воспользоваться дополнительным спектром, за который они платили.
Проблема решена — и, оглядываясь назад, это была удивительно практичная идея.
RLB — это хорошо и очень полезно
Как только RLB был внедрен, задача XPIC была по сути решена. Внезапно мы смогли в полной мере использовать обе поляризации — эффективно, предсказуемо и без ограничений LAG. В то же время стандартизация постепенно развивалась, открывая путь к более широким каналам и новым частотным диапазонам.
Но, как это часто бывает в нашей отрасли, требования к трафику росли быстрее, чем успевали стандарты и правила. И большая часть этой нормативной базы все еще была основана на мышлении эпохи 2G с коммутацией каналов. В то время как мир переходил на высокоемкую пакетную передачу, правила не совсем поспевали за этим процессом.
И здесь RLB снова оказался невероятно полезным.
Традиционно две объединенные поляризации образуют то, что мы называем конфигурацией 2+0; два активных канала, без выделенного канала защиты, объединенные для работы в качестве единого соединения с более высокой емкостью. Но RLB не ограничивается двойной поляризацией и, конечно, не ограничивается двумя идентичными каналами. Прелесть RLB заключается в его гибкости:
- Вы можете агрегировать каналы с разной емкостью
- Вы можете агрегировать каналы с разными поляризациями или частотами
- Вы можете агрегировать более двух каналов. На практике — практически любое количество, которое поддерживает ваше оборудование
Это означало, что операторы связи могли вернуть и перекомбинировать любые доступные им ресурсы спектра, создавая емкость транспортной сети, соответствующую реальному спросу, а не устаревшим нормативным требованиям. Это открыло совершенно новый уровень свободы.
RLB был впервые представлен в модульном MINI-LINK TN на базе узлов. Благодаря коммутации Ethernet и механизму объединения, работающему на процессоре узла (Node Processor Unit), он быстро стал коммерческим успехом. Он предложил именно то, что было нужно операторам связи в то время: гибкую, масштабируемую, готовую к пакетной передаче платформу для построения мобильных транспортных сетей следующего поколения.
Позже, с появлением MINI-LINK 6600, мы представили значительный архитектурный сдвиг. Функция RLB переместилась с процессора узла непосредственно на сам модем. Каждый двухканальный модем теперь мог независимо поддерживать RLB 2+0, а два сопутствующих модема могли быть объединены для RLB 4+0.
Это создало настоящую модель «плати по мере роста»: емкость и возможности объединения увеличивались просто за счет добавления новых модемов. Для большинства развертываний 4+0 более чем достаточно. Но для операторов связи, нуждающихся в еще большей совокупной пропускной способности, MINI-LINK 6600 представил иерархическое объединение радиоканалов (hRLB).
Рисунок 2: Система MINI-LINK с hRLB и RLB
И hRLB позволяет не просто комбинировать группы RLB. Он открывает гораздо больше возможностей.
Переход на новый уровень
Примерно в 2010 году новая волна инноваций в транспортных сетях пришла с внедрением оборудования миллиметрового диапазона (mmW) в E-диапазоне 70/80 ГГц. Ericsson выпустила MINI-LINK PT 6010, а позже MINI-LINK 6352, и операторы встретили их с распростертыми объятиями. В конце концов, кто бы не обрадовался каналам 2000 МГц и пиковым скоростям 10 Гбит/с? Для сетевых планировщиков это ощущалось так, будто будущее внезапно наступило.
Но, как всегда с радио, есть и обратная сторона.
На этих высоких частотах распространение сигнала ведет себя совсем иначе. Затухание из-за дождя становится доминирующим фактором; сильный дождь может действовать почти как сплошная стена для сигнала E-диапазона. В идентичных условиях вы просто не сможете достичь такой же доступности в E-диапазоне, как в традиционных микроволновых диапазонах, таких как 18 ГГц. Но вот в чем хитрость: если использовать RLB для объединения высокоемкого канала E-диапазона с каналом стандартного диапазона с высокой доступностью, вы получите преимущества от обоих.
По отдельности каждый канал имеет свои сильные и слабые стороны. Но будучи объединенными с помощью RLB, они идеально дополняют друг друга.
Это то, что мы называем Multi-band Booster: объединение одного диапазона с превосходным распространением и другого с превосходной емкостью, чтобы получить лучшее от обоих миров.
Вы можете прочитать подробнее о деталях Multi-band и истории его создания в следующем блоге MINI-LINK.
Почему hRLB идеально подходит для Multi-band Booster
На этом этапе стоит вернуться к тому, о чем я упоминал ранее: ограничениям использования LAG для микроволнового объединения. LAG «слеп» к радиоусловиям и доступной емкости. Он просто распределяет потоки методом хеширования. hRLB — другой.
hRLB реализует как осведомленность о потоках, так и осведомленность о ресурсах:
- Осведомленность о потоках гарантирует, что пакеты, принадлежащие одному и тому же потоку, по возможности остаются в порядке на одном и том же канале. Таким образом, минимизируется риск переупорядочивания внутри потоков.
- Осведомленность о ресурсах гарантирует, что пакеты направляются на канал, который в данный момент имеет емкость, обеспечивая оптимальное использование ресурсов спектра.
В совокупности эти возможности делают hRLB особенно мощным для Multi-band Booster, где один канал может передавать 10 Гбит/с, в то время как другой предлагает стабильные несколько сотен Мбит/с, но с чрезвычайно высокой доступностью. hRLB гарантирует, что:
- высокоемкие потоки не сдерживаются более медленным каналом, и
- общее соединение получает наилучшее сочетание задержки, пропускной способности и отказоустойчивости.
Другими словами:
Трафик высокой емкости едет на «быстрой лошади», а для управления и другого высокоприоритетного трафика всегда доступна надежная.
Еще одна элегантная особенность hRLB заключается в том, что он использует стандартные кадры Ethernet. Это означает, что пакеты hRLB могут передаваться через оборудование, которое даже не знает об этом протоколе.
Для операторов связи это открывает огромное практическое преимущество: они могут модернизировать существующий узел стороннего производителя до конфигурации Multi-band Bonding, просто добавив MINI-LINK с включенным hRLB. Никакой полной замены оборудования, никакой привязки к поставщику, никакой переработки топологии.
Это одно из тех небольших проектных решений, которые на практике делают все решение более гибким.
Что же произойдет дальше?
В этой статье вы узнали, что
- RLB обеспечивает почти 100% эффективность агрегации нескольких радиоканалов за счет распределения пакетов на основе доступной физической емкости, а не хеширования потоков, что позволяет CSP в полной мере использовать развернутый ими спектр.
- RLB способствовала переходу от традиционных микроволновых систем к современным высокопроизводительным архитектурам, включая гибкие комбинации различных каналов, видов модуляции и даже частотных диапазонов.
- Благодаря RLB стало возможным многодиапазонное объединение (Multi-band Bonding): высоконадежные микроволновые каналы и высокоемкие каналы E-диапазона работают вместе, обеспечивая производительность, недостижимую для каждого из них по отдельности.
- hRLB добавляет поддержку учета потоков и ресурсов, оптимизируя задержку и упорядочивание данных в каналах с большой разницей в емкости — при этом технология работает через стандартный Ethernet, что позволяет легко выполнять обновления даже через стороннее оборудование.
Будущее всегда трудно предсказать, как в хорошем, так и в сложном смысле. Но в одном я уверен: на протяжении более 50 лет MINI-LINK продолжает соответствовать ожиданиям клиентов и зачастую превосходить их, и это то, чем по-настоящему гордится вся наша команда.
Внутри команды каждый день появляются новые идеи относительно RLB и hRLB. Некоторые из них превратятся в будущие функции продуктов, другие будут ждать подходящего момента, вызванного новой задачей клиента или новым сдвигом в отрасли. Этот постоянный цикл идей, улучшений и открытий — часть того, что делает работу с MINI-LINK такой полезной.
Для меня большая честь и постоянный источник вдохновения вносить свой вклад в развитие MINI-LINK. И я уверен, что это путешествие продлится еще долгие годы, движимое нашими клиентами, сформированное новыми технологиями и подпитываемое тем же любопытством и инженерным духом, которые сопровождали MINI-LINK на протяжении первых пяти десятилетий.
- 50-летняя история MINI-LINK
- Изучите наше портфолио — Микроволновые системы
