Как бы сотовые операторы ни пропагандировали сети 4G, а теперь и будущий 5G – рынок фиксированной беспроводной широкополосной связи даже и не думает уменьшаться.
Как показала практика, сколько бы G не было в стандарте сотовой связи — обеспечить действительно безлимитную связь в рамках сотовой технологии невозможно, и даже с новыми G-стандартами мы по-прежнему считаем GB трафика, а контент становится всё тяжелее (спасибо 4K-кино и обилию тяжеловесной рекламы).
Кстати, контент влияет и на запросы клиентов сетей фиксированной радиосвязи. Если раньше им хватало скоростей 1-3 Мбит/с, то сейчас этого явно недостаточно — нужны десятки и сотни мегабит каждому. С другой стороны, пути экстенсивного развития (получения дополнительных частот) практически исчерпаны — эфир не резиновый, да и дорого это. Поэтому сейчас, как никогда остро, встал вопрос об эффективности использования имеющегося частотного ресурса.
Именно для такого случая компания Cambium в прошлом году предложила идею Elevate — софт для недорого железа, который позволяет ему (без замены абонентов) работать с базовыми станциями Cambium со всеми их преимуществами — переиспользованием частот и честным TDMA. Прошло несколько месяцев, и вот первые практические результаты.
Сегодня мы рассмотрим два примера сетей, получивших значительный рост производительности путём замены базовых станций на оборудование Cambium ePMP и установки на абонентские устройства программного обеспечения Elevate.
Такая схема модернизации сети позволяет не менять многочисленные клиентские устройства, составляющие большую часть стоимости сектора.
Пример 1:
Базовая станция (БС) Rocket M5, Tx =20 дБм, частота 5250 МГц, ширина канала 20 МГц, секторная 90 град антенна с коэффициентом усиления 17 дБи. Абонентские станции (АС) Nanostation M5 в количестве 27 шт. подключены к базе на дальности до 2 км с сигналом RSSI не ниже -75 дБм. Выходная мощность AC установлена 18 дБм.
Рис. 1 Скан эфира Rocket M5
Эфир на рабочей частоте 5250 МГц относительно чист. На рис.2 представлен снимок экрана конфигурации БС и параметры подключения АС.
Уровни сигналов абонентских устройств
В сети предоставляется услуга доступа в Интернет с тарифом 5 / 2 Мбит/с (DL/UL).
Рис. 3 График суточной загрузки БС UBNT, 27 клиентов (Cacti)
Немного. Впрочем, может быть, клиентам больше и не нужно? Давайте проверим.
Проведём минимальную модернизацию сети: заменим базовую станцию на ePMP1000 GPS Sync, заменим программное обеспечение в абонентских устройствах.
Прошивка БС V.3.2, NS M5 — v.3.2.1 RC5. БС ePMP1000 GPS Sync Частота 5200 МГц, ширина канала 20 МГц, выходная мощность 21 дБм. Подключено 27 клиентов NS M5 Elevate.
На время тестирования снимем ограничения на пропускную способность для клиентов:
На рис.9 представлен график Cacti суточной загрузки сектора БС ePMP1000 GPS Sync c 28 клиентами.
Рис. 9 График суточной загрузки сектора ePMP GPS Sync, 28 клиентов
Видим, что клиенты с удовольствием потребляют втрое больше трафика, чем было первоначально.
Проведём нагрузочный тест:
Практической нагрузкой
И встроенным генератором трафика
В результате перехода на Elevate с 27 абонентами:
- Увеличилась пропускная способность на абонента, что позволило увеличить тарифы с 5/2 Мбит/с до 20/2 Мбит/с;
- Увеличилась пропускная способность и утилизация сектора с 15 Мбит/с до 52 Мбит/с;
- Немного возросла задержка (latency) в канале, что объясняется применением протокола доступа TDMA c фиксированной длиной фрейма 5 мс.
Однако, пока не выполнена задача оператора — увеличение количества подключений на сектор.
Удвоим количество подключений. Теперь в секторе аж 54 абонента:
Рис. 13 Суточная загрузка сектора ePMP GPS Sync, 54 клиента (Cacti)
Рис. 14 Параметры подключения клиентов NS M5 Elevate
Рис. 14 (прод.) Параметры подключения клиентов NS M5 Elevate
Результат с 54 абонентами
В результате увеличения количества клиентов средняя загрузка трафиком сектора ePMP1000 GPS Sync возросла до 19 Мбит/с, максимальная загрузка сектора – 44.59 Мбит/с.
На рис.15 представлены показания задержки между БС ePMP1000 GPS Sync и АС UBNT Elevate, измеренные утилитой Ping при максимальной загрузке БС.
Рис. 15 Задержка в канале при максимальной загрузке сектора, 54 клиента
Тест с одного из клиентов в «час пик» нагрузки сети
Рис. 16 Встроенный тест скорости клиента Test МАС **** CE:3B
Рис. 17 OOKLA speedtest с тестового клиента
Эффект после двукратного увеличения числа абонентов (с 27 до 54):
- Максимальная емкость сектора БС всё еще превышает аналогичный параметр сектора на UBNT в два раза!
- Оптимальные тарифные планы всё еще вдвое выше, чем при UBNT;
- Задержка в сети остается в пределах нормы.
Пример №2
Было — базовая станция (БС) Rocket M5 Titanium, выходная мощность 17 дБм, частота 5300 МГц, ширина канала 20 МГц, секторная 90 градусная антенна UBNT AM-M-V5G-Ti с коэффициентом усиления 17 дБи.
Абонентские станции – Nanobridge M5, Nanobeam M5, Powerbeam M5 (всего 44 шт.) – расположены на расстояниях от 2 до 7 км. Тарифы: 2 Мбит/с (6% клиентов), 4 Мбит/с (74%), 8 Мбит/с (20%).
Сигналы RSSI на всех клиентах хорошие, ниже -70 dBm – единицы, модуляции высокие, пропускная способность (data rate) в основном 130/130, 130/117. На рис. 18 представлен скрин конфигурации БС и параметры подключения клиентов.
Рис. 18 Сектор Rocket M5 Ti. Параметры подключения 44 клиентов
На рис.19 график суточной загрузки сектора БС UBNT с 44 клиентами
Рис.19 График суточной загрузки сектора Rocket M5-Ti трафиком 44 абонентских станций
Средняя суточная загрузка сектора Rocket M5 Ti в 20 МГц при обслуживании 44 клиентов составляет 14.5 Мбит/с, максимальная – 32.65 Мбит/с.
На рис.20, 21 представлены значения задержки между БС UBNT и AC «TEST» и скрин OOKLA speedtest c AC «TEST» MAC ***95:C9 в часы пик (в момент максимальной загрузки сектора в вечернее время), измеренные утилитой Ping при максимальной загрузке БС на пакетах длиной 1500 байт.
Рис. 20 Задержка в сети UBNT при обслуживании 44 АС на секторе Rocket M5-Ti, ширина канала 20 МГц
Рис. 21 Тест скорости тестового клиента (дальность от БС 7 км) OOKLA speedtest
Как видно, самый дальний клиент (работающий с data rate 104/117 Мбит/с) в часы пик получает скорость доступа 4 Мбит/с. Обеспечить ему тариф 8 Мбит/с невозможно.
Исходные данные для модернизации:
- Максимальная суточная загрузка сектора UBNT Rocket M5-Ti с 44 клиентами составляет 32.5 Мбит/с в 20 МГц;
- В часы пик клиенты не получают скорость выше 4 Мбит/с.
Вновь используем бюджетный вариант модернизации ePMP1000 GPS sync. Кроме того, к сектору подключим дополнительно 37 «родных» абонентских модулей (микс из ePMP ISM и Force180). Общее число абонентов в секторе стало 82: NanoBrige M5, NanoBeam M5, PowerBeam M5 с ПО ePMP Elevate в количестве 45 шт. (дальность 2…7км) и АС ePMP ISM/Force 180 в количестве 37 шт. (дальность 2…4 км).
Используемые тарифы: 2 Мбит/с (8% клиентов), 4 Мбит/с (67%), 8 Мбит/с (25%). На контролируемом устройстве снято ограничение по скорости.
Рис. 22 Параметры подключения к БС ePMP GPS Sync 82 АС ePMP и UBNT Elevate
Рис. 22 (прод.) Параметры подключения к БС ePMP GPS Sync 82 АС ePMP и UBNT Elevate
На рис. 23, 24 представлены графики суточной загрузки сектора БС ePMP с 82 клиентами полосах частот 20 МГц и 40 МГц (40 МГц конечно есть не у всех, это скорее демонстрация производительности процессора базовой станции).
Рис. 23 График суточной загрузки сектора ePMP GPS Sync, ПлЧ 20 МГц трафиком 82 абонентских станций, max загрузка 52 Mbps
Рис. 24 График суточной загрузки сектора ePMP GPS Sync, ПлЧ 40 МГц трафиком 82 абонентских станций, max загрузка 83 Mbps
На рис. 25, 26 представлены скрины задержки утилиты ping тестового клиента в ПлЧ 20 и 40 МГц.
Рис.25 Задержка в канале 20 МГц, на секторе обслуживаются 82 AC
Рис.26 Задержка в канале 40 МГц, на секторе обслуживаются 82 AC
На рис. 27 представлены скрины параметров сигнала, LinkTest и OOKLA Speedtest клиента в канале 20 МГц, а на рис. 28 – в канале 40 МГц.
Рис. 27 LinkTest, OOKLA speedtest, канал 20 МГц
Рис. 28 OOKLA speedtest, канал 40 МГц
Эффект от модернизации
- Несмотря на почти двукратный рост абонентов (с 44 до 82), увеличилась макcимальная емкость сектора: c 32.5 Мбит/с (20 МГц, 44 клиента) до 52.8 Мбит/с (20 МГц, 82 клиента), 83 Мбит/с (40 МГц, 82 клиента);
- Максимальная скорость доступа в часы пик для абонентов увеличилась с 3.5 до 13 Мбит/с. Клиенты с тарифом 8 Мбит/с стали получать свой сервис в час пик. Сервисные планы остались без изменений, но при вдвое большем количестве обслуживаемых клиентов;
- Задержка в сети приведена к более приемлемым значениям: с avg/max 82/230 мс до avg/max 77/189 мс при вдвое большем количестве обслуживаемых клиентов и загрузке сектора;
- Клиенты получили возможность просмотра онлайн видео в HD качестве.
Общие выводы:
- Использование ePMP 1000 GPS sync позволило удвоить ёмкость секторов по подключениям и почти удвоить при этом их битовую ёмкость.
- Эффект от замены базовой станции практически эквивалентен получению второго набора частот, замене антенн на узконаправленные, монтажу новых секторов UBNT.
- Использование GPS синхронизации позволит ещё более эффективно использовать частоты, или получать меньше частот для той же абонентской и битовой ёмкости.
В условиях радиопомех рекомендуется использовать базовые станции 2000 серии с фильтром внеполосных помех и адаптивной приёмной антенной.
P.S. Все желающие протестировать оборудование Cambium Elevate на своей сети могут совершенно безвозмездно (то есть даром) получить в CompTek базовые станции ePMP 1000 GPS sync с 30 Elevate лицензиями на срок 4-6 недель.
А те, кто уже имеет положительный опыт с Elevate, могут сильно сэкономить, приобретя базовые станции ePMP с безвозмездно (то есть даром) установленными лицензиями Elevate: ePMP 1000 GPS sync с 10 лицензиями, ePMP 2000 с 20 лицензиями и ePMP 2000 с 30 лицензиями (при приобретении адаптивной антенны).
