解讀顛覆慢速互聯網的三種技術的論文

解讀顛覆慢速互聯網的三種技術的論文

　　寬帶互聯網為商業、遠程學習、公民參與和知識共享帶來了幾乎無限可能。但我們只看到了未來的表面。

　　或者在不久的將來幾種新技術，包括DOCSIS 3.1G.fast 和5G LTE，為世界上大部分地區提供數百兆、低于100 毫秒延遲的寬帶互聯網。

　　據Akamai 的2016 年第三季度互聯網報告，全球互聯網平均連接速度為6.3Mbps。這好像不錯，但如果您要下載高清視頻和流音樂，同時還要上網和Skype 通話的話，您就不會這么認為了。

　　換句話說，任何地方聯網家庭典型的日常上網活動都有可能超過平均連接速度。韓國等高速地區，互聯網平均連接速度為26.4Mbps，這抬高了Akamai 的平均指標。在美國，平均速度大約是15Mbps。世界上大多數人以大約4Mbps 的速度訪問互聯網。這對于入門級電子商務活動和知識共享沒有問題，但滿足不了大多數人上網的需求。相比我們所需要的，互聯網仍然停留在“黑暗時代”。

　　但不會太長了。思科服務提供商業務部SP 基礎設施市場管理經理Greg Smith 說:“在三到五年內，您將看到能夠為家庭提供千兆服務。事實上，有線運營商都開始進行他們計劃中的升級工作。Verizon FIOS、AT&T，他們有很多光纖到戶。在一些農村地區，5G 開始承諾要覆蓋這些地區，但這可能時間有點長�！�

　　瓶頸在哪里?互聯網的“核心”——骨干網提供商網絡和許多ISP 網絡的速度已經很快了，核心路由器使用100Gbps 互連來傳送內容。而且，Mellanox 即將提供200Gbps InfiniBand 交換機，數據中心網絡容量能夠達到16Tbps，單個機箱的延時只有90 納秒。思科有超過100 個ISP 使用其CBR-8200Gbps 寬帶路由器，使服務提供商能夠以每秒太比特的速度把數據傳輸給客戶。據FCC 的2016 年寬帶美國固網寬帶評測報告，2015 年，使用光纖、電纜或者數字用戶線(DSL)的美國寬帶用戶的中位數速度(不是平均速度)為39Mbps。這比2014 年提高了22%。大多數電纜和光纖提供商在大部分時間達到甚至超過了他們所宣稱的速度。DSL 提供商也努力這樣做，但很快就會有所改變了。

　　當然，“互聯網”不是一個單一的實體。它是網絡中的網絡，每個網絡的帶寬和延遲都與其對應網絡有關。因此，即使海底光纜可以向首端站提供高達40Tbps 的容量(其中80%仍然大部分未被使用)，并且地面骨干網提供商(例如，Level 3、Verizon、AT&T)，以每秒太比特的速度通過其網絡傳輸數據，如果您本地ISP 的核心路由器性能達不到這種水平，那么您的路由器也不能很快的通過它連接您的設備。因此，您的互聯網仍然很“慢”。

　　價格合理的802.11ac 千兆Wi-Fi 路由器目前應用已經很廣泛了，如果家庭用戶愿意投入，能夠在很大程度上解決上述問題。

　　這一切都和地區密切相關。如果您住在美國田納西州查塔努加，您可以通過光纖到戶(FTTH)以10Gbps 速度上網，但是隔壁一個地區，您可能使用DSL，速度慢到只有幾個Mbps，帶寬有限的農村地區速度會更慢。

　　但是隨著大約五年前4G LTE 無線網絡的廣泛推廣，這些低速地區越來越少了。OpenSignal公司為移動網絡提供商提供數據眾包服務，據該公司，美國4G 用戶81%的時間能夠以LTE 的速度上網。固網寬帶——DOCSIS，G.fast 和多播FTTH 的安裝成本很高，這就是為什么一些供應商已經不再推出這類服務的原因。雖然有全國范圍的光纜，但還只是星星點點的覆蓋，只延伸到街道。這種情況不會太長了。兩個數據通信標準在快速最后一英里覆蓋上向光纖發起了挑戰:全雙工DOCSIS 3.1 和G.fast。這些技術中的每一種都使用光纖到分布點(FTTdp)用于回程，但服務提供商不必把光纖敷設到每一用戶家里。全雙工DOCSIS 3.1 是Cablelab“電纜承載數據服務接口規范”標準的最新版本。雖然DOCSIS3.1 已經提供了10Gbps 下行和1gbps 上行的峰值速度，而全雙工DOCSIS 允許在HFC(混合光纖同軸)網絡上以吉比特的速度上傳和下載。

　　目前，電纜運營商使用DOCSIS 3.1，速度能夠達到每秒數百兆比特。這已經接近光纖的速度了，而且有數百萬美國家庭已經敷設了電纜，這使得電纜運營商比其競爭對手有明顯的優勢。Jeff Heynen 是SNLKagan 媒體與通信咨詢總監，也是“2016 年第三季度電纜寬帶增長數據報告”的作者，他說:“電纜運營商對未來幾年中擴大其寬帶普及率充滿信心，主要是因為他們能夠快速、低成本地推出DOCSIS 3.1。DOCSIS 3.1 支持電纜運營商提供千兆服務——和電信公司以及其他ISP 的光纖到戶(FTTH)產品差不多�！�

　　也許更重要的是G.fast，它在2011 年被國際電聯批準為一個標準，現在終于開始由ISP 在全球推廣。G.fast 也是用于同軸電纜。但受影響最大的將是DSL 用戶，因為DSL 比電纜應用的更廣泛，特別是在農村地區。G.fast 承諾在100 米雙絞銅線電話線路上的速度達到500Mbps，距離較短時，速度會更快。這有助于大幅度降低運行FTTH 最后一英里的成本。全世界有超過十億的人已經安裝了銅鏈路，隨時可以使用這一技術。

　　據DSL 設備制造商諾基亞，全球有5900 萬用戶已經使用G.fast 的前一代技術VDSL2 獲得了100Mbps 的寬帶。G.fast 是VDSL2 的下一代。而G.fast 的下一代是Xg-fast，現在正在開發中，在DSL 上可以實現千兆的速度。

　　移動寬帶——5GLTE移動領域不但和固網寬帶一樣要求提高帶寬，而且還迫切需要提高速度和降低延遲。據思科，移動IP 流量預計將比固網IP 流量增長速度快三倍，到2020 年，總計將占有所有IP 流量的16%。Akamai 的數據顯示，語音手機流量在過去五年中僅增長了46%，而數據流量增長了1，600%。這是全球發展趨勢。在非洲，到2020 年將有7 億部智能手機在用——這一數字是目前北美的兩倍。據國際電聯/教科文組織“2016 年寬帶狀況報告”，截至2015 年底，全球移動用戶約為47 億，相當于全球人口的63%。

　　現在，移動帶寬的平均速度是4Mbps，而許多國家(美國不在其中之一)達到了十幾兆。英國遠遠高于所有其他地區，移動寬帶連接的平均速度為27Mbps。

　　雖然4G LTE 網絡在今天很普遍，但仍然不夠快，延遲也不夠低，難以滿足大多數用戶的需求。從技術上講，4G LTE 標準要求以100Mbps 的峰值速度傳輸數據，但實際達不到。例如，Verizon宣稱在美國家庭LTE 互聯網速度下行為5M 到12Mbps，上行是2M 到5Mbps。他們還支持每月30GB 的數據使用量。令人驚訝的是，移動4G LTE 的平均下載速度更高——介于8M 和12Mbps之間，具體取決于您的提供商。但對于任何依賴LTE 進行寬帶上網的人來說，這種體驗還滿足不了需求。

　　較新的智能手機用戶(例如，iPhone 6)可以利用LTE Advanced 的優勢，這是功能更強的LTE版本，把多個頻帶捆綁在一起，以提高吞吐量——如果運營商支持的話。Verizon 和AT&T 宣稱LTEAdvanced 峰值速度在225M 到300Mbps 之間。LTEAdvanced 主要部署在美國城市，但據OpenSignal，經濟和政治因素減緩了其推廣應用。

　　現在對WiMAX 的討論已經不那么熱了，它是另一種移動寬帶標準，類似于一些服務提供商銷售的LTE，通過空中寬帶向用戶提供服務。它的速度和4G LTE 差不多，但它被許多運營商淘汰了，他們傾向于采用LTE。

　　未來十年最終會推出5G 網絡，無線寬帶有望在速度和延遲方面與地面銅纜和光纖相競爭。5G 預計能夠向95%的終端用戶提供100Mbps 的平均速度，而延時為1ms。峰值速度將在10Gbps范圍。這樣的吞吐量和延遲將允許成千上萬的用戶同時播放4K 視頻。

　　5G 的承諾意味著生活在農村地區的人們終于可以輕松使用真正的高速寬帶。手機運營商將不得不更新其前端來處理流量，但5G 避免了地面銅纜覆蓋最后一英里的需求，為許多地區帶來真正的高速寬帶。

　　思科的Smith 說:“5G 的瓶頸的確是在從蜂窩塔傳送回網絡的回程網絡中。我想這只是取決于您現在地面上有什么。這是最大的問題所在�！痹谶@方面，一家名為Starry 的公司目前正在波士頓開展一個示范項目，該公司使用類似于5G的毫米波技術，通過塔和在窗戶附近布設的Wi-Fi 路由器向用戶“輻射”千兆互聯網服務。OrionX.net 的合作伙伴Dan Olds 說:“它大概有一個汽水罐那么大，里面含有天線。他們在建筑物頂上安裝了一個塔，可以服務于600 到900 名用戶。這是真正的顛覆，要達到同樣的上網速度，該項目一個用戶的成本只有25 美元，而光纖每個用戶的安裝成本大約是2500 美元。”其他考慮在影響寬帶行業發展的眾多因素中，經濟是提高互聯網整體速度和容量的關鍵因素，而不是技術。今天，ISP 和多服務運營商(MSO)知道人們愿意為什么付費。但是一旦達到了基本質量要求，即30Mbps 和低于10 毫秒的延遲，那么應該繼續向哪里投資呢?

　　Akamai 互聯網狀況報告的作者Dave Belson 說:“我們可以讓每個人都獲得千兆速度，但作為個人或家庭用戶很難占用這么寬的帶寬�！�

　　毫無疑問，當Netflix 只需要25Mbps 就可以使用其4K 超高清服務時，幾百兆或者千兆的互聯網服務對于今天大多數家庭用戶來說有些浪費了。但是，到2020 年，思科預計全球互聯網流量是“2005 年全球互聯網總量的95 倍”(每個用戶比現在的7GB 增加了14GB)，對內容和服務的需求也將增加，要求能夠通過IP 網絡傳送內容和這些服務。

　　對于Smith 來說，全IP 是關鍵。一旦所有流量都是IP 流量，物理網絡層就不重要了。他說:“一旦一切都變成全IP，那么您大大簡化了網絡，因為您不再需要多層網絡來提供服務。一切都是IP 包流。所以，網絡應該如何發展真的是挑戰，絕不會是簡單的切換一下�！�

　　今天的電纜、電話、光纖和蜂窩網絡以數字/模擬混合的方式傳送視頻和語音數據流。這包括光纖骨干網。Smith 表示，光纖的目標應該是實現端到端以太網連接。

　　他說:“對于運營商來說，這是一個巨大的進步，最終，他們在最后一英里將只使用電纜DOCSIS�！彪娎|運營商提出了HFC plant/CMTS(電纜調制解調器終端系統)網絡架構，“對于其它的，過渡到稱為RemotePHY 的這種技術，他們將在光纖以太網中提供巨大的容量�！�

　　最后，沒有一種技術可以“統治所有一切”。硬件、軟件、固件、協議、芯片組、應用、網絡架構、設備、路由器、電纜、交換機、標準設置機構、政治等等，考慮到這些因素，讓互聯網“更快”似乎已經讓人有些麻木了。

　　討論的這些技術大部分已經存在很多年了，但只是現在向最終用戶延伸。商業領袖、投資者、設計師、工程師、監管者和政治家們需要花費多年的時間一起來商定最佳方法。即使那樣，MSO和骨干網提供商也必須確定哪些技術最好、最安全、利潤最高。

　　Akamai 的執行副總裁、企業和運營商部平臺兼總經理Robert Blumofe 說:“這不是一個單一的技術問題，不是下一代路由器能解決的問題，也不是下一代光能解決的問題。沒有靈丹妙藥。它是各種技術的集合�！�

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