Последняя миля - Last mile

Эта статья нужны дополнительные цитаты для проверка. Пожалуйста помоги улучшить эту статью к добавление цитат в надежные источники. Материал, не полученный от источника, может быть оспорен и удален. Найдите источники: "Последняя миля"  – Новости  · газеты  · книги  · ученый  · JSTOR (Май 2009 г.) (Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения)

В Последняя миля или же последний километр фраза, широко используемая в телекоммуникации, кабельное телевидение и Интернет отрасли для обозначения последнего этапа телекоммуникационные сети которые предоставляют телекоммуникационные услуги розничным конечным пользователям (клиентам). В частности, Последняя миля описывает часть цепочки телекоммуникационной сети, которая физически достигает помещения конечного пользователя. Примеры - медный провод. абонентские линии подключение к стационарной линии телефоны к местным обмен телефонами; коаксиальный кабель прекращение обслуживания несущий кабельное телевидение сигналы от электрические столбы в дома подписчиков и вышки сотовой связи связывание местных сотовые телефоны к сотовая сеть. Слово «миля» используется метафорически; длина последней мили может быть больше или меньше мили. Поскольку последняя миля сети до пользователя, наоборот, первая миля от помещения пользователя до внешнего мира, когда пользователь отправляет данные, термин первая миля также альтернативно используется.

Последняя миля обычно является узким местом в скорости в сетях связи; это 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, телефон магистральные линии осуществляют телефонные звонки между коммутационными центрами, выполнены из современных оптоволокно, но последняя миля обычно витая пара провода, технология, которая практически не изменилась более века с момента первоначальной прокладки медных телефонных кабелей.

Чтобы решить или хотя бы смягчить проблемы, связанные с попытками предоставить расширенные услуги на «последней миле», некоторые фирмы десятилетиями смешивали сети. Одним из примеров является фиксированный беспроводной доступ, где вместо проводов используется беспроводная сеть для подключения стационарного Терминал к провод сеть. Разрабатываются различные решения, которые рассматриваются как альтернатива последней миле стандартных действующие местные обменные операторы. К ним относятся WiMAX и широкополосная связь по линиям электропередач.

В последние годы использование термина «последняя миля» расширилось за пределы отрасли связи, включив в него другие распределительные сети, которые доставляют товары клиентам, такие как трубы, по которым доставляется вода и натуральный газ в помещения клиента, и последние этапы Почта и доставка посылки Сервисы.^[1]

Этот термин также использовался для описания провайдеров образования и обучения, которые более тесно связывают людей с возможностями трудоустройства.^[2][3]

Существующие проблемы системы доставки

Схематическое изображение дерево топология розничных торговых сетей. Ссылки "последняя миля" представлены тонкими линиями внизу.

Растущий во всем мире спрос на быстрые, недорогиезадержка и массовое общение Информация в домах и на предприятиях делает экономичное распространение и доставку информации все более важным. По мере роста спроса, особенно благодаря широкому распространению Интернет Потребность в экономичном высокоскоростном доступе для конечных пользователей, находящихся в миллионах точек, также резко возросла.

По мере изменения требований 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.

По выражению Уравнение Шеннона за информационная емкость канала, вездесущность шум в информационных системах устанавливает минимум соотношение сигнал шум (сокращенно S / N) требование в канале, даже если оно адекватно спектральная полоса пропускания доступен. Поскольку интеграл скорости передачи информации по времени является количеством информации, это требование приводит к соответствующему минимуму энергия на бит. Таким образом, проблему отправки любого заданного количества информации по каналу можно рассматривать с точки зрения отправки достаточной энергии, несущей информацию (ICE).^{[нужна цитата ]} По этой причине концепция «трубы» или «трубопровода» ДВС актуальна и полезна для изучения существующих систем.

Распространение информации среди большого числа удаленных друг от друга конечных пользователей можно сравнить с распределением многих других ресурсов. Вот некоторые знакомые аналогии:

• Раздача крови большому количеству клетки по системе вены, артерии и капилляры
• Распределение воды капельное орошение система для индивидуального растения, включая реки, акведуки, водопровод, так далее.
• Питание листьев растений через корни, хобот и ветви.

Все они имеют общие каналы, которые переносят относительно небольшое количество ресурса на небольшое расстояние к очень большому количеству 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.

Затраты и эффективность

Трубопроводы с высокой пропускной способностью в этих системах, как правило, также обладают общей способностью эффективно передавать ресурс 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 причина связана с эффективность масштаба. 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 поэтому 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 группы небольших локальные сети (ЛВС). В TCP / IP набор протоколы возникла из-за необходимости соединить несколько из этих локальных сетей вместе, в частности, что касается общих проектов среди Министерство обороны США, промышленность и некоторые академические учреждения.

ARPANET возникла для продвижения этих интересов. В дополнение к предоставлению возможности для нескольких компьютеров и пользователей совместно использовать общее соединение между LAN, протоколы TCP / IP предоставили стандартизированный способ для разнородных компьютеров и операционных систем обмениваться информацией по этой межсетевой связи. Финансирование и поддержка соединений между локальными сетями могут быть распределены по одной или даже нескольким локальным сетям.

По мере добавления каждой новой локальной сети 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.

Эффект масштаба

В общем, экономия на масштабе делает увеличение пропускной способности трубопровода менее дорогостоящим 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 количества каналов передачи информации, обеспечивающих самые большие расстояния и максимальную пропускную способность магистральных соединений. В последние годы мощность волоконно-оптическая связь при поддержке поддерживающей отрасли привело к расширению необработанных мощностей настолько, что в Соединенных Штатах большой объем установленной оптоволоконной инфраструктуры не используется, поскольку в настоящее время это избыточная пропускная способность "темное волокно ".

Эта избыточная пропускная способность магистрали существует, несмотря на тенденцию к увеличению 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, скорость передачи которых составляла всего несколько сотен. бит / с. Теперь почти все конечные пользователи получают доступ в 100 или более раз по сравнению с ранними.

Экономичная передача информации

Прежде чем рассматривать характеристики существующих механизмов доставки информации «последней мили», важно дополнительно изучить, что делает информационные каналы эффективными. Поскольку Теорема Шеннона-Хартли показывает, что это комбинация пропускной способности и соотношение сигнал шум который определяет максимальную скорость передачи информации в канале. Произведение средней скорости передачи информации и времени дает полную передачу информации. В присутствии шум, 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:

1. Мощность передачи сигнала, S - (должна иметь соответствующую мощность сигнала).
2. Низкие потери (низкий уровень преобразования в непригодные для использования формы энергии).
3. Поддержка широкой передачи пропускная способность.
4. Доставить высоко соотношение сигнал шум (SNR) - низкий уровень нежелательного сигнала (Шум ) мощность, Н.
5. Предоставлять кочевой возможность подключения.

В дополнение к этим факторам, хорошее решение проблемы последней мили должно предоставить каждому пользователю:

1. Высоко доступность и надежность.
2. Низкий задержка; задержка должна быть небольшой по сравнению с требуемым временем взаимодействия.
3. Высокая пропускная способность на пользователя.
   1. Канал, который совместно используется несколькими конечными пользователями, должен обеспечивать соответственно более высокую пропускную способность, чтобы должным образом поддерживать каждого отдельного пользователя. Это должно быть верно для передачи информации в каждом направлении.
   2. Доступность; подходящие мощности должны быть финансово жизнеспособными.

Существующие системы доставки последней мили

Проводные системы (включая оптоволокно)

Проводные системы обеспечивают управляемые 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 пределами которой все эти системы не могут обеспечить адекватное отношение сигнал / шум для поддержки потока информации. Диэлектрик оптоволокно системы поддерживают более тяжелый поток при более высоких затратах.

Локальные сети (LAN)

Традиционный проводной локальная сеть системы требуют, чтобы медный коаксиальный кабель или витая пара проложили 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 обнаружение столкновения и требования к избеганию, потери сигнала и отражения над этими линиями также определяют максимальное расстояние. Уменьшение объема информации, доступной отдельному пользователю, примерно пропорционально количеству пользователей, использующих локальную сеть.

телефон

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 цифровая абонентская линия схемы увеличены в 20-50 раз по сравнению с предыдущими голосовой диапазон системы. Эти методы не основаны на изменении фундаментальных физических свойств и ограничений среды, которые, помимо введения витые пары сегодня ничем не отличаются от того, когда в 1877 году компания Bell Telephone Company открыла первую телефонную станцию.^[4]

История и долгая жизнь инфраструктуры связи на основе медных проводов 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 отдача для продолжения инвестиций.^[4] Однако одна из самых больших затрат, связанных с обслуживанием стареющей медной инфраструктуры, - это стоимость проката грузовиков.^[5] - направление 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 медных.^[6] 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 автоматического переключения, а некоторые включают функции тестирования, позволяющие ISP представитель для выполнения операций, ранее требовавших посещения объекта (переезд грузовика) из центрального офиса через веб-интерфейс.^[7] Во многих странах линия «последней мили», которая соединяет абонентов стационарных бизнес-телефонов с местными обмен телефонами часто бывает ISDN30 который может принимать до 30 одновременных телефонных звонков.

Кабельное телевидение

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 достижимый 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.

Оптоволокно

Волокно обеспечивает высокую информационную емкость и на рубеже 21 века стало предпочтительным развертываемым средством передачи информации ("Волокно для Икс "), 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 видела, как мир движется к приложениям с гораздо более высокой пропускной способностью, поскольку потребители любили все, что может предложить широкополосная связь, и жадно поглощали все, что могли, включая двусторонний контент, создаваемый пользователями. Медные и коаксиальные сети не могли - фактически не могли - удовлетворить эти требования, что ускорило агрессивный переход Verizon к волокно в дом через FiOS.^[8]

Волокно - это на будущее Технология, которая отвечает потребностям сегодняшних пользователей, но в отличие от других медных и беспроводных сетей последней мили, также имеет пропускную способность на долгие годы за счет модернизации оптики и электроники конечных точек без изменения оптоволоконной инфраструктуры. Само волокно устанавливается на существующей опоре или инфраструктуре кабелепровода, и большая часть затрат связана с оплатой труда, обеспечивая хорошее региональное экономический стимул на этапе развертывания и обеспечивает критическую основу для будущей региональной торговли.

Фиксированные медные линии были украдены из-за ценности меди, но оптические волокна представляют собой непривлекательные цели. Оптические волокна нельзя преобразовать ни во что другое, тогда как медь может быть переработана без потерь.

Системы беспроводной доставки

Мобильная CDN придумал термин 'мобильная миля ' классифицировать соединение последней мили, когда беспроводная система используется для связи с клиентом. В отличие от проводных систем доставки, беспроводные системы используют неуправляемые волны для передачи ICE. Все они имеют тенденцию быть неэкранированными и иметь большую степень восприимчивости к источникам нежелательных сигналов и шума.

Поскольку эти волны не направляются, а расходятся, в свободном пространстве эти системы ослабленный после закон обратных квадратов, обратно пропорционально квадрату расстояния. Таким образом, потери увеличиваются медленнее с увеличением длины, чем в проводных системах, в которых потери увеличиваются. экспоненциально. В условиях свободного пространства за пределами заданной длины потери в беспроводной системе ниже, чем в проводной.

На практике наличие атмосферы и особенно препятствий, вызванных местностью, 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, поскольку 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.

Световые волны и оптика в свободном пространстве

Видимые и инфракрасные световые волны намного короче радиоволн. Их использование для передачи данных называется оптическая связь 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.

Также из-за высокой частоты скорость передачи данных могут быть доступны. 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. Видеть RONJA.

Радиоволны

Радиочастоты (RF), от низких частот до микроволнового диапазона, имеют длины волн намного длиннее, 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 затухание или «потери на трассе» для систем, которые не являются строго направленными.

Собственно, термин потеря пути это что-то вроде неправильного названия, потому что на пути в свободном пространстве энергия не теряется. 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, высокой директивности точка-точка на малых расстояниях наиболее полезными являются беспроводные световые системы.

Односторонняя (вещательная) радио- и телевизионная связь

Исторически сложилось так, что для вещания с высокой информационной емкостью использовались более низкие частоты, как правило, не выше, чем в области телевидения УВЧ, причем само телевидение является ярким примером. Наземное телевидение обычно ограничивается областью выше 50 МГц, где доступна достаточная информационная полоса, и ниже 1000 МГц из-за проблем, связанных с увеличенными потерями на трассе, как упоминалось выше.

Двусторонняя беспроводная связь

Системы двусторонней связи в основном ограничивались приложениями с меньшей информационной емкостью, такими как аудио, факсимильная связь или радиотелетайп. По большей части системы с большей пропускной способностью, такие как двусторонняя видеосвязь или наземный микроволновый телефонный аппарат и каналы передачи данных, были ограничены и ограничивались диапазоном UHF или микроволнового диапазона и трактов точка-точка.

Системы с более высокой пропускной способностью, такие как сотовые телефонные системы третьего поколения, требуют большой инфраструктуры из более близко расположенных сотовых узлов для поддержания связи в типичных средах, где потери в тракте намного больше, чем в свободном пространстве, и которые также требуют всенаправленного доступа со стороны пользователей.

Спутниковая связь

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 задержку информации, что 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 соответствующими требованиями к направленности и наведению, чтобы получить даже скромную скорость передачи информации. Эти требования делают высокопроизводительные двунаправленные информационные системы неэкономичными. Это одна из причин, почему Иридий спутниковая система оказалась не более удачной.

Трансляция по сравнению с двухточечной передачей

Для наземных и спутниковых систем требуется экономичная, высокопроизводительная связь последней мили. точка-точка системы 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 роста требований к информации транслируйте беспроводная сетка системы (также иногда называемые микроэлементы или наноячейки), которые достаточно малы, чтобы обеспечить адекватное распространение информации относительно небольшого числа локальных пользователей и от них, требуют чрезмерно большого количества широковещательных местоположений или точек присутствия, а также большого количества избыточной емкости для компенсации потраченных впустую энергия.

Промежуточная система

Недавно был обнаружен новый тип передачи информации между проводными и беспроводными системами. Называется E-Line, в нем используется один центральный проводник, но нет 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 сочетание атрибутов проводных и беспроводных систем и может поддерживать высокую информационную емкость. использование существующих линий электропередач в широком диапазоне частот от РФ через микроволновая печь.

Агрегация строк

Агрегация - это метод соединения нескольких линий для более быстрого и надежного соединения. Некоторые компании^{[ласковые слова ]} считают, что агрегация ADSL (или «связывание») - это решение проблемы последней мили в Великобритании.^[9]

Смотрите также

• Backhaul (телекоммуникации)
• Ethernet на первой миле
• Последняя миля (транспорт)
• Местная петля
• Средняя миля
• Двухточечная связь

Рекомендации