解讀顛覆慢速互聯(lián)網(wǎng)的三種技術(shù)的論文
寬帶互聯(lián)網(wǎng)為商業(yè)、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(shù)，包括DOCSIS 3.1G.fast 和5G LTE，為世界上大部分地區(qū)提供數(shù)百兆、低于100 毫秒延遲的寬帶互聯(lián)網(wǎng)。
據(jù)Akamai 的2016 年第三季度互聯(lián)網(wǎng)報告，全球互聯(lián)網(wǎng)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(wǎng)和Skype 通話的話，您就不會這么認為了。
換句話說，任何地方聯(lián)網(wǎng)家庭典型的日常上網(wǎng)活動都有可能超過平均連接速度。韓國等高速地區(qū)，互聯(lián)網(wǎng)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(shù)人以大約4Mbps 的速度訪問互聯(lián)網(wǎng)。這對于入門級電子商務(wù)活動和知識共享沒有問題，但滿足不了大多數(shù)人上網(wǎng)的需求。相比我們所需要的，互聯(lián)網(wǎng)仍然停留在“黑暗時代”。
但不會太長了。思科服務(wù)提供商業(yè)務(wù)部SP 基礎(chǔ)設(shè)施市場管理經(jīng)理Greg Smith 說:“在三到五年內(nèi)，您將看到能夠為家庭提供千兆服務(wù)。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(nóng)村地區(qū)，5G 開始承諾要覆蓋這些地區(qū)，但這可能時間有點長�！�
瓶頸在哪里?互聯(lián)網(wǎng)的“核心”——骨干網(wǎng)提供商網(wǎng)絡(luò)和許多ISP 網(wǎng)絡(luò)的速度已經(jīng)很快了，核心路由器使用100Gbps 互連來傳送內(nèi)容。而且，Mellanox 即將提供200Gbps InfiniBand 交換機，數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)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(wù)提供商能夠以每秒太比特的速度把數(shù)據(jù)傳輸給客戶。據(jù)FCC 的2016 年寬帶美國固網(wǎng)寬帶評測報告，2015 年，使用光纖、電纜或者數(shù)字用戶線(DSL)的美國寬帶用戶的中位數(shù)速度(不是平均速度)為39Mbps。這比2014 年提高了22%。大多數(shù)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(lián)網(wǎng)”不是一個單一的實體。它是網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)，每個網(wǎng)絡(luò)的帶寬和延遲都與其對應(yīng)網(wǎng)絡(luò)有關(guān)。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(wǎng)提供商(例如，Level 3、Verizon、AT&T)，以每秒太比特的速度通過其網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)，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(shè)備。因此，您的互聯(lián)網(wǎng)仍然很“慢”。
價格合理的802.11ac 千兆Wi-Fi 路由器目前應(yīng)用已經(jīng)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(qū)密切相關(guān)。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(wǎng)，但是隔壁一個地區(qū)，您可能使用DSL，速度慢到只有幾個Mbps，帶寬有限的農(nóng)村地區(qū)速度會更慢。
但是隨著大約五年前4G LTE 無線網(wǎng)絡(luò)的廣泛推廣，這些低速地區(qū)越來越少了。OpenSignal公司為移動網(wǎng)絡(luò)提供商提供數(shù)據(jù)眾包服務(wù)，據(jù)該公司，美國4G 用戶81%的時間能夠以LTE 的速度上網(wǎng)。固網(wǎng)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(yīng)商已經(jīng)不再推出這類服務(wù)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(shù)據(jù)通信標準在快速最后一英里覆蓋上向光纖發(fā)起了挑戰(zhàn):全雙工DOCSIS 3.1 和G.fast。這些技術(shù)中的每一種都使用光纖到分布點(FTTdp)用于回程，但服務(wù)提供商不必把光纖敷設(shè)到每一用戶家里。全雙工DOCSIS 3.1 是Cablelab“電纜承載數(shù)據(jù)服務(wù)接口規(guī)范”標準的最新版本。雖然DOCSIS3.1 已經(jīng)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(wǎng)絡(luò)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(shù)百兆比特。這已經(jīng)接近光纖的速度了，而且有數(shù)百萬美國家庭已經(jīng)敷設(shè)了電纜，這使得電纜運營商比其競爭對手有明顯的優(yōu)勢。Jeff Heynen 是SNLKagan 媒體與通信咨詢總監(jiān)，也是“2016 年第三季度電纜寬帶增長數(shù)據(jù)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(wù)——和電信公司以及其他ISP 的光纖到戶(FTTH)產(chǎn)品差不多�！�
也許更重要的是G.fast，它在2011 年被國際電聯(lián)批準為一個標準，現(xiàn)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(yīng)用的'更廣泛，特別是在農(nóng)村地區(qū)。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(jīng)安裝了銅鏈路，隨時可以使用這一技術(shù)。
據(jù)DSL 設(shè)備制造商諾基亞，全球有5900 萬用戶已經(jīng)使用G.fast 的前一代技術(shù)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(xiàn)在正在開發(fā)中，在DSL 上可以實現(xiàn)千兆的速度。
移動寬帶——5GLTE移動領(lǐng)域不但和固網(wǎng)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(jù)思科，移動IP 流量預計將比固網(wǎng)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(shù)據(jù)顯示，語音手機流量在過去五年中僅增長了46%，而數(shù)據(jù)流量增長了1，600%。這是全球發(fā)展趨勢。在非洲，到2020 年將有7 億部智能手機在用——這一數(shù)字是目前北美的兩倍。據(jù)國際電聯(lián)/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(xiàn)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(qū)，移動寬帶連接的平均速度為27Mbps。
雖然4G LTE 網(wǎng)絡(luò)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(shù)用戶的需求。從技術(shù)上講，4G LTE 標準要求以100Mbps 的峰值速度傳輸數(shù)據(jù)，但實際達不到。例如，Verizon宣稱在美國家庭LTE 互聯(lián)網(wǎng)速度下行為5M 到12Mbps，上行是2M 到5Mbps。他們還支持每月30GB 的數(shù)據(jù)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(wǎng)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(yōu)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(jù)OpenSignal，經(jīng)濟和政治因素減緩了其推廣應(yīng)用。
現(xiàn)在對WiMAX 的討論已經(jīng)不那么熱了，它是另一種移動寬帶標準，類似于一些服務(wù)提供商銷售的LTE，通過空中寬帶向用戶提供服務(wù)。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(wǎng)絡(luò)，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(nóng)村地區(qū)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(qū)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(wǎng)絡(luò)的回程網(wǎng)絡(luò)中。我想這只是取決于您現(xiàn)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(shù)，通過塔和在窗戶附近布設(shè)的Wi-Fi 路由器向用戶“輻射”千兆互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。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(wù)于600 到900 名用戶。這是真正的顛覆，要達到同樣的上網(wǎng)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�！逼渌紤]在影響寬帶行業(yè)發(fā)展的眾多因素中，經(jīng)濟是提高互聯(lián)網(wǎng)整體速度和容量的關(guān)鍵因素，而不是技術(shù)。今天，ISP 和多服務(wù)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(zhì)量要求，即30Mbps 和低于10 毫秒的延遲，那么應(yīng)該繼續(xù)向哪里投資呢?
Akamai 互聯(lián)網(wǎng)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(wù)時，幾百兆或者千兆的互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)對于今天大多數(shù)家庭用戶來說有些浪費了。但是，到2020 年，思科預計全球互聯(lián)網(wǎng)流量是“2005 年全球互聯(lián)網(wǎng)總量的95 倍”(每個用戶比現(xiàn)在的7GB 增加了14GB)，對內(nèi)容和服務(wù)的需求也將增加，要求能夠通過IP 網(wǎng)絡(luò)傳送內(nèi)容和這些服務(wù)。
對于Smith 來說，全IP 是關(guān)鍵。一旦所有流量都是IP 流量，物理網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)，因為您不再需要多層網(wǎng)絡(luò)來提供服務(wù)。一切都是IP 包流。所以，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該如何發(fā)展真的是挑戰(zhàn)，絕不會是簡單的切換一下�！�
今天的電纜、電話、光纖和蜂窩網(wǎng)絡(luò)以數(shù)字/模擬混合的方式傳送視頻和語音數(shù)據(jù)流。這包括光纖骨干網(wǎng)。Smith 表示，光纖的目標應(yīng)該是實現(xiàn)端到端以太網(wǎng)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。”電纜運營商提出了HFC plant/CMTS(電纜調(diào)制解調(diào)器終端系統(tǒng))網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，“對于其它的，過渡到稱為RemotePHY 的這種技術(shù)，他們將在光纖以太網(wǎng)中提供巨大的容量�！�
最后，沒有一種技術(shù)可以“統(tǒng)治所有一切”。硬件、軟件、固件、協(xié)議、芯片組、應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、設(shè)備、路由器、電纜、交換機、標準設(shè)置機構(gòu)、政治等等，考慮到這些因素，讓互聯(lián)網(wǎng)“更快”似乎已經(jīng)讓人有些麻木了。
討論的這些技術(shù)大部分已經(jīng)存在很多年了，但只是現(xiàn)在向最終用戶延伸。商業(yè)領(lǐng)袖、投資者、設(shè)計師、工程師、監(jiān)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(wǎng)提供商也必須確定哪些技術(shù)最好、最安全、利潤最高。
Akamai 的執(zhí)行副總裁、企業(yè)和運營商部平臺兼總經(jīng)理Robert Blumofe 說:“這不是一個單一的技術(shù)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(shù)的集合�！�
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