Arquitectura de red de Internet de banda ancha rural y su solución energética
Prefacio
La construcción de Internet de banda ancha en zonas rurales siempre ha sido un área difícil en varios países. Esto se debe a que las zonas rurales tienen problemas como una alta inversión en construcción, altos costos de operación y mantenimiento y dificultad para obtener electricidad. La contradicción es que los ingresos y el ARPU de la construcción de redes en estas áreas son relativamente bajos. Estas contradicciones están entrelazadas, lo que dificulta que la cobertura de Internet de banda ancha en las zonas rurales sea rentable, lo que ralentiza enormemente la construcción de redes en estas áreas. Este artículo intenta analizar la construcción de Internet de banda ancha en zonas rurales en términos de arquitectura de red y adquisición de energía.
Índice del Contenido
1. Principales desafíos en la construcción de Internet de banda ancha rural
1.1 Falta de suministro de energía
Fuente: Banco Mundial
Las grandes ciudades del mundo suelen estar cubiertas por 4G/5G e Internet por cable. La banda ancha rural se utiliza generalmente en aldeas remotas, pueblos pequeños, etc. Sin embargo, paradójicamente, estas zonas suelen no tener cobertura eléctrica. Esta contradicción es más evidente en las zonas rurales de África. Por tanto, el primer reto para la cobertura de la banda ancha rural es cómo obtener electricidad.
1.2 La densidad de población es demasiado baja en las zonas rurales
La banda ancha de Internet rural no está disponible en áreas con baja densidad de población. Por lo tanto, si se utiliza la cobertura tradicional de fibra óptica o estaciones marco 4G, la densidad de población limitará los ingresos y los costos. Como resultado, varios proveedores y operadores de servicios no están dispuestos a proporcionar dichos servicios de cobertura.
1.3 Altos costos de mantenimiento de la Internet de banda ancha rural
El costo de construir un sitio en una zona rural es relativamente alto porque tiene en cuenta el transporte de larga distancia, el tiempo que los ingenieros tardan en ir y venir, y el costo del mantenimiento y la depuración in situ posteriores. Por lo tanto, la forma de reducir el costo de toda la operación y el mantenimiento de la red se convierte en una consideración de diseño muy importante.
1.5 Desafíos ambientales
Como se muestra en la figura anterior, podemos ver que el entorno en el área rural es relativamente complejo y estos entornos traerán muchos problemas a toda la red de Internet de banda ancha rural, tales como:
- Zonas montañosas con frecuentes cambios climáticos
Debido a que estas áreas se encuentran en zonas montañosas, la zona cambia con frecuencia. A veces llueve y luego hace sol. Estas condiciones climáticas que cambian con frecuencia pueden provocar fácilmente una corrosión más grave en las carcasas de los sistemas de equipos de red que en climas normales.
- Zonas cercanas al mar
La humedad del aire en las zonas cercanas al mar es muy alta y el aire también tiene una alta salinidad, lo que acelerará la corrosión de los equipos de red.
- Zonas de baja temperatura
Hay algunas áreas con temperaturas extremadamente bajas en invierno. Cuando la temperatura es inferior a -10 ℃, afectará en gran medida el funcionamiento de la batería. Como mencionamos antes, estas áreas a menudo no tienen redes eléctricas y necesitan depender de sistemas solares para funcionar. Por lo tanto, cómo mantener la batería funcionando correctamente a bajas temperaturas en invierno es crucial para todo el sistema de red.
- Zonas de alta humedad
Existen muchas zonas con alta humedad durante todo el año y que enfrentan los mismos problemas que las zonas costeras.
Esta serie de desafíos ambientales generará costos adicionales de operación y mantenimiento a la red de Internet de banda ancha rural.
2. La esencia de cómo hacer rentable la banda ancha de Internet en zonas rurales
El mayor problema en la construcción de Internet de banda ancha rural es la contradicción entre ingresos y costos. Los desafíos que mencionamos en el primer capítulo conducen a costos de construcción y operación relativamente altos en áreas rurales. Sin embargo, la contradicción es que los ingresos y el ARPU en estas áreas remotas son relativamente bajos. Por lo tanto, necesitamos diseñar toda la arquitectura de la red y controlar el OPEX del sitio para lograr la rentabilidad de Internet de banda ancha rural.
3. Internet de banda ancha rural basado en arquitectura de red de celdas pequeñas 4G
3.1 Células pequeñas 4G para Internet de banda ancha rural
La figura anterior muestra una arquitectura típica de red de celdas pequeñas 4G para implementar la cobertura de Internet de banda ancha rural. Se puede observar que las celdas pequeñas 4G servirán como núcleo de la cobertura de la última milla.
ISP y Oficina Central
La oficina central es el nodo central de toda la red y proporciona la salida a Internet. En algunas zonas desarrolladas, se puede optar por alquilar un ISP como salida de red, pero, de hecho, esto es muy difícil en las zonas rurales de los países en desarrollo. Starlink puede ser una buena solución, ya que es una solución rápida y económica.
Oficina central al nodo de distribución
No hay fibra óptica entre la oficina central y el nodo de distribución, por lo que generalmente se utilizan microondas y P2P/P2MP inalámbrico.
Nodo de acceso
El nodo de acceso se implementará en un área como un pueblo o ciudad, y se utilizará una celda pequeña 4G para brindar cobertura.
Usuario final
Los usuarios finales tienen diferentes formas de organización. Por ejemplo, las aldeas muy pequeñas pueden proporcionar CPE 4G en cada aldea para brindar cobertura de red. En el caso de las ciudades, los tipos de usuarios serán más diversos. Por ejemplo, para el gobierno, las empresas y diversas instalaciones, se puede utilizar CPE 4G para proporcionar conexiones a Internet rurales, mientras que para las casas y los usuarios individuales, se puede considerar el uso de varios terminales inteligentes, como teléfonos y tabletas.
3.2 Ventajas de las Small Cells 4G
En comparación con las estaciones base macro 4G generales o las redes de fibra, los beneficios de las celdas pequeñas 4G para la cobertura de última milla son obvios:
Instalación más fácil
La small cell 4G es muy fácil de instalar y no requiere una gran torre. Se puede instalar de formas sencillas como postes y paredes. No requiere mucha obra civil como la cobertura de fibra óptica, lo que reduce en gran medida la dificultad y el costo de instalación.
Baja inversión de CAPEX
Las celdas pequeñas 4G están diseñadas para Internet de banda ancha rural con capacidad limitada, lo que reduce el CAPEX. Generalmente, el costo de inversión de un sector oscila entre 4000 y 8000 USD.
Bajo costo de operación y mantenimiento
El costo de mantenimiento de los sitios de células pequeñas 4G es mucho menor que el de las estaciones base macro 4G.
Las prioridades mencionadas anteriormente permiten construir Internet de banda ancha rural utilizando pequeñas celdas 4G y lograr rentabilidad.
3.3 Energía solar o UPS para celdas pequeñas 4G
El nodo de acceso es el lugar más complicado para obtener energía. Generalmente se enfrenta a dos posibilidades:
(1) Aunque la energía está disponible pero es inestable
La inestabilidad de la red eléctrica se manifiesta de dos formas: la primera es que, aunque la red eléctrica esté disponible, se queda sin suministro con frecuencia, pero los cortes no son prolongados. La segunda es que solo hay suministro eléctrico durante unas horas al día, y en el resto del tiempo no hay suministro eléctrico. Ambas formas requieren el diseño de sistemas UPS y baterías diferentes para adaptarse al escenario, pero sin configurarlos de forma demasiado lujosa para ahorrar CAPEX.
(2) No hay red eléctrica disponible
En las zonas rurales, donde no hay red eléctrica disponible, lo que es una situación más común, es necesario diseñar adecuadamente el sistema de energía solar para que coincida con la potencia de las células pequeñas 4G. Hay muchos factores restrictivos que considerar, como la situación de seguridad local, si la batería será robada y si los paneles solares demasiado grandes pueden causar daños en el sitio debido a los fuertes vientos.
Sin embargo, esto es solo una teoría. En la práctica, existen muchos desafíos porque el sitio está ubicado en una zona rural:
(1) El transporte de equipos es difícil porque el sitio es remoto.
Imagine que, ya sea un sitio de UPS o un sitio de energía solar, el equipo no es pequeño según la solución tradicional. Debido a que el sitio está alejado, se debe considerar el costo de transporte del equipo hasta el sitio.
(2) Dificultades de instalación e integración causadas por sitios remotos
Las conexiones a Internet rurales son difíciles de instalar e integrar porque se encuentran en zonas remotas. Si la instalación en el sitio es demasiado complicada, los ingenieros tendrán que pasar demasiado tiempo en el área local. Además, el tiempo y el costo del traslado harán que el costo total de la instalación sea demasiado alto.
(3) Mantenimiento diario
Como mencionamos en el artículo anterior, las condiciones ambientales en las áreas rurales son relativamente complejas. Por ejemplo, algunas áreas de alta humedad en las montañas o áreas con cambios climáticos frecuentes, o algunas áreas costeras provocarán óxido y otros problemas en los equipos. Esto aumenta la probabilidad de que los ingenieros acudan al lugar para realizar tareas de mantenimiento, lo que aumenta en gran medida el costo de mantenimiento de toda la red.
Todo lo anterior es contrario a los principios que describimos en Capítulo 2. La esencia de cómo hacer rentable la banda ancha de Internet en zonas rurales
Por lo tanto, construir un nodo de acceso 4G Small Cell en términos de potencia no es tan sencillo como se imagina.
3.4 Solución todo en uno de Edgeware para escenarios de UPS basados en celdas pequeñas 4G
Edgeware puede proporcionar a los clientes un sistema UPS todo en uno para celdas pequeñas 4G. Podemos ayudar a los clientes a calcular el tamaño del sistema UPS y la batería necesarios según el escenario y realizar configuraciones específicas. Al mismo tiempo, también se integra el conmutador de fibra o el conmutador PoE. El sistema de monitoreo y administración integrado ayuda a los clientes a administrar el sitio de forma remota, lo que reduce los costos operativos de toda la red. Al mismo tiempo, nuestro sistema es una carcasa de aluminio de nivel IP65, que está completamente adaptada al entorno complejo del área rural y no requiere mantenimiento.
La serie Edge Span U1000 tiene una alta integración general y protección contra la entrada de agua de nivel IP65. Todo el sistema está construido con una carcasa de aluminio fundido y no requiere mantenimiento. Se puede personalizar según el escenario del cliente, consulte el siguiente enlace:
3.5 Edgeware: solución todo en uno para pequeñas células 4G basadas en energía solar
La escala del sitio solar en el escenario de células pequeñas 4G no es muy pequeña, porque la potencia de un sector de células pequeñas 4G suele rondar los 400-600 W. Por lo tanto, el sitio solar será un gabinete de telecomunicaciones relativamente grande. Si desea construir un sitio de este tipo en una zona rural, su complejidad es relativamente alta. Edgeware puede ayudarlo a diseñar y brindar una solución integral, eliminando así los problemas complejos de integración del diseño de la instalación.
Gabinete de telecomunicaciones
4. Construcción de Internet de banda ancha rural basada en P2P/P2MP inalámbrico y WIFI
4.1 Arquitectura de red de Internet de banda ancha rural basada en P2P/P2MP inalámbrico y WIFI
El uso de redes inalámbricas P2P/P2MP y WIFI para proporcionar Internet de banda ancha en zonas rurales también es una opción relativamente eficaz. Esta solución es más adecuada para pueblos y ciudades con una densidad de población especialmente baja, ya que tiene menores costos de construcción y es más sencilla de operar y mantener.
ISP y Oficina Central
En este escenario suele ser más difícil encontrar un ISP adecuado para prestar el servicio, Starlink es un proveedor de Internet más accesible.
Oficina central al nodo de distribución
No hay fibra óptica entre la oficina central y el nodo de distribución, por lo que generalmente se utilizan microondas y P2P/P2MP inalámbrico.
Nodo intermedio
Debido a la limitación de distancia de la tecnología inalámbrica P2P/P2MP, hay muchos casos en los que pueden necesitarse estaciones de retransmisión para ampliar la distancia de transmisión.
Nodo de acceso
Los clientes objetivo de esta arquitectura de red suelen ser pueblos con baja densidad de población. En este escenario, el nodo de acceso normalmente solo necesita una conexión back-to-back entre el punto de acceso WIFI y el dispositivo P2P inalámbrico.
Usuario final
Los clientes finales utilizan su propio teléfono inteligente, tableta o computadora para conectarse a Internet a través de WIFI.
4.2 Ventajas de las conexiones inalámbricas P2P/P2MP y WIFI
La solución inalámbrica P2P/P2MP y WIFI tiene los siguientes beneficios:
Fácil instalación en el sitio
La construcción del sitio es relativamente sencilla y el equipo generalmente es liviano y fácil de transportar a áreas remotas.
Baja inversión de CAPEX
En comparación con las soluciones de células pequeñas 4G o las soluciones de fibra tradicionales, el costo es mucho menor.
Bajo costo de operación y mantenimiento
El equipo de la estación de acceso de usuario es barato y permite localizar fácilmente los problemas, lo que puede ser realizado por ingenieros principiantes comunes. También es sencillo reemplazar las piezas de repuesto. El costo general de operación y mantenimiento se reduce considerablemente.
4.3 Energía solar o UPS para P2P/P2MP inalámbrico y WIFI
En el caso de la solución inalámbrica P2P/P2MP más WIFI, la presión de construir una solución energética es mucho menor que la de las celdas pequeñas 4G. Esto se debe a que ni los puntos de acceso WIFI ni los equipos inalámbricos P2P/P2MP son dispositivos de alto consumo energético. Analicemos los requisitos energéticos en esta arquitectura de red.
Podemos ver que el consumo de energía de los dispositivos P2P/P2MP inalámbricos típicos no suele ser alto. Por ejemplo, la antena P60P de 2 GHz de Mikrotik que aparece en la imagen anterior tiene un consumo de energía de solo 5 W y se alimenta mediante POE/POE+. Otros dispositivos P2P/P2MP inalámbricos son similares y, por lo general, tienen las siguientes características:
El consumo de energía varía entre 5 y 50 W.
Desarrollado con POE/POE+/POE++
El punto de acceso WIFI para exteriores de la red Cambium se muestra en la imagen. Podemos observar que su consumo típico es de 20 W y su método de suministro de energía es POE (802.3af). En términos generales, los puntos de acceso WIFI para exteriores tienen las siguientes características:
El consumo de energía varía entre 5 y 50 W.
Desarrollado con POE/POE+/POE++
Las conexiones a Internet rurales basadas en tecnologías inalámbricas P2P/P2MP y WIFI tienen los mismos problemas que las Small Cells 4G:
(1) El transporte de equipos es difícil porque el sitio es remoto.
(2) Dificultades de instalación e integración causadas por sitios remotos
(3) Mantenimiento diario
Creemos que el dispositivo que proporciona energía para las conexiones inalámbricas P2P y WIFI debe ser un dispositivo todo en uno, altamente integrado, que no requiera integración en el sitio. Lo mejor es que sea liviano y fácil de instalar, integrando la red y la energía. La imagen de arriba es un modelo simplificado.
4.4 Solución integrada de Edgeware para escenarios de P2P/P2MP inalámbricos y WIFI basados en UPS
La serie Edge Span U60 de Edgeware es un sistema todo en uno diseñado específicamente para escenarios inalámbricos P2P/P2MP y WIFI en exteriores basados en alimentación UPS. Está especialmente optimizado para la implementación de Internet de banda ancha rural y tiene las siguientes características:
Basado en las características de las zonas rurales que son difíciles de transportar e instalar, el diseño altamente integrado hace que todo el sistema sea pequeño y liviano.
No es necesaria una interconexión de sistemas complejos, toda la máquina está estandarizada cuando sale de la fábrica y está disponible plug and play en el sitio, lo que evita una instalación y puesta en marcha complejas en el sitio.
Todo el sistema está protegido según IP65, la carcasa de aluminio fundido de toda la máquina es completamente a prueba de óxido y toda la máquina no requiere ningún mantenimiento debido a la disipación natural del calor.
El sistema tiene un módulo Switch POE Layer2 incorporado que admite los estándares POE/POE+POE++, lo que lo hace totalmente compatible con varios dispositivos P2P/P2MP inalámbricos para exteriores y puntos de acceso WIFI para exteriores.
Basándose en estas características, Edge Span U60 puede gestionar fácilmente escenarios de Internet de banda ancha rural. Para obtener más información, consulte el siguiente enlace:
4.5 Solución integrada de Edgeware para P2P/P2MP inalámbrico y WIFI basada en energía solar
La serie Edge Span S60 de Edgeware es un sistema todo en uno diseñado específicamente para escenarios inalámbricos P2P/P2MP y WIFI al aire libre basados en energía solar. Tiene todas las características de la serie Edge Span y todo el sistema se basa en un controlador solar MPPT de alta eficiencia.
Basándose en estas características, Edge Span U60 puede gestionar fácilmente escenarios de Internet de banda ancha rural. Para obtener más información, consulte el siguiente enlace:
5. Resumen
En general, no es imposible que la banda ancha rural sea rentable. La clave está en cómo reducir los costos de operación y mantenimiento mediante el diseño de la arquitectura de la red de modo que se pueda lograr la rentabilidad incluso con bajos ingresos y ARPU bajos, logrando así una mayor cobertura y beneficiando a los residentes rurales comunes.
