¿Cómo construir conexiones a Internet rurales, como conexiones de banda ancha en aldeas y conexiones urbanas rurales?
Prefacio
El desequilibrio del desarrollo económico mundial ha provocado que muchas zonas rurales y ciudades no tengan cobertura de Internet, y la cobertura de la red en estas zonas es el factor principal para resolver el desequilibrio entre regiones. Sin embargo, existen muchas limitaciones en la cobertura de la red en las zonas rurales. Por ejemplo, no hay suministro eléctrico, el alto coste de la cobertura, la baja densidad de población, la falta de recursos de fibra, etc. Este artículo analiza y resume principalmente cómo construir conexiones de Internet rurales para proporcionar conexión de banda ancha a las aldeas y conexión urbana rural desde los aspectos del suministro eléctrico, la cobertura de la red y el relé, y los terminales de red.
Índice del Contenido
1. Principales desafíos en la creación de conexiones a Internet en zonas rurales
1.1 Sin fuente de alimentación
Fuente: Banco Mundial
Desde un punto de vista macroestadístico, la cobertura de llamadas a nivel mundial es muy desigual y la tasa de cobertura eléctrica es muy baja en algunos países de África y Asia. Incluso en áreas con alta cobertura eléctrica, como la región de América Latina, la tasa de cobertura eléctrica es en realidad muy baja en algunas áreas rurales y montañosas. En los países en desarrollo de todo el mundo, incluso en áreas con alta cobertura eléctrica, el suministro eléctrico sigue siendo inestable y los cortes de energía largos o cortos son muy frecuentes.
Sin embargo, la contradicción es que las áreas de despliegue de las conexiones rurales a Internet, como la conexión de banda ancha en las aldeas y la conexión rural-urbana, se superponen con estas áreas con baja cobertura eléctrica o suministro eléctrico inestable. Por lo tanto, la primera condición para resolver la conectividad rural a Internet es cómo resolver el problema del suministro eléctrico.
1.2 La densidad de población en el área de cobertura es demasiado baja
Existen razones intrínsecas por las que las zonas rurales no cuentan con servicios generales de Internet. Como estas zonas suelen tener una densidad de población demasiado baja y el ARPU (ingreso medio por unidad) de cada usuario es demasiado bajo, si el poder administrativo del gobierno no se utiliza para proporcionar cobertura de red con operadores privados de telecomunicaciones generales, no se garantizará el equilibrio entre los ingresos y los gastos de los operadores de telecomunicaciones, lo que da como resultado que estas zonas no tengan Internet. Sin embargo, considerando la equidad de que toda la población de un país reciba información y educación, el gobierno de un país tiene que considerar la cobertura de red de estas zonas. Esto se ha convertido en otro gran desafío en la construcción de conexiones rurales a Internet.
1.3 No hay servicios de ISP como Fiber Resource
Otro gran desafío para brindar cobertura de red en áreas rurales es que esas áreas a menudo no cuentan con servicios de ISP ni fibra. En este momento, es difícil construir una red de retorno. Obviamente, no es realista construir nueva fibra para esta área en términos de costo y tiempo de construcción. En este momento, es necesario elegir el método de retorno de red correcto según el escenario.
1.4 Altos costos de mantenimiento de la red
Dado que las conexiones a Internet rurales suelen estar instaladas en zonas remotas, el coste del mantenimiento rutinario y la depuración es relativamente alto cuando se producen problemas en la red. Es necesario enviar ingenieros al lugar, y el tiempo y el coste del viaje son mucho mayores que los de las redes dentro de la ciudad.
1.5 Desafíos ambientales complejos
Las zonas rurales y urbanas pueden enfrentarse a una variedad de entornos. Teniendo en cuenta que estas zonas son relativamente remotas, si la red se ve afectada por estos entornos, los ingenieros de mantenimiento tendrán que visitar el lugar con frecuencia para realizar tareas de mantenimiento, lo que hace que todo el proyecto sea extremadamente problemático y el coste de mantenimiento elevado. Las siguientes situaciones encontradas en la experiencia del proyecto Edgeware merecen especial atención:
- 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.
En resumen, el complejo entorno de las zonas rurales tiene un gran impacto en el sistema de red debido a la larga distancia y el alto costo de mantenimiento de las estaciones.
1.6 ARPU en áreas rurales demasiado bajo
El mayor problema a la hora de proporcionar servicios de conexión a Internet en zonas rurales a pueblos y ciudades de zonas remotas es que la densidad de población en esas zonas no es lo suficientemente alta. Si se utilizan operadores de telecomunicaciones generales para proporcionar servicios de cobertura, el ARPU es demasiado bajo para recuperar el coste. Esta es la principal razón por la que muchas zonas remotas de muchos países no tienen cobertura de red. Algunos métodos tradicionales tienen el defecto de un gasto de capital excesivo:
- Cobertura de fibra
La cobertura de fibra óptica es el método de cobertura menos realista, ya que requiere una gran inversión para desplegar la fibra desde los puntos de acceso de fibra en las principales ciudades hasta las localidades remotas. Estas inversiones incluyen costos de infraestructura, costos de fibra y otros gastos. Sin embargo, la baja densidad de población en las áreas remotas significa que sus ingresos no pueden cubrir los gastos.
- Nodo B Macro 4G
La cobertura de la estación base del nodo B macro 4G también es indeseable porque la implementación del nodo B macro 4G implica el diseño de la red de retorno, la construcción de la torre de la estación base, el mantenimiento diario y otros gastos, y el costo de inversión es demasiado alto.
- GPON
La cobertura GPON es esencialmente la misma que la cobertura de fibra, y también existe el problema de que los ingresos no cubren los gastos.
Por lo tanto, la construcción de conexiones de banda ancha entre aldeas y zonas urbanas rurales requiere una arquitectura de red más simple y de menor costo para adaptarse a las características del área rural.
2. La esencia de cómo hacer rentables las conexiones en áreas rurales
La comparación en la figura anterior en realidad refleja la esencia de la mala cobertura del área rural, es decir, la baja densidad de población conduce a un ARPU bajo, y la solución de telecomunicaciones correspondiente se construye en forma de cobertura urbana, y su CAPEX y OPEX son demasiado altos, lo que resulta en que toda la red no sea rentable.
Por lo tanto, la esencia de la rentabilidad de las conexiones de áreas rurales es en realidad utilizar la cobertura de baja capacidad para reducir el OPEX y el CAPEX de la construcción de la red, de modo que la rentabilidad se pueda lograr incluso en escenarios de ARPU bajo.
3. Arquitectura de red de celdas pequeñas 4G para conexiones a Internet en zonas rurales
3.1 Células pequeñas 4G para conexiones a Internet en zonas rurales
El diagrama de topología anterior utiliza una célula pequeña 4G como el principal medio técnico para proporcionar conexiones a Internet rurales. Lo explicaremos en varias partes:
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 el nodo B del marco 4G general, las ventajas de la celda pequeña 4G son las siguientes:
Instalación fácil y conveniente
Las small cells 4G no requieren torres muy altas y son muy fáciles de instalar. Considerando los inconvenientes y el alto costo de diversas obras civiles en áreas rurales, la facilidad de instalación es una gran ventaja.
Baja inversión de CAPEX
Las celdas pequeñas 4G están diseñadas para conexiones de banda ancha en pueblos y zonas rurales con capacidad limitada, lo que reduce el gasto de capital. Por lo general, el costo de inversión de un sector varía entre 4000 y 8000 USD.
Bajo costo de operación y mantenimiento
Las celdas pequeñas 4G no necesitan realizar una gran cantidad de trabajos de mantenimiento regular como las estaciones base grandes, lo que permite ahorrar gastos operativos diarios.
Estas ventajas combinadas son especialmente adecuadas para el bajo ARPU de las conexiones a Internet rurales, lo que hace posible operar dichas conexiones de forma rentable.
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 se puede obtener energía, es inestable.
En muchos casos, la red eléctrica en las zonas rurales es inestable y a menudo se queda sin suministro eléctrico. En algunas zonas de África, a veces solo hay suministro eléctrico durante unas pocas horas al día y el resto del tiempo la red eléctrica está fuera de servicio. En esos casos, es necesario configurar correctamente un SAI de batería para todo el sistema de celdas pequeñas.
(2) No hay cobertura de red eléctrica en absoluto
En la mayoría de los casos, es necesario configurar un sistema de energía solar para el nodo de acceso. En este caso, es necesario calcular correctamente el consumo de energía de todo el sistema y los recursos de energía solar en el área de implementación.
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 que las conexiones en áreas rurales sean rentables.
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 integrada de Edgeware para escenarios de UPS basados en celdas pequeñas 4G
Edgeware es un experto en el diseño de soluciones de energía para cobertura de celdas pequeñas 4G. La serie Edge Span basada en Edgeware puede construir un sistema integrado de superficie a sitio, altamente integrado y de bajo mantenimiento, que no requiere mantenimiento. Esto simplifica enormemente la instalación en el sitio. Hace que la construcción de conexiones de Internet rurales ya no sea difícil, ya sea una conexión de banda ancha en aldeas o una conexión urbana rural.
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 Solución integrada de Edgeware 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 conexiones rurales a Internet basadas en redes inalámbricas P2P/P2MP y WIFI
4.1 Arquitectura de red de conexiones a Internet rurales basadas en redes inalámbricas P2P/P2MP y WIFI
La figura anterior muestra una arquitectura de red que utiliza P2P/P2MP inalámbrico y WIFI para implementar una conexión a Internet rural. Este método proporcionará conexión de banda ancha a las aldeas y conexión urbana rural a un costo menor que la de las celdas pequeñas 4G, pero su capacidad de red también será menor que la de las celdas pequeñas 4G. Este método de construcción es más adecuado para aldeas remotas en África y América Latina. En estas áreas, cada aldea tiene una población pequeña y una aldea solo necesita unos pocos puntos de acceso WIFI para cubrir el uso de la red de todos.
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 a Internet rurales basadas en redes inalámbricas P2P/P2MP y WIFI
El uso de P2P/P2MP inalámbricos y WIFI para construir conexiones a Internet rurales tiene las siguientes ventajas obvias:
Instalación sencilla en el sitio
La configuración del sitio es muy sencilla. Ya sea un sitio de retransmisión o un nodo de acceso, solo hay 2 o 3 dispositivos interconectados y no hay ninguna configuración complicada.
Baja inversión de CAPEX
El coste de inversión es mucho menor que el de las células pequeñas 4G.
Bajo costo de operación y mantenimiento
La depuración es fácil, el equipo es sencillo de operar y no se requieren ingenieros profesionales para realizar el mantenimiento diario.
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 conexiones a Internet rurales 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 tanto conexiones de banda ancha en pueblos como en entornos urbanos rurales. 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 tanto conexiones de banda ancha en pueblos como en entornos urbanos rurales. Para obtener más información, consulte el siguiente enlace:
5. Resumen
En resumen, la creación de conexiones rurales a Internet, ya sea de banda ancha para pueblos o de conexiones rurales a zonas urbanas, debe prestar especial atención a los gastos operativos y de capital. En particular, es necesario reducir los gastos operativos de la propia tecnología para garantizar que la creación de conexiones rurales a Internet sea un proyecto rentable, de modo que la cobertura de las zonas rurales se convierta en un negocio de ciclo positivo, que no solo genere beneficios para la empresa, sino que, lo que es más importante, beneficie a la gente común de las zonas rurales.
