- PVSM.RU - https://www.pvsm.ru -
Предлагаю рассмотреть, подумать над концептом домашней телекоммуникационной системы (Home Telecommunication System, HTS), а конкретнее, её инфраструктуры.
Зачем нужна? Чтобы пользоваться своими гаджетами, PC и прочими разнообразными электронными девайсами, хоть как-то использующими (или потенциально способны на это) информационные потоки, будь то передача данных во всех её ипостасях или разнообразные аналоговые аудио, видео,…
И как это сделать? Можно (и нужно!, но на коленках невозможно, хотя бы уже поэтому и концепт) собрать из всех уже существующих энтерпрайзных решений.
Пока звучат очень общие слова; чуть более подробная и конкретная мысль по древу потечёт далее.
Цель статьи: создать максимально понятное представление какая должна быть современная HTS; бросить зёрна :)
«Стек» HTS — классический:
1) физическая инфраструктура передачи данных, сore infrastructure.
2) интеллектуальное управление этой инфраструктурой, системными (и, возможно, пользовательскими) сервисами.
Это основные, базовые задачи. Остальное — будет расти уже над ними. Остальное — это существующие и будущие софт и девайсы, которые и будут делать, как мне представляется, основные фичи именно для пользователя и cash для производителей софта/девайсов. Вполне приемлема аналогия с компами: технически стандартизированный рынок, на базе которого взросло огромное количество (в т.ч. в $) софта и сопутствующего железа. Другими словами: компы — это HTS, софт на компах — это приложения в HTS и куча девайсов. Аналогию с компами привёл ещё и потому, что из неё хорошо видно, как HTS из очередной маниловщины можно превратить в вполне осязаемый продукт для производителей и потребителей (иногда буду вещать штампами).
HTS — это просто следующий виток способа организации работы с информацией вокруг человека в домашней среде. И следующий этап — работа единой сети HTS (Global HTS, GHTS).
По умолчанию речь идёт о пространстве внутри квартиры, дачи, частного дома (далее все типы называет «домом») и прилегающем пространстве. Всё рассматриваем именно для рынка домохозяйств, home user.
Сначала типичные пользовательские сценарии и их решение (неупорядоченно и несистемно, с пересечениями).
Задача: Передвигаться по своему дому с WiFi, Bluetooth-девайсами (в т.ч. располагать их стационарно), не задумываясь о местонахождении оборудования (точек доступа, AP), коллизиях с другим оборудованием, бытовыми приборами своими и соседей…
Решение: Сети WiFi и Bluetooth (BT) с контроллером и AP.
Задача: Смотреть, слушать и даже передавать медиаконтент с минимальными телодвижениями, почти не задумываясь куда какой очередной аудио-видео (АВ) кабель кинуть, как настроить трансляцию по сети и т.п.
Решение: (а вот тут кратко опять только общие слова) Внедрение (и доработка) выживших и перспективных стандартов, относящихся к передаче и воспроизведению мультимедиа на различных устройствах.
Банальный бытовой пример: воспроизведение аудиопотока со смартфона. Смартфон цепляется к наушникам по BT. Зашёл за угол, «неудачно» отвернулся — и всё. Как изменить ситуацию, ничего не меняя в пользовательских устройствах? В доме — сеть BT, а наушники и смартфон подсоединяются не к друг другу, а к сети BT; дальше очевидно.
Задача: Иметь максимально быструю и надёжную связь с внешним миром, не забивая голову, через что здесь и сейчас лучше — свой кабельный инет, 4G, вплоть до публичного WiFi, соседней сети (если там тоже HTS)…
Решение: Найти, проанализировать и оптимально использовать все имеющиеся ресурсы (=каналы связи) с внешним миром.
Задача: Общаться текстом, голосом, видео, не задумываясь (далее — см. п.3).
Решение: Поверх решения п.3
Задача: Надёжно хранить свои (и не свои) разнообразнейшие данные.
Решение: СХД, использующая все доступные внутренние и внешние ресурсы.
Задача: (авто)управление инженерными системами дома.
Решение: нужен «мозг» с подключением к этим инженерным системам.
[что ещё дома нами востребовано?]
Быстро пройдёмся по каждому пункту что имеем на сегодняшний день по каждой части.
Тут интересует железная реализация — вдруг велосипед уже есть; технологии передачи данных можно пока не обсуждать: имеем на борту WiFi, BT.
Свойства | Домашний маршрутизатор | + репитеры | Смарт-системы | Бюджетное из корпоративного (Small Medium Business) |
---|---|---|---|---|
Функционал | 1 AP | несколько AP (mesh, но не всегда): плохое использование Frequency Band, частотный диапазон, ниже скорость | скорее всего, нет автооптимизации сети | |
Сложность использования | почти plug'n'play | относительно несложная настройка | plug'n'play | требуется соотв-я квалификация |
Стоимость | $ | $$ | $$$ | $$$$ |
Под нашу задачу подходят только полноценные контроллеры WiFi, умеющие «правильно» взаимодействовать с клиентами, слушать и помехи, и чужие сети, далее на основании всех полученных данных на автопилоте оптимально распределять мощность, частоты и даже направленность излучения своих AP. Ближе всего — недешёвые системы из SMB-сегмента, у которых обрезан функционал. Насколько понимаю, сейчас нишу постепенно занимают смарт-системы (например [1]; и здесь уже не mesh).
По BT никаких сетевых решений не припомню. Если и есть, то уникальные, нестандартные, примерно как в статье [2] Tarson [3] и в комментах к ней.
В отличие от предыдущего пункта, тут — наоборот, интересуют не девайсы, а используемые стандарты и протоколы — то, что должна поддерживать инфраструктура.
Ну тут приличный набор и технологий, от условно стандартных/универсальных Miracast [4]), DLNA [5]) до вендорных/проприетарных AirPlay [6], Google Cast [7], WiDi [8] и (пока?) экзотических WHDI [9]. Смотря в призрачное будущее, если запустятся протоколы типа WiGig [10], то и мультимедийные стандарты будут кардинально меняться/создаваться.
Итого: имеем зоопарк без явного лидера.
Также интересуют именно протоколы/стандарты, по которым наш дом смотрит наружу (и снаружи смотрят в наш дом). Можно, при желании, заняться классификацией, например: проводные и беспроводные, цифровые и аналоговые и т.д. Пока достаточно перечислить.
1. Конечно же, медный Ethernet, который 10/100/1000Base-T. И даже 10G.
2. То же, но оптика. Тут помним про встроенные и SFP-интерфейсы. Последние не присутствуют в оборудовании для дома, но почему бы и нет.
3. Чуть захватываем зону ответственности оператора/провайдера — различные xPON [11], туда же и разные ответвления/развития типа GEPON.
4. Постепенно отмирающие xDSL [12]. Подозреваю, что во многих местах планеты технология живёт и здравствует, поэтому оставляем.
5. Мобильная (которая сотовая) связь. Поколения от 2G до 4G с прицелом на 5G (краткая табличка — внизу статьи [13]). Помимо самих стандартов, ещё помним про разбросы используемых частот по странам.
6. Спутниковая связь. В рамках нашей системы — как ещё один (Ethernet) канал.
7. Публичный WiFi. Видимые открытые WiFi-сети.
8. Цифровое телевещание [14], пять групп форматов ATSC, DMB, DTMB, DVB, ISDB. Забегая вперёд, сразу можно сказать — аналоговое вещание отметаем, слишком дорого по ресурсам обработки впихивать его в домашнюю систему.
9. Аналоговые телефонные линии (FXO).
Общение происходит через PSTN [15], на сегодняшний день включающей в себя от аналоговых линий до мобильных операторов, и пока не зарегламентированный государственными бюрократиями инет. Пользовательские терминалы, от железа к софту: аналоговые аппараты, мобильные телефоны, специализированные (видео, SIP, DECT и т.п.) терминалы, софт на девайсах.
На текущий момент у среднестатистической семьи получается приличное многообразие почти никак не связанных между собой аппаратных и софтовых клиентов, работающих практически по всем внутренним и внешним каналам связи. У каждого человека — целый набор устройств, и даже если откинуть все мало/редкоиспользуемые и оставить смартфон, то и на нём — зоопарк приложений.
Типичное: в смартфонах (фото), на компах (всё), для продвинутых — «облака». Особо продвинутые (доли %) умеют полу- и автоматом синхронизировать.
Не существует решений для рядового пользователя, позволяющего без углублений в айтишный мир качественно (надёжно, быстро, безопасно, на разных девайсов и т.п.) хранить и пользоваться своими данными.
По всем предыдущим задачам есть какое-то понимание, вполне понятные наборы и сочетания технологий, девайсов. Тут же, очередной раз натыкаясь на очередную статью про умный дом, обычно вырывается нечто вроде «будь прокляты оба ваши дома». Кто во что горазд, и что только не придумано по чёрт знает скольким странным (для дома) технологиям. Все решения из коробки сводятся примерно к лампочке/розетке, управляемых с телефончика (о да, умный дом!). Всё остальное выглядит монструозно, нетиражируемо, дорого.
Итак, что имеем. Требования пользователя плохо коррелируют с реальными реализациями. Комплексного решения не существует. Ситуация по каждому виду функционала примерно как в табличке про WiFi.
Как видится HTS.
Комплекс строится по принципам программно-определямых (SDx) систем под управлением ИИ (употребляю не моде в угоду, а токмо сути истинной ради). Принципиально то, что HTS должна больше работать не в традиционной парадигме (особенно ручками набиваемых) шаблонов, а в реальном времени самостоятельно динамично обеспечивать оптимальную телеком. среду в каждый момент времени.
HTS сочетает элементы и централизованной системы (есть ядро), и децентрализованной (компоненты обладают некоторой автономностью). В рамках GHTS, соответственно, есть общая логика взаимодействия внутри GHTS и есть режим полной автономии HTS.
Всё управление системой выполняется основным и обязательным компонентом MainBox; это ядро и
WLBox обеспечивает все возможные беспроводные интерфейсы.
MediaBox предназначен для подключения медийных устройств (ТВ, мониторы, компы) в HTS.
OutWLBox является вариантом WLBox для установки максимально близко к краям помещения, а для частных домохозяйств и за пределами дома. Помимо прочего, обеспечивает связь с мобильными операторами.
mWLBox — усечённый вариант WLBox для поддержки самых распространённых протоколов WiFi и BT. Чем больше их в доме, тем лучше.
Все интерфейсы между всеми компонентами HTS — 1/2.5/5/10G Ethernet, WiFi и HomePlug — работают как один канал связи. Каждый компонент HTS имеет на борту эти три комплекта интерфейсов.
Все внешние проводные коммуникации также через MainBox, беспроводные — в первую очередь, через OutWLBox.
Каждый беспроводной интерфейс каждого компонента работает внутри своей распределённой сети. Контроллеры сетей (которые в MainBox) знают друг о друге и используют это инфо (есть условный «суперконтроллер»). Получаем:
— оптимальное использование радиочастотного диапазона внутри HTS;
— отсутствие коллизий внутри каждой сети и между сетями HTS;
— сведение к минимуму проблем с другими (неуправляемыми HTS) источниками-помехами;
— индивидуальное отслеживание состояния каждого пользовательского устройства, предоставление ему максимальной пропускной способности канала;
— автоматические роуминг и handover;
— и ещё целый ряд специфичных и не очень возможностей.
Беспроводные сети требуют минимизации расстояний между компонентами из-за особенностей протоколов BT и WiFi. В частности, небольшие зоны максимально достижимой скорости передачи данных. Специально для этой цели — mWLBox. Чем больше AP, тем меньше их мощность на передачу, тем более сегментированный радиодиапазон.
В идеальном случае, когда в соседних квартирах также развёрнуты свои HTS и между ними есть связь (чем более высокоскоростная, тем лучше), все перечисленные фичи работают ещё более эффективно — все соседние HTS автоматически не только договариваются друг с другом об использовании радиодиапазона, но и пытаются создать единую сеть (с учётом некоторых ограничений, например, запрет или сильное ограничение использования внешних соединений соседнего HTS с лимитированным трафиком).
Общее для всех компонентов HTS:
— питание как от электросети, так и по PoE (кроме самого MainBox);
— интерфейсы для работы в сети HTS — 1/2.5/5/10G Ethernet, WiFi и HomePlug;
— имеют самые распространённые интерфейсы для работы с пользовательскими устройствами, такие как WiFi и BT;
— начинка (кроме MainBox) — связки SoC + FPGA;
— вся логика работы радиоинтерфейсов, от управления до радиомодулей — перепрограммируемая, что позволит без изменения железа и без участия пользователя устранять баги, выбирать региональные шаблоны, менять параметры при изменении региональных стандартов;
— режим сохранения максимальной работоспособности при потери ядра.
Включает в себя сервер, коммутатор, комплект беспроводных интерфейсов и ИБП.
На сервере крутиться весь набор софта — виртуалка(и)/ОС, контроллеры и т.п. Состав железа (процессор, память) будут понятны после конкретизации задач, понимания состава софта. Очень предварительно — десктопный процессор уровня Core i5/i7, Ryzen 5/7.
Коммутатор, как и во всех остальных компонентах, работает по принципу SDN. Смотрящие внутрь HTS-сети Ethernet-порты — не хуже PoE+ (30 Вт). В идеале — 60 Вт. Также через него все проводные подключения наружу к провайдерам услуг (Communications service provider, CSP).
ИБП обеспечивает весь комплекс электропитанием. Строится по идеологии онлайн-преобразования (возможно, что-то похожее на проработку R4ABI [17]).
Компонент, обеспечивающий сетевые соединения:
— внутри HTS;
— HTS с домашними девайсами;
— между HTS в рамках GHTS.
Комплект примерно такой:
— WiFi: 802.11ac [18] и 802.11n [19] с развитием до ax [20], ad [10] с развитием до ay [21], aj, af [22], ah [23];
— BT: BT 5 [24];
— IoT: Zigbee [25], Z-Wave [26], набор LPWAN [27];
— DECT;
— Ethernet: autosense 1/2.5/5/10G (PoE 802.3bt Type 4 — для MainBox точно; возможно, для компонентов, которые пользователь включит в электросеть). Для сети компонентов HTS и для подключения домашних устройств;
— HomePlug: HomePlug AV2 [28];
— Femtocell (или Picocell): под большим вопросом (надо копать).
Перечислена желаемая спецификация. Есть условность в разбитии по группам — например, часть WiFi-стандартов также используются для IoT. Все протоколы/стандарты — в максимальной реализации. Результатом должен быть компромисс, в первую очередь, между техническим функционалом, размерами, совместимостью. Должна быть спроектирована антенно-фидерная система, покрывающая все (или подавляющее большинство) реализации применяемых интерфейсов. Требуются серьёзные R&D.
Сильно усечённая версия WLBox с самыми распространёнными интерфейсами (WiFi, BT) для установки в условных «белых» пятнах. Чем больше установлено в доме, тем лучше.
Обеспечивает работу пользовательских устройств на границе дома, связь с внешними беспроводными сетями: сотовыми операторами, спутниковыми навигационными системами. Основные задачи:
— охват внутренних и ближайших внешних границ дома;
— связь с пользовательскими устройствами за пределами дома, выделение их из высокоскоростной внутридомовой сети;
— голосовая связь и передача данных по сетям сотовых операторов;
— геолокация по спутниковым навигационным системам;
— коннект с соседними HTS;
— коннект с соседними открытыми сетями WiFi (резервный канал при аварии основных).
Устанавливается на границе дома; варианты:
— квартира: у окна, на балконе/лоджии;
— частный дом: у окна, с внешней стороны стены.
Набор интерфейсов аналогичен WLBox с меньшим количеством портов Ethernet и USB, плюс сотовые операторы (3/4/5G), спутниковые глобальные и региональные навигационные системы (GPS, ГЛОНАСС, ...).
В дальнейшем для частных домов можно разработать отдельную версию OutWLBox для установки на крыше.
Компонент, обеспечивающий работу медийных устройств в HTS. Фактически состоит из двух частей: набор беспроводных интерфейсов и MediaCenter. Состав набора беспроводных интерфейсов подобен WLBox с возможными незначительными корректировками. Если в комнате установлен MediaBox, то WLBox в этой же комнате будет, скорее всего, избыточен.
Задачи MediaCenter:
— передача мультимедийного (аудио, видео) потока на устройства отображения/озвучки (мониторы, ТВ, проекторы, разнообразные аудиоусилители) по стандартным мультимедийным интерфейсам (HDMI, DVI, DisplayPort, Thunderbolt, аналог. аудио);
— работа по беспроводным стандартизованным и вендорным протоколам с поддерживающими их устройствами (см. п.2.2);
— получение мультимедийного потока по стандартным интерфейсам с пользовательских устройств.
Система весьма сложная и по железу, и особенно по софту. Софт, ест-но, надо сопровождать. И это всё надо продавать масштабно, и не в пределах одной страны.
Мне видится, что разработку такой системы могут потянуть только гиганты типа (в алфавитном, а не вероятностном порядке) Cisco, Google, HP, Huawei и подобные [в пару этих контор закидывал своё предложение (в другом виде, ест-но :) ) — полный игнор]. Почему — причину уже сказал: даже компоненты очень непростые для реализации, а уж что говорить про систему в комплексе. Для примера достаточно посмотреть, как долго и мучительно эти же компании строят только свои WiFi решения. Аналогично с сетевым мониторингом. А когда появилась концепция SDN, и где она пока сейчас? И так можно пройтись по многим ключевым вещам.
С другой стороны, есть целый ряд причин, по которым идея HTS внутри этих контор, скорее всего, не выстрелит.
Заманчива идея компании с нуля для реализации (как минимум, разработки) HTS. Помимо приличных финансовых вложений и грамотного (да, уже смешно, но дайте пофантазировать) менеджмента останется самое главное — продажи.
Как мне видится, HTS, особенно GHTS, реализующая «умную» телеком. инфраструктуру дома, имеет огромный обоюдовыгодный потенциал для всех участников системы (производителей/продавцов и пользователей).
Автор: Вадим Животовский
Источник [29]
Сайт-источник PVSM.RU: https://www.pvsm.ru
Путь до страницы источника: https://www.pvsm.ru/umny-j-dom/264555
Ссылки в тексте:
[1] например: https://lumahome.com/
[2] статье: https://geektimes.ru/post/288820/
[3] Tarson: https://geektimes.ru/users/tarson/
[4] Miracast: https://en.wikipedia.org/wiki/Miracast
[5] DLNA: https://en.wikipedia.org/wiki/Digital_Living_Network_Alliance
[6] AirPlay: https://en.wikipedia.org/wiki/AirPlay
[7] Google Cast: https://en.wikipedia.org/wiki/Google_Cast
[8] WiDi: https://en.wikipedia.org/wiki/WiDi
[9] WHDI: https://en.wikipedia.org/wiki/Wireless_Home_Digital_Interface
[10] WiGig: https://en.wikipedia.org/wiki/Wireless_Gigabit_Alliance
[11] xPON: https://en.wikipedia.org/wiki/Passive_optical_network
[12] xDSL: https://en.wikipedia.org/wiki/Digital_subscriber_line
[13] внизу статьи: https://en.wikipedia.org/wiki/Cellular_network
[14] Цифровое телевещание: https://en.wikipedia.org/wiki/Digital_television
[15] PSTN: https://en.wikipedia.org/wiki/Public_switched_telephone_network
[16] мозг: http://www.braintools.ru
[17] R4ABI: https://geektimes.ru/users/r4abi/
[18] 802.11ac: https://en.wikipedia.org/wiki/IEEE_802.11ac
[19] 802.11n: https://en.wikipedia.org/wiki/IEEE_802.11n-2009
[20] ax: https://en.wikipedia.org/wiki/IEEE_802.11ax
[21] ay: https://en.wikipedia.org/wiki/IEEE_802.11ay
[22] af: https://en.wikipedia.org/wiki/IEEE_802.11af
[23] ah: https://en.wikipedia.org/wiki/IEEE_802.11ah
[24] BT 5: https://en.wikipedia.org/wiki/Bluetooth
[25] Zigbee: https://en.wikipedia.org/wiki/Zigbee
[26] Z-Wave: https://en.wikipedia.org/wiki/Z-Wave
[27] LPWAN: https://en.wikipedia.org/wiki/LPWAN
[28] HomePlug AV2: https://en.wikipedia.org/wiki/HomePlug
[29] Источник: https://geektimes.ru/post/293495/
Нажмите здесь для печати.