Technologické limity internetu?

V sobotu 23.března proběhl ve slánském kině již druhý ročník konference TEDxSlaný. Na akci vystoupil i Martin Kratochvíl a posluchačům přiblížil zajímavé aspekty internetu a telekomunikací. Rozhodli jsme se jej proto na toto téma trochu vyzpovídat. Záznam z přednášky na YouTube.

Přibližte nejdříve čtenářům, co to vlastně ta konference TEDxSlaný je?

Na akci vystoupí několik řečníků. Teď v sobotu jich bylo 6. Každý řečník má 20 minut aby svým tématem zaujal posluchače. Jako posluchač máte tak šanci za odpoledne vyslechnout několik zajímavých pohledů na svět či na konkrétní věc očima někoho jiného. Během přestávky či po akci máte možnost s řečníky při občerstvení diskutovat. Konferenci pořádá Miloslav Nič se svým týmem a mně se to moc líbilo. Je to lepší zažít než o tom číst. Určitě si nenechte ujít příští ročník, měl by se konat někdy v únoru 2020.

Mluvil jste o budoucnosti internetu, přibližte to naším čtenářům blíže.

Začnu řečnicky. Jak si představujete lepší internetové připojení? Větší pokrytí, rychlejší internet, lepší odezvy, žádné datové limity a nižší či nulová cena? To bych chtěl asi každý uživatel. A já zkusím položit otázku vám stejně jako jsem to ilustroval na konferenci. Když má malé slabé pokrytí co uděláte?

Zvednu výkon! Nebo ne?

Ano, když zvednete výkon tak si možná trochu pomůžete. Ale spíš ne :) A to ze dvou důvodů. Protože když zvedne výkon jeden, je lépe slyšet, nicméně překřičí ostatní a ti jsou pak nuceni také výkon zvedat. Nakonec budou všichni křičet a nikdo přitom nic neuslyší. Tudy cesta moc nevede. Lepší je držet výkon na nižší úrovni, podobně jako když všichni v místnosti mluví tlumeně. Druhým důvodem, proč to nepomůže, je způsob komunikace. Komunikace je obousměrná. A pokud zvednete výkon na jedné straně, tak protistrana má sice vyšší úroveň na příjmu. Nicméně komunikace z druhé strany probíhá stále stejně slabě. Bylo by třeba zvednout výkon i tam, a jsme opět u toho rušení. Pro snížení dopadů v naší síti jsme si vyvinuli systém řízení výkonu stanic.

Jak tedy zlepšovat pokrytí?

My to řešíme pokrýváním z bližších míst, abychom nemuseli tak zvedat výkon a pomocí úzkých sektorů. Pomocí úzce směrových antén si ještě navíc pomáháme rozdělit prostor na malé díly, abychom eliminovali ostatní signály z okolí.

Mluvil jste i odezvách pro hráče a měl jste pro ně špatné zprávy.

Ano, měl. Odezvy (ping) nebude možné donekonečna snižovat díky novějším a novějším zařízením. Rychlost přenosu je také omezená. Všichni víme, že rychlost světla se nedá překonat. Je extrémní. 300.000km/s. Málokdo si však uvědomí, že takto extrémní rychlost je pro telekomunikace limitem. Zkusím to přiblížit třeba pro komunikaci Praha – Sydney (v Austrálii). Chtěli byste ping 35ms pro hraní her? Zkusme si to spočítat. Sydney je přibližně 16.000km daleko. Pro cestu tam a zpátky musíme nejkratší cestou urazit 32.000km. To i tou nejvyšší možnou rychlostí, rychlostí světla, zabere překonání této vzdálenosti více jak desetinu sekundy, tedy víc jak 100ms.

Pro lepší ping se tedy musíte přestěhovat do bližšího místa nebo do jiného vesmíru, kde je rychlejší světlo. Eventuálně musíte nějak dokázat zkrátit vzdálenost mezi Prahou a Sydney. Třeba provrtáním skrz Zemi :-) Jinak to prostě nepůjde.

Ve skutečnosti je situace ještě těžší. Světlo se v optickém vlákně šíří rychlostí přibližně 200.000 km/s a optická vlákna nevedou přímou cestou, takže trasy jsou ještě delší. Tím opět narůstá odezva. A samozřejmě musíte počítat se zpožděním v každém aktivním prvku na trase, kdy se data zpracovávají, zesilují, směrují.

Jak tedy zvýšit rychlost připojení, nebo přesněji, jak se mohou rychlosti zvyšovat?

Stačí najít ovládací knoflík a otočit s ním více „volume doprava“ :-) Kéž by to takto fungovalo! Musím ujistit čtenáře, že takovéto knoflíky na řídícím panelu nejsou. To však neznamená, že se rychlost zvednout nedá.

Například u bezdrátových zařízení je rychlost daná dvěma faktory. Prvním je šířka pásma. Hodně zjednodušeně si to můžete představit jako silnici. Běžně se používá 20MHz šířka pásma – představte si to jako silnici se 2 pruhy, v každém pruhu pošlete třeba 10Mbps. Současná zařízení (802.11n), která se používají již i 5 let, umějí pracovat i v šířce pásma 40MHz. Jsou tedy schopna přenést až dvojnásobnou rychlost oproti stávajícímu stavu. Novější zařízení (802.11ac) pracují v šíři až 80Mhz. Tedy zase zdvojnásobení. Potíž je, že je potřeba aby na celé šíři pásma v daném čase nevysílal nikdo jiný, v opačném případě dojde k rušení a data neprojdou. A protože legislativa nám umožňuje pro přenos dat v 5Ghz použít jen 200Mhz „okno“, při šíři pásma 80Mhz by šly provozovat jen dva vysílače v daném místě. Takže šířkou pásma zvýšíte rychlost, ale musíte nějak zabránit rušení. Nebo musíte hledat jiné pásmo, kde je dostupná výrazně větší šířka. Například v pásmu 70-80Ghz je k dispozici 10.000Mhz pro přenos dat. Škoda jen, že zařízení stojí v řádu stotisíců.

A ten druhý faktor přenosu?

Lépe naskládat data do stejné šířky. Pokud naskládáme data pracněji a hustěji do stejné šířky pásma, přeneseme více dat. Říká se tomu modulace. Čím chcete použít vyšší modulaci a přenést více dat, tím musíte mít lepší odstup signálu od šumu a rušení. Modulace jsou označené jako 64QAM, 256QAM, 1024QAM nebo 2048QAM. Bohužel to není počet dat, ale počet stavů. Jsou to různé mocniny dvou a právě ta mocnina signalizuje kolikrát víc dat protlačím. Při 256QAM je to 2^8 tedy 8x více než při „primitivním“ přenosu.

Zařízení pracující dle 802.11n umějí modulaci do 64QAM. Novější 802.11ac zvládají 256QAM. Oproti starším mají přibližně o 25% větší kapacitu ve stejné šíři (2^6 = 64, 2^8 = 256).

V naší síti již vysílače s podporou 802.11ac používáme.

A jak to souvisí se síti 5.generace?

Tím, že používají šířku pásma 10 nebo 20Mhz. Maximální modulaci mají 256QAM. Výhodou oproti wifi je řízené vysílání. Tím odpadá rušení. Nicméně značnou nevýhodou je nízký počet vysílačů mobilních sítí. Na město velikosti Slaného jsou tři či čtyři mobilní vysílače, každý třeba se 3 nebo 4 anténami. My máme pro Slaný z více jak 15 míst celkově přes 200antén. Můžete si tedy snadno spočítat, kolikrát je naše kapacita větší než sítí 5.generace.

Je tedy možné na jedno zařízení díky synchronizaci a absenci rušení přenášet více dat. Jenže jedno měření nebo jedno zařízení neurčuje kapacitu sítě jako celku. Operátoři možná budou stavět mikrobuňky pro posílení některých lokalit, ale spíš půjdou cestou FUPu. Tedy datovým omezením uživatelů, aby se jim nepřetížila síť. Slibovanou maximální rychlost pak díky měsíčnímu FUPu můžete využít jednu minutu. A to se vám u nás nestane :)

Dotace na vysokorychlostní internet něco vyřeší?

Ne. Určitě ne ve Slaném a okolí. Umím si představit, že odlehlá místa díky ním získají rychlé připojení. Můžeme se bavit či zpochybňovat jestli má smysl taková odlehlá místa připojovat pomocí optiky či to řešit bezdrátově. I tak mám pochyby u účelnosti vynaložených prostředků. Nicméně ve Slaném a okolí je už v současné době nabídka providerů tak široká, že žádné dotace sem nepůjdou.

Však si to vezměte kolik možností máte ve Slaném. CETIN má předsunuté DSLAMy a připojuje pomocí metalického vedení. Na blízkou vzdálenost je rychlost slušná, řekněme 100 až 200Mbps, do cca 150 metrů délky vedení. Máme tu také někde UPC, které teď kupuje Vodafone. Staré koaxiální vedení bylo plánováno pro kabelovou televizi. Určitě je koaxiální kabel lepší než dvojlinka, jenže kapacita celé větve je kolem 1000 - 2000Mbps pro všechny v součtu na celé větvi. Pak je tu několik menších bezdrátových providerů. A nakonec jsme tu my. Kromě bezdrátu, kde máme nejhustší pokrytí, máme do objektů s více jak tisíci domácnosti natažená vlastní optická vlákna. Desítky pro každý dům! A kapacita jednoho optického vlákna se počítá ne ve stovkách ale v tisících Mbitech.

Takže pokud máte možnost kabelového připojení, zkuste naši optiku. Pokud nemůžete Váš dům připojit kabelem, mobilní připojení Vám pro velké připojení nepomůže, hledejte lokálního bezdrátového operátora.

V rámci domácnosti si pak samozřejmě můžete svou wifinou připojit notebook či telefon. Ať už máte připojení domu řešeno optikou, telefonní linkou nebo bezdrátově.