Napjainkban az energiahatékonyság nem csupán a környezeti terhelés csökkentéséről szól, hanem a mindennapokban megjelenő extrém magas energiaköltségek ésszerű kordában tartásáról.
Az energiaválság megtöbbszörözte a kiadásokat, ugyanakkor a telekommunikációs iparág továbbra is megkívánja az adatszolgáltatások fejlesztését és szolgáltatások bővítését. A feladat tehát nem egyszerű, úgy van szükség az energiafelhasználás csökkentésére, hogy közben bővítenünk kell a szolgáltatási szinteket.
Ez az ellentmondás azonban részben látszólagos, hiszen az iparág vezető szereplői által végzett folyamatos technológiai fejlesztések, rendkívüli mértékben csökkentették az egy szolgáltatási szegmensre eső (pl.: letöltési DS SCQAM) fajlagos energiafelhasználást.
Erre a rendkívüli műszaki technológiai fejlődésre szeretnénk konkrét példát bemutatni.
A példában szereplő eszközök mindegyike az általunk képviselt és forgalmazott CommScope (ARRIS) termékei, a termékek vonatkozó adatlapjai és példában szereplő adatai nyilvánosak.
És akkor lássuk a példát:
Az összeállításban a CMTS / CCAP egy letöltési DS SCQAM csatornájának fajlagos energiafelhasználását vettük alapul.
Amint az összeállításban látható, a technológia fejlődését követve a különböző platformok alkalmazásában, az elérhető adatok alapján számított névleges energiafogyasztást jelenítjük meg, így természetesen az is nyomon követhető, hogy az adott időszakban milyen SCQAM használat volt jellemző.
Mivel a hazai kábeltelevíziós iparág a mai napig alkalmaz felújított DOCSIS 3.0 CMTS berendezéseket, ezért az összehasonlításban ezen eszközök energiahatékonysága is szerepel.
Az ARRIS 2013-ban dobta piacra a jelenlegi I-CCAP első generációját, az E6000 CER CCAP berendezést, amely jelenleg a második generációnál és kibővített Hibrid, vagy E-CORE funkcióval is alkalmazható.
A fejlődésre jellemző, hogy jelenleg I-CCAP alkalmazásban egy keret 3072 SCQAM és 288x192 OFDM MHz letöltés / 1728 SCQAM és 288x96MHz COFDM feltöltés kapacitással rendelkezik (6 DCAM és 6 UCAM kártya esetén).
Amennyiben a DAA hálózati topológia felé megtesszük az első lépcsőt és az E6000 rendszert E-Core-ként használjuk, úgy ez a kapacitás letöltés irányban további 68%-kal, feltöltés irányban további 50%-kal bővíthető.
A fejlődés és hatékonyság növelés következő lépcsőfoka azonban már elérhető. A DAA hálózati alkalmazás DOCSIS alapú maximális kiterjesztése az RMD, másnéven R-MACPHY Device eszközökkel valósítható meg. Ezekkel a berendezésekkel még tovább növelhetjük a hálózatok hatékonyságát.
Az RMD Node gyakorlatilag egy teljes értékű I-CCAP 1DS -SG / 2US-SG önálló kültéri Node formátumban. Működése és kapacitása egyezik a legmagasabb E6000 rendszer szegmensekkel, ugyanakkor az R-PHY megvalósítással szemben nincs szükség központi MAC feldolgozásra és PTP időszinkronra.
Ezen adatok összehasonlításával látható, hogy milyen mértékben növekedett a kapacitás és ezzel együtt csökkent a fajlagos hely és energiafelhasználás.
Hogy ezt számszerűsítsük, nézzük az alábbi példákat:
C4 CMTS esetén teljes kiépítésben névleges teljes energiafelvétel esetén az alábbi adatokat kapjuk:
XDCAM kártya teljes energiafelvétele: 140W
SCQAM száma kártyánkként XD kártyákkal: 32* SCQAM
Rendszer és RCM használatának egy DCAM-ra eső értéke: 26W
Tehát egy SCQAM-ra eső energiafelvétel: 5,19W
Az első generációs E6000 esetében ez az alábbiak szerint alakul:
DCAM1 kártya teljes energiafelvétele: 325W
SCQAM száma kártyánkként: 192** SCQAM / 40% terhelés
Rendszer és RSM használatának egy DCAM-ra eső értéke: 70W
Tehát egy SCQAM-ra eső energiafelvétel: 0,82W
A második generációs E6000 esetében ez az alábbiak szerint alakul:
DCAM2 kártya teljes energiafelvétele: 540W
SCQAM száma kártyánkként: 384** SCQAM / 1/6 terhelés
Rendszer és RSM2 használatának egy DCAM2-ra eső értéke: 111W
Tehát egy SCQAM-ra eső energiafelvétel: 0,28W
Az eddigi egyszerű és egyenesen levezethető fajlagos energiahasználat a DAA hálózatok bevezetésével megváltozik.
Abban az esetben ugyanis, amikor a központi CCAP fejállomást E-Core rendszerre váltjuk, nem csak a kapacitást növeljük jelentősen, de megosztjuk a rendszer energia és helyhasználatát a központ és regionális fejállomások között.
Az E6000 E-Core és R-PHY Shelf-ek esetében a számítás az alábbiak szerint alakul:
DCCM kártya teljes energiafelvétele: 135W
SCQAM száma kártyánkként: 648** SCQAM / 1/6-od terhelés
Rendszer és RSM2 használatának egy DCAM2-ra eső értéke: 80W
vagyis Core oldalon 0,06W / SCQAM,
klíma energiamegtakarítással kompenzálva: 0,04W
HD-RPHY Shelf energiafelvétele: 400W 8 RPD esetén, vagyis 0,18W / SCQAM
Tehát egy SCQAM-ra eső teljes energiafelvétel: 0,22W
Amint láthatjuk a komplex E-Core + R-PHY rendszerek esetében már nincs extrém fajlagos energiamegtakarítás, ugyanakkor a központ fejállomáson levő E-Core esetében az energiafelhasználás fajlagosan a hetedére csökken. Emellett a Core modulok és R-PHY eszközök optimálisra hangolt működésével az összegzett energiafelvétel is mérhetően kedvezőbb a legmodernebb I-CCAP rendszerhez viszonyítva.
RMD NODE
A CommScope DC2180 kompakt RMD Node esetében ez az alábbiak szerint alakul:
Teljes energiafelvétel RD2312 RxD modullal: 100W
SCQAM száma szimmetrikus felépítéssel: 24*** SCQAM / Node 1/6 terhelés
Energiahasználat cca.: a teljes rendszer cca.: 51%-ának egyhatoda
Tehát egy SCQAM-ra eső energiafelvétel: 0,35W
Bár a közvetlen fajlagos energiafelvétel magasabb, mint a 2. generációs CCAP moduláris berendezésé, vizsgáljuk meg mélyebben a hatékonyságot.
Mivel az RMD Node mindenképp egy AM optikai Node helyére kerül, így annak teljesítményfelvételével (cca.: 30W) kompenzálva:
az SCQAM-ra eső energiafelvétel: 0,25W
Amennyiben kihasználjuk az RMD képességeit és a video tartalmat digitálisan juttatjuk el a Node-ig, úgy egy ilyen hálózatban nincs szükség többé AM optikai rendszerekre, vagyis AM optikai adókra és visszirány vevőkre.
Kompenzálva az egy RMD Node-ra eső energiatakarékosságot, egy Node esetében 12W fejállomási optika által felvett teljesítménnyel számolva:
az SCQAM-ra eső energiafelvétel: 0,21W
Emellett, ha a hálózatban RMD Node-okat alkalmazunk és nem üzemeltetünk központi CMTS / CCAP fejállomást, úgy a fejállomás területén szintén jelentős energiafelhasználás csökkenést érhetünk el. Példaként egy E6000 Gen1 CMTS cserével (pl.:32x24 SCQAM használata) cca.: 0,5kW klíma energiafelhasználás csökkenés érhető el, ami további fajlagos hatékonysággal jár, vagyis azonos SCQAM alkalmazás mellett ezek alapján az SCQAM-ra eső energiafelvétel: 0,15W
D3.0 CMTS-hez képest 32 (Node)x24SCQAM esetén 3,87kW
Első generációs E6000 esetén azonos felépítéssel 0,55kW
Második generációs E6000 esetén azonos felépítéssel 0,10kW
E-Core és R-PHY rendszerek alkalmazásával 0,05kW
Tehát az RMD Node rendszerek alkalmazása esetén nem csak az előző generációs (DOCSIS 3.0) CMTS-ek alkalmazásához képest tudunk jelentős energiamegtérülést számítani, de még a legmodernebb CCAP fejállomással szemben is kedvezőbb az energiahatékonysága. Ugyanakkor az látható, hogy csupán energiahatékonysági megfontolásból a modernebb I/E-CCAP rendszerek átépítése nem indokolt.
Nyilvánvaló, hogy az energiamegtakarítás közvetlen költségmegtakarítást is eredményez, ahogy az alábbi diagrammon szemléltetjük.
Az összehasonlításban bemutatott rendszerek esetében adatok alapján láthatjuk, hogy a szolgáltatott adatmennyiség (csak a letöltést számítva) több mint hússzorosára nőtt, azonos energiafelhasználással (2xC4 teljes kapacitással 14*32 arányban E6000 Gen2 I-CCAP 6*16*96 rendszerrel), emellett a fajlagos energiahasználat akár harmincnegyed részre csökkenhet.
A fenti összeállítás azonban kizárólag az energiahatékonyságot vette figyelembe, célszerű azonban megvizsgálni a jelenlegi és közeljövőben várható adatszolgáltatási elvárásokat is.
Gigabit szolgáltatások
A (már kizárólag használt piaci elérésű) DOCSIS 3.0 CMTS-ek a jelenlegi piaci versenyben már elégtelenek a korszerű szolgáltatások üzemeltetéséhez, hiszen hiába rendelkezünk akár 32 SCQAM (Channel Bonding) összekapcsolt letöltési csatornával, ez csak a nagyszámú előfizetői modemek terhelés elosztását segíti, Gigabit szintű szolgáltatásra alkalmatlan. A visszirány esetében hatványozottan jelentkezik a probléma. Emellett a nagy sávszélességű 300Mbps+ letöltési szolgáltatások kiadása kiterjedt hálózatokon rendkívül magas energiafelhasználással jár (lásd a fenti összeállítást).
A (használtpiaci elérésű), vagy hivatalos VRF első generációs CCAP rendszerek részben hatékonyan kiszolgálják ugyan a jelen elvárásokat, azonban kizárólag letöltés irányban versenyképesek és ott is legfeljebb névleges 1Gbps szolgáltatás indításra alkalmasak, mivel csak korlátozott 3.1 letöltési sávszélesség indítható (maximum 144MHz), a GEN1 US kártyák esetében pedig egyáltalán nem indítható D3.1 alapú szolgáltatás. Mindez összehasonlítva a GEN2 rendszerrel a DS kártyák esetében több mint ötszörös kapacitás különbséget jelent. Az US kártyák esetében pedig hétszeres kapacitás arányt jelent, tehát jelenleg a GEN1 CCAP rendszerekre történő átállás már most is szolgáltatási zsákutcába vezet, és bár a rendszer frissíthető GEN2 formátumra, az gyakorlatilag a teljes rendszer cseréjét jelenti (ez alól kivételt jelentenek a GEN1,5 verziók, ahol „csak” a DCAM és RSM modulok cseréje, illetve a rendszerkeret upgrade-je szükséges a GEN2 verzióra lépéshez). További jelentős különbség az R-PHY rendszerek alkalmazhatóságának megléte, mely kizárólag a GEN2 rendszerek esetében lehetséges.
Tehát bármely irányba is fejlesztjük a szolgáltatási hálózatot, a GEN1 E6000 rendszer csak rövid távú megoldásnak alkalmas, ráadásul jelentős hely és energiaigénnyel.
Természetesen nem minden a rendkívüli kapacitás, főképp, mivel kevés olyan nagysűrűségű előfizetői környezet van, ahol az E6000 GEN2 által nyújtott centralizált kapacitást valóságosan is ki lehet használni. Ezen kisebb előfizetői koncentrációjú hálózatokban ideális a DAA hálózati topológia építése.
A DOCSIS rendszerek evolúciójában a jelenleg elérhető GEN2 I-CCAP, Hibrid-CCAP és E-Core CCAP + R-PHY rendszerek, valamint a legújabb RMD Node mindegyike egyaránt alkalmas mindkét irányban DOCSIS 3.1 szabványú szolgáltatás üzemeltetésére. Mindez azt jelenti, hogy letöltés irányban multi Gigabit, feltöltés irányban Gigabit szintű szolgáltatásra képesek.
A gyakorlatban jelenleg rendelhető portonkénti (Service Group) letöltési kapacitás 24 SCQAM, és akár 3x192MHz OFDM (arányokban változtatható), vagyis több, mint 5Gbps, feltöltés irányban 12 SCQAM és akár 2x96 SCQAM, vagyis több mint 1Gbps.
Mivel az SCQAM alkalmazások biztosítják a kompatibilitást a régebbi kábelmodemekkel és HGW-kel, így a szolgáltatás migráció, előfizető frusztráció nélkül végrehajtható.
A jelen DAA rendszer megoldásokban (mind R-PHY Shelf, mind RMD Node) az 1DS/2US SG összeállítás az irányadó, így pl.: egy 2Gbps+ DS és két 1Gbps+ US kapacitás használata mellett gyakorlatilag szimmetrikus szolgáltatás építhető fel.
Mivel a legújabb RMD Node és RPD modulok javasolt maximális előfizetőszám szegmense 250HP, így elmondható, hogy a GPON rendszerek szolgáltatásával egyenrangú, vagy akár jelentősen magasabb (letöltési) sávszélesség szolgáltatás biztosítható, részben megtartva, vagy lépésenként cserélve az előfizetői eszközöket.
Konklúzió
Az iparági trendek és a fenti számítások alapján kijelenthető, hogy a DOCSIS rendszerek evolúciójának következő lépcsőfoka a DAA hálózat felépítésre létrehozott RMD Node, mely nem jelent kompromisszumot, ugyanakkor jelentősen növeli a hatékonyságot és egyszerűsíti a (CIN) hálózat felépítését. Mivel ez esetben az adott hálózati szegmens indító eleme maga a Node-ba épített CCAP, így nem okoz többé dilemmát a DVB videótartalom integrálása, mivel nincs PTP igény és (E)-Core rendszerről való leszakadási lehetőség.
Mindemellett a Commscope DC2180 olyan további előnyökkel rendelkezik, mint:
A CommScope folyamatosan fejleszti a DOCSIS alapú rendszereket így aktív szereplő az ESD (Extended Spectrum DOCSIS) 4.0, valamint az FDX (Full Duplex) DOCSIS 4.0 rendszerek fejlesztésében, építésében és alkalmazásában.
Ezen rendszerek esetében elmondhatjuk, hogy minden esetben a DAA hálózati megoldás jelenti az alapot, vagyis alapvetően az RMD eszközök alkalmazása.
Magyarázatok:
Az. összehasonlításokat a cégünk által képviselt Commscope (ARRIS) berendezésekkel végeztük, melyek világpiac vezető berendezések és a legmagasabb energiahatékonysággal rendelkeznek. Tehát más gyártók berendezései esetében is hasonló eredményre jutnánk, azzal a különbséggel, hogy jelenleg a Commscope az egyetlen gyártó a világpiacon, melynek portfoliójában a teljes DOCSIS ökoszisztéma rendelkezésre áll.
Az 1 SCQAM-ra eső energiafelvétel számításánál az adatlapokon (lásd melléklet) szereplő maximális teljesítményfelvétel, valamint az adott hardver maximális sávszélesség kapacitásának arányával kompenzált arányában adtuk meg. A számítás tartalmaz pontatlanságot, pl.: az arány számításoknál, illetve az SCQAM és OFDM, vagy VideoQAM 8MHzre vetített azonos energiafelhasználás feltételezésnél. Ezen pontatlanságok azonban lényegileg nem befolyásolják a megállapított értékeket.
Az R-PHY Shelf és RMD Node esetében a 0,51%-os szorzó a CCAP rendszerek esetében jellemző DCAM/UCAM teljesítményfelvételi arány alapján becsült érték.
Az egy Node-ra eső AM optikai fejállomás teljesítményfelvételének számítása a legmodernebb Teleste HDO duplex adó és quad visszirány vevő adatai alapján lettek meghatározva:
Keretenként 15W alap teljesítményfelvétel esetében, az egy modulra eső teljesítményfelvétel: 1,25W
Optikai adó esetén a legkisebb teljesítményűvel számítva
az egy Node-ra eső teljesítményfelvétel: 13W/2=6,5W+0,625W = 7,125W
Optikai vevő esetén az egy Node-ra eső teljesítményfelvétel
8,5/2= 4,25W+0,625W = 4,875W
Tehát egy 1D2U Node-ra eső teljesítményfelvétel: 12W
*C4 CMTS a legutolsó, legmagasabb kapacitású kártyákkal
**A számításokat 24SCQAM / port mellett végeztük, általánosan és OFDM mellett célszerűen alkalmazható, az energia-hatékonyságot a teljes kapacitás figyelembevételével számítottuk
***A számításokat 24SCQAM / port mellett végeztük, általánosan és OFDM mellett célszerűen alkalmazható, az energia-hatékonyságot a teljes kapacitás figyelembevételével számítottuk
Forrás adatok: Commscope.com / Teleste.com
Mellékletek:
https://www.commscope.com/globalassets/digizuite/61591-c4-cmts-rel-8-3.pdf
https://www.commscope.com/globalassets/digizuite/61479-xdcam-ts-21jun11.pdf
https://www.commscope.com/globalassets/digizuite/955833-e6000-cer-pa-116101-1-en.pdf
https://www.commscope.com/globalassets/digizuite/61845-e6000dcam-ts-08feb13.pdf
https://www.commscope.com/globalassets/digizuite/61836-e6000-cer-dcam2.pdf
https://www.commscope.com/globalassets/digizuite/918097-e6000-cer-dccm-data-sheet.pdf
https://www.commscope.com/globalassets/digizuite/697354-e6000r-hd-r-phy-shelf-datasheet.pdf
https://www.commscope.com/globalassets/digizuite/961281-rd2312.pdf
https://www.teleste.com/broadband-networks/products/headend-optics/downstream-transmitters-and-receivers/hdo922-transmitter/
https://www.teleste.com/broadband-networks/products/headend-optics/upstream-transmitters-and-receivers/hdo204-receiver-2/
https://www.teleste.com/broadband-networks/products/video-broadcast/luminato-video-headend/luminato-4x4-dense-modulator-with-video-engine/
https://hfctechnics.hu/termek/teleste/luminato-4x4-chassis