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.
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; и здесь уже не mesh).
По BT никаких сетевых решений не припомню. Если и есть, то уникальные, нестандартные, примерно как в статье Tarson 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), DLNA) до вендорных/проприетарных AirPlay, Google Cast, WiDi и (пока?) экзотических WHDI. Смотря в призрачное будущее, если запустятся протоколы типа WiGig, 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, туда же и разные ответвления/развития типа GEPON.
4. Постепенно отмирающие xDSL. 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). 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, 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, 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 мозг системы. Остальные компоненты (обозначаются как xBox) опциональны, имеют свои специализации, содержат минимум интеллекта, но достаточного, например, для работы в текущем режиме при отваливании ядра.
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).
Компонент, обеспечивающий сетевые соединения:
— внутри HTS;
— HTS с домашними девайсами;
— между HTS в рамках GHTS.
Комплект примерно такой:
— WiFi: 802.11ac и 802.11n с развитием до ax, ad с развитием до ay, aj, af, ah;
— BT: BT 5;
— IoT: Zigbee, Z-Wave, набор LPWAN;
— 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;
— 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).
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).
1. Запросы пользователя
1.1. Свобода передвижения (мобильность)
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.
1.2. Свобода мультимедии
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.
1.3. Доступ во внешний мир (где инет, конечно, основной)
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.
1.4. Коммуникации людей
Задача: Общаться текстом, голосом, видео, не задумываясь (далее — см. п.3).
Решение: Поверх решения п.3
1.5. Хранение данных
Задача: Надёжно хранить свои (и не свои) разнообразнейшие данные.
Решение: СХД, использующая все доступные внутренние и внешние ресурсы.
1.6. Умный дом
Задача: (авто)управление инженерными системами дома.
Решение: нужен «мозг» с подключением к этим инженерным системам.
[что ещё дома нами востребовано?]
2. Реальность + небольшой взгляд на перспективу
Быстро пройдёмся по каждому пункту что имеем на сегодняшний день по каждой части.
2.1. Мобильность
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; и здесь уже не mesh).
По BT никаких сетевых решений не припомню. Если и есть, то уникальные, нестандартные, примерно как в статье Tarson и в комментах к ней.
2.2. Мультимедия
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), DLNA) до вендорных/проприетарных AirPlay, Google Cast, WiDi и (пока?) экзотических WHDI. Смотря в призрачное будущее, если запустятся протоколы типа WiGig, то и мультимедийные стандарты будут кардинально меняться/создаваться.
Итого: имеем зоопарк без явного лидера.
2.3. Коммуникации с внешним миром
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, туда же и разные ответвления/развития типа GEPON.
4. Постепенно отмирающие xDSL. 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). 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, 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).
2.4. Коммуникации людей
Общение происходит через PSTN, 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.
2.5. Хранение данных
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.
2.6. Умный дом
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.
3. Описание системы
Как видится HTS.
3.1. Схема-топология
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 мозг системы. Остальные компоненты (обозначаются как xBox) опциональны, имеют свои специализации, содержат минимум интеллекта, но достаточного, например, для работы в текущем режиме при отваливании ядра.
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).
3.2. Компоненты
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.
3.2.1. MainBox
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).
3.2.2. WLBox
Компонент, обеспечивающий сетевые соединения:
— внутри HTS;
— HTS с домашними девайсами;
— между HTS в рамках GHTS.
Комплект примерно такой:
— WiFi: 802.11ac и 802.11n с развитием до ax, ad с развитием до ay, aj, af, ah;
— BT: BT 5;
— IoT: Zigbee, Z-Wave, набор LPWAN;
— 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;
— 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.
3.2.3. mWLBox
Сильно усечённая версия WLBox с самыми распространёнными интерфейсами (WiFi, BT) для установки в условных «белых» пятнах. Чем больше установлено в доме, тем лучше.
3.2.4. OutWLBox
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.
3.2.5. MediaBox
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.
4. Общие размышления
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).
samoanman
Хоть и не совсем по теме. Вот у меня в пределах досягаемости 43 соседских wi-fi точек доступа. Поэтому использование wi-fi пришлось прекратить, перейти на старозаветную медь. Вот вам и «мобильность».
dmitriylyalyuev
Может стоило перейти на 5GHz?
А то телефон по меди подключать как-то геморройно.
vadimpl Автор
Вот и начинаются тут пляски пользователя с подбором оборудования. Но, согласен, на данный момент этот переход — единственный выход. Главное, чтоб в результате не оказалось, что соседи со всех сторон такие же умные )
vadimpl Автор
Именно по теме. Если соседние системы договариваются об использовании радиодиапазона, то проблема, ест-но, исчезнет. Но тут тоже варианты.
1. Используемый прямо сейчас; тот, что в лоб: система (=домашний рутер, и то далеко не все) автоматом пытается найти свободный канал. Малоэффективный способ, в современном доме уже почти не применимый.
2. Теоретически возможный, но практически невыполнимый: вводим новый какой-то технически хитрый стандарт, в соответствии с которым оборудование разных производителей сможет худо-бедно оптимизировать использование одних и тех же частот. Навскидку плохо представляю реализацию.
3. Тот, что в статье ))
У себя дома тоже максимально ограничиваю использование WiFi, в некоторых местах квартиры даже цепляю к планшету через OTG адаптер USB-Eth
MahMahoritos
Отчасти по этой причине изначально в квартире все стационарные устройства подключил именно медью, Wi-fi оставил исключительно для мобильных устройств, а именно — два смартфона и два ноутбука. Был весьма удивлен, когда меня спрашивали, накой ляд я тяну паутину из километра провода по всей квартире, «можно же рутер поставить и по Wi-fi подключаться»
samoanman
Изначально я был первым и единственным пользователем wi-fi если не в квартале, то в доме — точно. Это жизнь вносит свои коррективы. Потому и приходится время от времени пересматривать собственные взгляды на структуру сети.
ebragim
Есть долгий, но рабочий выход: беспроводные сети на этапе закладки дома. Единый маршрутизатор в техническом помещении, ap в каждой квартире сообразно размеру помещений. Пользователям: управление домашней подсетью (название сети/сетей и пароль, порты, доступность, родительский контроль итд), заодно туда же можно было бы свести и показания счётчиков, и документы ук, и голосования. Поставить в холое терминал для управления, доступ — по домофонному ключу (даже сейчас куча домофонов с rfid метками уже есть).
Даже подключение к новому провайдеру станет проще.
Второй плюс: покупая квартиру за 3-6 миллиона рублей, в стоимость можно включить дорогое умное оборудование, которое отдельно никто себе никогда не поставит.
vadimpl Автор
Я бы уточнил — не беспроводные, а вообще проводная сеть (которая в энтерпрайзе зовётся СКС). Это та базовая система, реализация которой абсолютно необходима во время стройки (обобщаю одним словом, без этапов). В этом случае её стоимость будет гораздо ниже и качечество выше, чем в последующем шарашки и/или сами хозяева смогут сделать в уже готовых квартирах. Не вижу серьёзных препятствий в реализации таких «домовых» СКС именно во время стройки.
Другое дело, что это лишь наши мечты. Ни один застройщик не будет страдать такой фигнёй добровольно или за своё счёт. Сделать на законодательном уровне? Обуревают огромнейшие сомнения в возможности движения в эту сторону. В общем, это достойно отдельной теме, в которой я, к сожалению, не сведущ.
Не согласен. Увидел чисто технарный подход :). «Единый» в реальной (а не технарной) жизни подразумевает монополию; дальше можно не продолжать. Ни в коем случае не должно быть преференций каким-либо структурам (коммерческим, муниципальным, гос. и т.д.). По факту — это, к сожалению, сплошь и рядом это с вытекающими.
Структура активным систем в домах должна быть, с.т.зр. квартиры, избыточной. Не должно быть единого коммутац. центра. Должно быть нормой подключение каждой единицы (=квартиры, частного дома) одновременно к нескольким независимым операторам телеком. услуг с одновременным использованием их ресурсов, услуг — современные железо/софт это вполне умеют делать. Только так и не иначе развиваются технические системы, сервисы; ни один провайдер пальцем не пошевелит, если в зад его не будут толкать подобные.
Как раз этого хочется всеми силами избежать. Не должен и не обязан пользователь заниматься настройкой и обслуживанием домашних систем (желающим — ради бога, но это частное правило).
Во-первых, описываемый концепт HTS слишком сложен для того, чтобы в нём кто-то копался. Но для разработчиков будет непростой задачей создать систему управления. Повторюсь, без ИИ не обойтись, т.к. все сценарии не предусмотреть, всех шаблонов не прописать. Поведение комплекса устройств в HTS гораздо сложнее, чем в «стандартном» энтерпрайзе.
Всё-таки так нереально. Невозможно придумать универсальный набор. Домашняя система должна строиться кубиками, в зависимости от желаний и возможностей пользователей.
Да, было бы здорово иметь в квартире готовую СКС, но не более. Следующим уровнем как раз вижу HTS — это кубиками набираемая телеком. структура. А вот дальше пользователь уже может устанавливать и умный дом, и накупать другие девайсы.