Oportunidades de negócios com small cell

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O crescente uso das redes móveis para acesso a aplicativos e conteúdo localizados nos data centers força as operadoras móveis (MNOs) a expandirem continuamente suas redes, o que cria uma oportunidade considerável para aprimorar a tecnologia de backhaul atual. As MNOs que não estiverem bem preparadas para enfrentar esses desafios e alterações de infraestrutura correrão o risco de perder negócios para seus concorrentes. O artigo mostra que a tecnologia de small cells pode ajudar nesse sentido.

Ciena

Data: 11/04/2017

Edição: RTI Fevereiro 2017 - Ano XVII - N^o 201

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Como as redes sem fio cada vez mais se localizam entre os usuários finais de aplicativos e o conteúdo associado, elas se tornam um fator dominante que dita, em última instância, a qualidade da experiência (QoE) geral. Isso significa que as redes móveis, bem como as de backhaul que conectam os usuários finais aos data centers, precisam ser rápidas, confiáveis e econômicas. O tráfego oriundo das macrotorres até as centrais de comutação de telefonia móvel (MTSO) é cada vez mais transportado por redes ópticas baseadas em Ethernet, onde os aumentos de largura de banda são facilmente atendidos pela atualização da 1GbE para a 10GbE e taxas futuras ainda mais altas. Contudo, aumentar a largura de banda disponível no lado da interface aérea, via antenas e rádios, é mais difícil do que ampliar a largura de banda da rede óptica de backhaul.

Os fornecedores de tecnologia sem fio estão aumentando o limite de Shannon e, portanto, tendo dificuldade em extrair mais bits por hertz, de forma econômica, por meio dos dispositivos sem fio disponíveis. Isso indica a necessidade de um novo método de acesso sem fio à infraestrutura de rede global. Como mostra a tabela I, há um aumento gradual das velocidades de acesso sem fio de acordo com a evolução dos padrões de comunicação por celular. Porém, as velocidades teóricas de upload e download são raramente obtidas e, na maioria dos casos, são bem mais baixas devido a vários fatores, incluindo as grandes distâncias entre os dispositivos móveis e as macrotorres de celular, obstruções da linha de visão, uso interno, interferência de sinal de transmissão e limitações de desempenho do dispositivo móvel. Um método para obter velocidades sem fio mais rápidas é aproximar os usuários finais e seus dispositivos dos rádios da rede móvel de modo a proporcionar um desempenho de acesso muito melhor.

Um método viável é conhecido como small cells (células pequenas), embora as implicações comerciais associadas não sejam nada pequenas. Uma small cell aproxima os rádios dos usuários finais fisicamente para melhorar a cobertura e a capacidade e é considerada uma opção viável de tecnologia de acesso sem fio, permitindo que as MNOs retenham os clientes antigos e ainda atraiam novos. As MNOs do mundo inteiro estão submetidas a intensa concorrência relacionada à retenção e à conquista de novos cliente, em que os vencedores ampliam, com boa relação custo-benefício e confiança, a cobertura e a capacidade disponível, a fim de criarem um diferencial baseado em uma QoE geral melhor. Isso é percebido cada vez mais como uma vantagem pelos usuários finais.

Células, células e mais células

Como normalmente ocorre com as tecnologias emergentes, as small cells têm diferentes significados para diferentes pessoas. Existem significados distintos para o que está classificado como femtocélulas, picocélulas, microcélulas e células Wi-Fi e pequenas. Geralmente, considera-se que a expressão “células pequenas” abrange alguns ou todos os termos anteriores. A tabela II oferece uma visão resumida desses termos para ajudar a estabelecer a referência para as chamadas small cells, discutidas neste artigo.

A adequação da rede móvel de células pequenas

Há dois tipos de implantação de small cells nas arquiteturas de rede móvel existentes. As células pequenas podem ser realojadas nas macrocélulas existentes, como indica a figura 1, com o tráfego agregado de células pequenas e macrocélulas transferido por backhaul para a MTSO. Isso resulta em maiores requisitos de capacidade nos links de backhaul que alimentam atualmente a macrocélula, principalmente, à medida que mais e mais células pequenas são implantadas. Essa arquitetura de rede provavelmente será o método mais popular de distribuição de células pequenas, pois resulta em links de backhaul de células pequenas menores. Com isso, as MNOs precisam enfrentar menos negociações imediatas, que normalmente são demoradas e muito dispendiosas de fechar.

Alternativamente, as small cells podem ser hospedadas diretamente na MTSO, como mostra a figura 2, o que resulta em links de backhaul de distâncias maiores. Isso gera negociações imediatas mais difíceis e dispendiosas, especialmente se forem empregados links duplos e protegidos de backhaul de células pequenas. A vantagem dessa arquitetura é que a implantação de células pequenas não afeta os requisitos de capacidade dos links de backhaul das macrocélulas existentes. Muito provavelmente, uma combinação dessas duas arquiteturas de rede de backhaul de células pequenas será implantada de acordo com requisitos de rede específicos, restrições de implantação (internas ou externas) e disponibilidade de fibra óptica.

É importante notar que, independentemente da arquitetura de rede de backhaul de small cells implantada, ambas resultam em maior capacidade para os usuários finais devido a melhor cobertura geral da rede móvel e à proximidade com as células pequenas. Isso significa que mais tráfego de rede pode ser gerado nos locais da MTSO e pelas redes metropolitanas até os data centers, onde os aplicativos e os conteúdos estão sendo acessados. Essas demandas maiores sobre as redes metropolitanas atuais continuarão estimulando a adoção do 100G.

Benefícios das small cells

As MNOs podem obter inúmeros benefícios com a implantação de small cells. Da perspectiva da cobertura, elas podem oferecer maior extensão do serviço às áreas rurais almejadas, locais internos e núcleos de concreto em áreas da cidade. Existe também menor necessidade de implantar mais macrotorres de celular, que são demoradas e dispendiosas de implantar e operar e, normalmente, acarretam problemas relacionados a perspectivas econômicas, ambientais, regulamentares e de tempo de lançamento no mercado. A implantação de células pequenas é muito mais fácil e mais rápida, se comparada à das macrocélulas e, normalmente, não tem os efeitos colaterais associados à implantação das macrocélulas. Como as células pequenas serão instaladas em vários ambientes físicos, como pilares, postes, fios, laterais de edifícios ou dentro do próprio edifício para aplicações internas, o equipamento de small cell precisa ter opções de montagem mecânica altamente flexíveis para oferecer implantações em campo simples, rápidas, confiáveis e econômicas em grande escala.

As células pequenas ampliarão a cobertura do serviço se os rádios ficarem fisicamente mais próximos a dispositivos móveis cada vez mais avançados, o que aumenta consideravelmente a capacidade para os usuários finais, sejam humanos ou máquinas. As células pequenas também aliviarão o congestionamento das macrocélulas, distribuindo capacidade sem fio, principalmente à medida que as demandas de largura de banda do usuário final continuarem aumentando. Isso prolonga o tempo de vida útil das macrocélulas implantadas e minimiza a necessidade de implantar outras macrotorres mais próximas aos usuários finais apenas para aumentar a cobertura e a capacidade. As small cells melhoram o tempo de lançamento no mercado (TTM) de novos serviços e reduzem o custo por bit. A capacidade maior pode ser usada como um diferencial importante dos serviços e o principal estímulo de novos e inovadores serviços de largura de banda.

As redes confiáveis de backhaul de small cells baseadas em pacotes, aliadas a maior cobertura e capacidade associada disponíveis aos usuários finais, resultam em uma melhor QoE, aumentando a satisfação do cliente e a possibilidade de oferecer serviços novos e diferenciados para fluxos de receita inovadores. Uma QoE aprimorada facilita a retenção de clientes e pode atrair usuários de concorrentes, cujas redes de outra geração estão começando a mostrar sinais de obsolescência. Cada vez mais, os usuários finais têm acessado seus aplicativos e conteúdo hospedados em data centers distantes, indicando que as demandas impostas à infraestrutura de rede móvel não se abaterão por muitos anos, se isso vier a acontecer. Com a proliferação das implantações de células pequenas, os usuários finais perceberão o benefício altamente cobiçado de uma bateria mais durável, resultante das distâncias menores de transmissores e receptores do dispositivo móvel inteligente para mais células pequenas.

Efeitos colaterais das small cells

Grande parte do tráfego das small cells ficará alojado nas macrocélulas existentes e, depois, será agregado ao próprio tráfego de backhaul da macrocélula. Isso quer dizer que a rede de backhaul da macrocélula até a MTSO deve ser atualizada para evitar gargalos que afetem o desempenho da rede ponta a ponta e, por fim, a experiência geral do usuário final. Ainda que o tráfego real das células pequenas talvez não chegue a 1 Gbit/s por um longo tempo, devido ao número limitado de usuários com suporte por célula pequena e ao atual desempenho de smartphones LTE de 4G, os links de small cells com macrocélulas se dará por meio de interfaces físicas econômicas de 1GbE prontas para crescer. Isso significa que a rede de backhaul da macrocélula até a MTSO deve ser atualizada de 1 para 10GbE para garantir que haja capacidade agregada suficiente disponível em toda a rede de backhaul.

Demarcação da rede de backhaul móvel de distribuidores

A maioria das MNOs adquire largura de banda de rede de backhaul de terceiros ou de distribuidores interno, indicando que é preciso haver um ponto de demarcação nítido entre as redes móveis e as do distribuidor para que os rigorosos SLAs sejam sempre observados (figura 3). Para garantir os rigorosos SLAs inicialmente e ao longo do tempo, um conjunto abrangente de ferramentas de operações, administração e manutenção (OAM) de pacotes é necessário para monitoramento do tráfego baseado em padrões (perda de pacote, rendimento, atraso e flutuação de fase [jitter]) que passa entre as redes móveis e de distribuidores demarcadas. Portais de SLA na web permitem que as MNOs monitorem os serviços de rede de backhaul adquiridos de distribuidores para não terem nenhum problema. Os distribuidores utilizam recursos avançados de OAM de pacotes e oferecem portais de SLA na Internet a seus clientes como serviços importantes que os diferenciam no mercado hipercompetitivo dos serviços de rede de backhaul.

Oportunidades de novos negócios

Além dos benefícios de maior retenção e atração de clientes oferecidos pelas small cells em relação a melhor capacidade, cobertura e QoE geral, há vantagens relacionadas a novas oportunidades de negócios. Maior capacidade proporciona novos serviços de transmissão de vídeos de alta definição aos usuários finais, criando novas oportunidades de geração de receita talvez impossíveis em redes móveis com restrição de capacidade em certos mercados e localidades. Os aplicativos de rede social baseados em multimídia, alguns ainda nem desenvolvidos, só continuará a estimular as demandas por rede móvel. Esse quadro será intensificado por novos smartphones compatíveis com processadores mais poderosos e mais pixels em telas maiores, que juntos criam a explosão perfeita de crescimento de largura de banda das redes móveis.

Cobertura e capacidade aprimoradas possibilitam o surgimento de novos serviços em resposta à onda de tráfego que em breve será desencadeada nas redes móveis e estão relacionadas à IoT, que deve expandir em centenas de bilhões de dispositivos geradores de tráfego implantados em apenas alguns anos. As aplicações e os serviços associados oferecidos pela IoT – Internet das coisas se referem a cidades inteligentes, campos de petróleo inteligentes, veículos conectados, estacionamentos inteligentes, melhoria de congestionamento de tráfego, iluminação inteligente, monitoramento do clima, redes elétricas inteligentes e muito mais que ainda não foi previsto. A verdade é que, devido à conveniência e à natureza das próprias aplicações de IoT, a conectividade sem fio por redes móveis aumentará as demandas de tráfego sem fio que tanto atraem os planejadores e os arquitetos de redes móveis.

Depois que o tráfego das redes sociais e da IoT for transmitido via rede sem fio e alcançar as small cells, ele entrará e sairá dos data centers por redes fixas. Isso quer dizer que a capacidade de tráfego das redes de backhaul das small cells para as macrocélulas e para a MTSO precisa ser atualizada. Como as tecnologias de rede 4G são inerentemente baseadas em pacotes, as redes de backhaul de pacotes via redes ópticas agilizam a movimentação do tráfego de entrada e saída dos data centers, onde está localizada grande parte do conteúdo transmitido. Sendo assim, ao implantar small cells, as MNOs devem incorporar atualizações de backhaul que lidam com maior capacidade sem fio para que a rede de backhaul não fique congestionada, prejudicando a QoE.

Necessidade de implementação confiável e rápida

Além da melhor cobertura, capacidade e QoE geral associada, uma das principais vantagens das small cells é um TTM muito mais rápido do que a implantação de mais macrocélulas e das torres que elas demandam. Entretanto, para melhorar ainda mais a cobertura, muito mais células pequenas, até 20:1, devem ser implantadas como macrocélulas. Isso significa que elas precisam ser projetadas para implantações rápidas, confiáveis, simples e de baixo custo, junto com soluções de problemas sólidas, por meio das ferramentas OAM baseadas em padrões. As ferramentas OAM avançadas permitem que as MNOs e os distribuidores de serviços de backhaul móveis identifiquem, remota e rapidamente, os problemas existentes em suas redes de backhaul, de forma proativa ou reativa, para solucioná-los e manter uma QoE diferenciada. Sem essas ferramentas, as operadoras precisam implantar técnicos de campo para solucionar os problemas, com frequência exigindo equipamentos especiais para acesso às células pequenas montadas em locais perigosos e de difícil acesso, como o alto de um poste em dia de tempo ruim. Os recursos de solução de problemas remota, aliados às portas Wi-Fi de gerenciamento seguras e criptografadas, facilitam ainda mais a implantação e a manutenção contínua de small cells de uma maneira muito econômica.

Das perspectivas de Capex e Opex, a simplicidade e a viabilidade da conectividade baseada em Ethernet são os principais motivos de esse protocolo estar rapidamente se tornando o preferido em todas as partes do mundo. E a rede de backhaul móvel não é exceção. Ethernet é um protocolo bem conhecido que oferece um conjunto avançado de ferramentas OAM de pacote e garante que os serviços de backhaul atendam ou superem os rigorosos SLAs que as MNOs esperam dos serviços de rede de backhaul E1 baseada em TDM tradicionais. Os requisitos publicados pelo Metro Ethernet Forum), junto com a certificação Carrier Ethernet 2.0, transformam as redes Ethernet-over-optical na tecnologia preferencial para os serviços de backhaul móvel.

Cobertura para acesso sem fio em toda a web

O aparecimento das arquiteturas de TI na Internet desafiou as arquiteturas tradicionais de hardware e software e permitiu que recursos e capacidades de processamento totalmente desconhecidos fossem hospedados nos data centers atuais. Isso facilitou o crescimento de alguns dos maiores provedores de conteúdo do mundo para que pudessem atender a bilhões de usuários finais de uma maneira flexível, confiável e com uma economia anteriormente inalcançável. Data centers na web significam que a introdução de novos serviços para mais usuários ficou mais ágil e mais fácil do que nunca. Como a largura de banda dinâmica e os softwares de fonte aberta entre os data centers conectam vários centros de dados fisicamente separados em um único ambiente praticamente ilimitado, sem paredes, a capacidade dos futuros data centers e dos serviços que eles fornecem é basicamente ilimitada. As small cells permitem que a rede móvel melhore tanto a cobertura quanto a capacidade, facilitando ainda mais as arquiteturas na web, pois o acesso sem fio a esses data centers que hospedam aplicativos e conteúdo se torna, cada vez mais, o método preferencial de acesso à rede.