Die geheime Welt der Kommunikation über Mikrowellennetze (RRL)

Published on December 02, 2016

Die geheime Welt der Kommunikation über Mikrowellennetze (RRL)

Ursprünglicher Autor: Sebastian Anthony
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Zwischen London und Frankfurt erstreckte sich ein geheimnisvolles privates Kommunikationsnetz, das doppelt so schnell arbeitet wie das reguläre Internet. Die Verbindung wird durch eine Kette von Türmen mit Mikrowellen-Transceivern hergestellt (wir haben als Funkrelais oder RRL-Note bezeichnet. Trans.). Einmal war das Netzwerk völlig geheim: Es wurde von einer einzigen, sehr reichen Firma genutzt, und niemand wusste davon.

Ein paar Jahre später baute ein Konkurrent eine eigene Mikrowellenverbindung zwischen den beiden Städten auf. Und dann enthüllte das erste Unternehmen Informationen über seine Sparte, um im Geschäft keinen Vorteil zu verlieren. Ohne die Bemühungen eines Konkurrenten wäre dieses Geheimnis wahrscheinlich immer noch nicht gelüftet worden.

Ähnliche Geschichten geschahen auf der ganzen Welt. Da es sich jedoch um private Netzwerke handelt und diese häufig von Finanzgruppen genutzt werden, die versuchen, sich an der Börse einen Vorteil zu verschaffen und mehr als Milliarden zu verdienen, müssen Anstrengungen unternommen werden, um Informationen über solche Kommunikationsnetze zu finden.

Zum Beispiel im Jahr 2013, als die Hochfrequenz-Handelsblase (HFT) zu platzen begann, kamen Forscher aus Kalifornienstudierte eine große Stichprobe des Aktienhandels und stellte fest, dass die Netzwerklatenz zwischen Chicago und New York seit März 2011 um 2,5 ms stark gesunken ist. Zuvor war das beste Ergebnis 7,5 ms, sodass sich die Reduzierung auf 5 ms als signifikant herausstellte. Als nächstes verwendeten die Forscher die FCC und andere Aufzeichnungen, auf deren Grundlage sie zu dem Schluss kamen, dass ab 2013 (als die Studie durchgeführt wurde) zwischen den beiden Städten 15 (!) Mikrowellen-Kommunikationsnetze bestanden. Der deutliche Rückgang der Verspätung ist wahrscheinlich auf die Inbetriebnahme des neuen Netzes zurückzuführen.

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Eine Notiz einer Zeitung aus dem Jahr 1949 über das AT & T-Mikrowellennetz: „Nur 34 Sprünge“, die New York mit Chicago verbinden

Was ist mit britischem Wetter?


Mikrowellennetze sind an sich schon sehr lange bekannt. Im Jahr 1949 startete AT & T zwischen New York und Chicago (ungefähr 1.140 km in gerader Linie) eine Kommunikationsleitung mit 34 Weiterverbreitungssegmenten zwischen Kommunikationstürmen, die sich in Sichtweite befinden. In Großbritannien wurde von Mitte der 1950er bis in die 1980er Jahre ein nationales Kommunikations-Backbone-Netzwerk aus Mikrowellennetzen aufgebaut. Sie bediente alles von Fernsehen und Telefonen bis zu den Bedürfnissen des Militärs und des Geheimdienstes.

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Die Basis des britischen Mikrowellennetzes im Jahr 1956
Der Ausbau des Mikrowellennetzes war billiger als das Ziehen von Kabeln, und die Bandbreite war höher als die der damaligen kupferleitenden Technologien. Der Nachteil von Mikrowellen (normalerweise Frequenzen von 6 bis 30 GHz) ist jedoch die Notwendigkeit einer sehr genauen Positionierung der Antennen und einer klaren Sicht zwischen den Türmen. Darüber hinaus schwächen Regen, Wolken oder einfach trübe Luft das Mikrowellensignal - den sogenannten Regen-Fade-Effekt.

Sie können die Dämpfung teilweise kompensieren, indem Sie die Sendeleistung erhöhen, indem Sie größere Antennen mit einer hydrophoben Beschichtung installieren und fehlertolerante Protokolle implementieren, die die Funkfrequenzdämpfung verwenden, um die Kommunikationsstabilität bei schlechtem Wetter zu verbessern. Ebenfalls seit den 1980er Jahren wurde die Mikrowellenkommunikation durch Glasfaser als zusätzlichen Übertragungskanal ersetzt oder ergänzt.

Bisher hat die optische Faser die Mikrowelle in den Hauptkanälen praktisch abgelöst. Dennoch sind Mikrowellennetze bislang weit verbreitet, und die zugrunde liegenden Technologien werden aktiv entwickelt. Heutzutage wird die Mikrowelle hauptsächlich dazu verwendet, entfernte, schwer zugängliche Bereiche mit dem Internet zu verbinden sowie für spezielle Aufgaben wie die Betreuung privater Finanzinstitute. Noch vor wenigen Jahren lieferten fast alle Mobiltelefontürme in Europa den Mikrowellentransit. Jetzt wurden viele Abschnitte durch Glasfaser ersetzt, um die Belastung der LTE- und LTE Advanced-Basisstationen zu verringern.

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Karte einiger Mikrowellennetze in Südengland und Kontinentaleuropa. Netzwerke in der Region Cornwall werden verwendet, um Unterwasserkabel anzuschließen, die hier an die Oberfläche führen.

Wie lange werden sie dauern?


Angesichts der Tatsache, dass die Welt bereits dicht mit Hochgeschwindigkeits-Glasfaserkabeln bedeckt ist , stellt sich die logische Frage: Warum brauchen wir unsere eigenen Mikrowellennetze?

Der erste Grund liegt auf der Hand: Es ist einfacher, Sicherheit, Servicequalität, Bandbreite und andere Dinge zu gewährleisten, die für das Geschäft in Ihrem Netzwerk wichtig sind.

Der zweite bereits erwähnte Grund ist, dass Mikrowellennetze überraschenderweise eine geringere Verzögerung aufweisen als Glasfaserkanäle. Auf kurzen Strecken funktioniert die Glasfaser schnell, aber auf langen Strecken, zum Beispiel zwischen Überseebüros und der Börse, treten häufig Verzögerungen auf.

Leider sind lange Glasfasernetzwerke sehr teuer: Es ist notwendig, einen Graben mit einer Länge von Hunderten oder Tausenden von Kilometern auszuheben (oder für den Zugang zu Netzen zu zahlen, die bereits von anderen Unternehmen verlegt wurden). Sie müssen auch die Erleichterung berücksichtigen: Wie kann man Berge und Flüsse direkt überqueren (teurer) oder einen Haken machen und das Kabel durch die nächste Brücke oder den nächsten Tunnel ziehen? Daher liegen die meisten terrestrischen Glasfaserleitungen in der Nähe von Autobahnen und Eisenbahnen.

Jedes Mal, wenn Netzplaner bei der Routenplanung so wichtige Entscheidungen treffen müssen, steigt die Gesamtverzögerung geringfügig an. Insgesamt werden einige zusätzliche Millisekunden eingegeben. Infolgedessen gewinnen Mikrowellennetze an diesem Parameter.

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Landkarte und europäische Unterwasserlinien, 2001. Modernere Karten sind schwer zu finden, aber die meisten Leitungen sind noch in Gebrauch, lediglich mit aktualisierter Ausrüstung.
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Festnetzkarten in Europa, 2002 Eine

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moderne Karte von U-Boot-Kabeln zwischen Großbritannien und dem Kontinent.
Nehmen Sie zum Beispiel London und Frankfurt. Zwischen ihnen in einer geraden Linie etwa 644 km. Das Licht legt diese Strecke (299.700 km / s) in 2.126 ms zurück. In Glasfasern bewegt sich der Lichtstrahl nicht in einer geraden Linie, sondern entlang einer unterbrochenen Linie, sodass die Geschwindigkeit auf 200.000 km / s abfällt, was theoretisch ein Minimum von 3,186 ms ergibt.

Außerdem besteht das Kabel zwischen London und Frankfurt in Wirklichkeit nicht aus einem Stück. Beispielsweise kann ein Datenpaket mehrmals innerhalb von London selbst weitergeleitet werden, bevor der gewünschte Router erreicht wird und eine Reise durch Europa beginnt. Unterwegs trifft er andere Router und Repeater. Bei der Ankunft in Frankfurt kann ein Paket auch mehrmals von einem Netzknoten zu einem anderen übertragen werden, bevor es das Ziel erreicht. Hinzu kommt eine Vielzahl von Geländen und Infrastrukturen, die über das U-Boot-Kabel (durch das französische Calais oder das belgische Ostende) verlaufen, sowie die Wahrscheinlichkeit, dass der Londoner Router sich entscheidet, das Paket über Paris zu senden. Das Ergebnis ist eine durchschnittliche Verspätung zwischen London und Frankfurt bei 17 ms.

Vergleichen Sie nun: Die Verzögerung des privaten Mikrowellennetzes zwischen ihnen beträgt ungefähr 4,2 ms. Herum - weil die Parameter der neuesten Netzwerke geheim gehalten werden. Daher entscheiden sich Unternehmen, bei denen die Zeitverzögerung kritisch ist, für die Mikrowelle und nicht für die Faser.

Erstellen eines Punkt-zu-Punkt-Netzwerks


Mikrowellennetze haben zwei Hauptvorteile:

  • das Funksignal geht etwa 1,5-mal schneller durch die Luft als das Licht in der Faser,
  • Meistens können Sie zwischen zwei Punkten ein Netzwerk in der Nähe einer geraden Linie aufbauen.

Letzteres bedeutet, dass Sie den physischen Abstand des Pakets erheblich verringern können. Außerdem verringert sich die Anzahl der Zwischenrouter, wenn ein Paket von Punkt A zu Punkt B übertragen wird.

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BridgeWave FP80-3000-Transceiver, der bis zu 3 Gbit / s bei 80 GHz übertragen kann. Antennendurchmesser - 30 cm
Wenn wir von Infrastruktur sprechen, ist das Mikrowellennetz eine Kette von Türmen mit zwei in entgegengesetzte Richtungen gerichteten Transceivern. Der Abstand zwischen den Türmen hängt von den Bodenverhältnissen ab, liegt jedoch im Durchschnitt zwischen 40 und 65 km. Die maximale Entfernung wird durch die Höhe der Antennen über dem Boden, die Frequenzbeschränkungen und das Gelände bestimmt. Wenn Sie den Mast auf den Gipfel des Hügels heben und einen leistungsstarken Sender aufstellen, können Sie problemlos mehr als 80 Kilometer zurücklegen und sich nur am Funkhorizont ausruhen.

Die Kosten für den Transceiver betragen für ein Gerät wie das oben genannte BridgeWave etwa 10 bis 20.000 Pfund Sterling sowie 100 bis 200.000 Pfund für jeden Turm (einschließlich Materiallieferung, Montage, Notstromversorgung usw.). Zurück zum Beispiel London-Frankfurt: Dieses Netzwerk besteht aus etwa 20 Türmen, dh die Baukosten betragen 2,5 bis 5 Millionen Pfund Sterling. Dies beinhaltet nicht Personalkosten, Betriebskosten (Essen, Grundmiete, technische Unterstützung) und vieles mehr. Unternehmen, die solche Netzwerke verwalten, lehnen es ab, die Gesamtkosten offenzulegen. Über London-Frankfurt ist jedoch bekannt, dass es sich um einen Betrag von 10 bis 20 Millionen Euro handelt.

Wenn Sie die Kosten für die Bereitstellung eines Mikrowellennetzwerks und eines Mobilfunknetzes vergleichen, müssen Sie im zweiten Fall eine Menge Ausrüstung kaufen und die Türme mit einem Netzwerk, Glasfaser oder Mikrowelle kombinieren. Nach Angaben von 2013 verkaufte AT & T 9.700 Türme für 4,85 Milliarden US-Dollar zu je 500.000 US-Dollar.

Lassen Sie uns der Vollständigkeit halber abschätzen, wie viel ein direktes Glasfasernetz zwischen London und Frankfurt kosten wird. Nehmen wir an, wir haben ein 644 Kilometer langes Kabel, dessen Miete etwa 1 Pfund pro Meter und Jahr kostet. Die Kosten für die Verlegung Ihres Kabels hängen von einer Reihe von Parametern ab, einschließlich der Anzahl der Knoten und der Abschirmung. Im Allgemeinen beträgt sie jedoch 0,5-1 Pfund pro Meter für ein normales Erdungskabel. Darüber hinaus benötigen wir wie bei einem Mikrowellennetzwerk alle 30 bis 50 km Signalverstärker, die zwar teuer, aber immer noch billiger als Mikrowellen-Transceiver sind.

Das Verlegen einer neuen Glasfaser ist billiger als das Bereitstellen eines eigenen Mikrowellennetzwerks. Dies gilt jedoch nur, wenn sich zwischen den beiden Punkten, an denen Sie auf beiden Seiten eine Verbindung herstellen können, bereits ein Trunk befindet. Aber wenn Sie Ihre eigene 640 km lange Linie bauen müssen ... viel Glück!

Schnelle Netzwerke brauchen schnelle Software.


Es ist beeindruckend, die Verzögerung um einige Mikrosekunden zu reduzieren, wenn Broker eine Verbindung zum Vermittlungssystem herstellen. Sie ist jedoch nicht hilfreich, wenn die Software nicht mit der Geschwindigkeit des Netzwerks Schritt hält.

Finanzinstitute nutzen zum größten Teil Mikrowellennetze für den algorithmischen Hochfrequenzhandel. Es handelt sich um Computeralgorithmen, die Daten auf den Wertpapiermärkten verarbeiten und schnelle Entscheidungen treffen (Verkaufen, Kaufen, Long-Positionen, Short-Positionen), um andere Händler zu überholen. In den frühen 2000er Jahren standen die ersten Algorithmen im Wettbewerb mit Menschen, aber heute dominieren die Algorithmen auf dem Markt.

Wie Sie verstehen, sind die Details der Algorithmen ein streng gehütetes Geheimnis. Aber wir können über einen merkwürdigen Fall erzählen. Am Morgen des 1. August 2012 brachte Knight Capital, das eine der führenden Positionen im HFT-Bereich innehatte, eine neue Handelssoftware auf den Markt. Ab ungefähr 9:30 Uhr geriet die Anwendung außer Kontrolle und begann nach dem Zufallsprinzip zu kaufen und zu verkaufen. Für 45 Minuten beliefen sich die Verluste auf 7 Milliarden US-Dollar. Am Ende gelang es dem Unternehmen, einen Teil der Deals zurückzunehmen und den Schaden auf 460 Millionen US-Dollar zu reduzieren - ungefähr die Hälfte des Marktwerts von Knight Capital. Seitdem heißt dieser Fall „Knightmare“ (Wortspiel: Albtraum - ein böser Traum).

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Die Grafik zeigt das volatile Verhalten der Handelsanwendung Knight Capital. Um 9:52 gab es einen Fehler, wahrscheinlich hat sich jemand in die Software eingemischt, dann hat sie sich wieder erholt. Um 10 Uhr wurde der Fehler
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behoben.Die Grafik zeigt das Handelsvolumen der Anwendung im Vergleich zu anderen Börsen. Wahrscheinlich ging hier das meiste Geld verloren, das
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detailliertere Verhalten des Algorithmus im 27-Sekunden-Segment. Blau zeigt die Geld- und Briefkurse an der New York Stock Exchange (NYSE). Ein
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noch detaillierteres Diagramm. Die App verkauft sich für 38,60, kauft dann für 38,75 und verliert jedes Mal 15 Cent. Der Bot führte ca. 40-mal pro Sekunde und 2400-mal pro Minute Transaktionen durch
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und hier können Sie das Verhalten anderer Handelssoftware (Nokia) beobachten. Bot verkauft und kauft immer wieder

Neben der Mikrowelle


In den letzten Jahren haben einige Netzwerkunternehmen mit Laserkopplung als Ersatz für Punkt-zu-Punkt-Mikrowellennetze experimentiert.

Lasernetzwerke arbeiten heute nicht mehr viel schneller: Die Verzögerung ist etwas geringer, der Durchsatz nahezu gleich. Und das mit Mikrowellenfrequenzen (ca. 200.000 GHz) übertragene Signal ist äußerst empfindlich gegenüber Niederschlägen und Trübungen. Zum Teil kann dies durch eine adaptive Optik ausgeglichen werden (wenn der Empfänger versucht, seine Form zu ändern, um Signalverzerrungen auszugleichen). Bei schlechtem Wetter können Sie jedoch immer noch nicht auf einen Ersatzkanal verzichten - Mikrowelle, Millimeter-Kommunikation oder Glasfaser.



Ausrüstung für die Erstellung eines von AOptix hergestellten Lasernetzwerks
Die Popularität von Punkt-zu-Punkt-Millimeter-Netzwerken, die einen Teil des Spektrums über den Mikrowellenbereich (~ 30-300 GHz) nutzen, nimmt zu. In vielen Fällen spielen sie jedoch die Rolle einer alternativen Verbindung, ihre Bandbreite ist im Vergleich zur Mikrowelle etwas höher und die Witterungsbeständigkeit ist noch schlechter. Die Verwendung des Millimeterbereichs für die 5G-Bereitstellung wird derzeit ebenfalls diskutiert, und eine Reihe von WiGig-Geräten (802.11ad) verwenden ihn bereits. All dies unterscheidet sich jedoch stark von gerichteten Punkt-zu-Punkt-Netzwerken.

Die Zukunft privater Netzwerke


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Einer der Mikrowellentürme
Unternehmen, die Kommunikationsnetze aufbauen, verbreiten sich nicht besonders über ihre aktuellen und zukünftigen Projekte. Es wurden jedoch neugierige Informationen über die Schaffung des transatlantischen Mikrowellennetzesgeäußert. Theoretisch können Transceiver auf verankerten Lastkähnen (wie kleinen Ölplattformen) oder auf festgebundenen Ballons platziert werden. Die Vorteile sind die gleichen wie bei terrestrischen Netzwerken: Geringe Latenz. Wenn heute Daten über Glasfaser von der Westküste Englands zur Ostküste von Long Island (4.960 km) übertragen werden, beträgt die Verzögerung 25 ms. In der Mikrowelle sind es ca. 16 ms.

Die Differenz von 9 ms sieht nicht sehr beeindruckend aus, aber wenn Sie Verzögerungen bei der Übertragung von Mikrowellen von London nach Cornwall (ein solches Netzwerk ist bereits vorhanden) sowie von Long Island nach New York (ebenfalls vorhanden) hinzufügen, erhalten wir eine Gesamtsumme auf der Londoner Leitung - New Yorker Verzögerung von ca. 25 ms. Und das ist VIEL schneller als die aktuelle 60-ms-Faser.

Leider hat noch niemand in die Schaffung von 80 schwimmenden Mikrowellentürmen investiert, die den Atlantik überqueren. Soweit bekannt ...