该总体规划考虑了一个基于六个因素的宽带网络,每个要素可以分别交付,分别为:不动产,基础设施,无线频谱,设备,运营和服务。相比于技术综述,本文将对这六个要素依次介绍,这样能够反映每个要素对提供互联网服务的必要贡献和职责矩阵。这些网络要素为城市规划和商业规划提供了一个框架。
不动产包括了土地或建立在地基或地上的承载网络设施的建筑物,包括地下管道,地面通行权,用于连接光纤和其他电缆的电线杆,用于安装无线设备的屋顶和杆顶了接入点,以及其他重要的网络设施,如建筑物中放置小型独立机柜的地方,包括走廊,屋顶或其他的建筑物内外空间。近管不动产是任何宽带网络的基础,不动产资产并不特定于通信基础设施,其还可以具有许多其他功能。他们都是资本密集且寿命长。值得注意的是,纽约市政府除了对公共路权授权以外,还是纽约最大的不动产持有者。
以下是宽带部署的不动产资产,包括:
一套将每个纽约家庭连接起来的光纤服务网络,并在可能的情况下,包括固定无线服务,以及覆盖整座城市街道的移动无线服务,这样的网络包括连接25000不动资产,并遍及8000英里城市街道的光纤电缆。还包括24000个街边电线杆或街道设施,800个屋顶和180个房间。房间和大多的电线杆将在整个城市中均匀分布,同城每隔一个交叉口就有一根电线杆。
资产分配估算是基于一系列潜在的宽带技术的,如FTTP(光纤到用户所在地),固定无线接入以及CBRS,其覆盖范围重叠,并且在可能的情况下共享基础设施。其他的技术,如5G,Wi-Fi以及Edge云,可能会需要其他的设施,但也可以使用共享基础设施。
每个NFCF会将光纤基础设施聚集到该邻域的交叉点。光纤足以连接每个社区中约120到150个资产。这些资产是CBRS覆盖所必须的电线杆和屋顶,并在可行的情况下加上mmWave-FWA。在适当的条件下,NFCF还可作为Edge云基础设施(实质上是小型数据中心)的站点。
每个NFCF都需要一个核心光纤主线网络的服务。其作用是为每个NFCF承载多个光纤运营商,创建一个密集冗余的网络,并与其他的NFCF和重要的地点通过多路径连接。主要的光纤运营商会选择在某个特定的NFCF中存在,以连接服务于邻域的的光纤电缆。这个NFCF就会是多个私人网络共享公共设施的地方。
NFCF可能位于公共设施中,这些地方已经具有足够的网络容量和物理空间,并且能够满足所需的电源,气候,安全性和物理访问规范。许多城市的控制设施已经与核心网络相连接,这些核心网络是公众购买过的,并且符合有关容量和冗余的严格标准。例如纽约的公立学校,公立医院,以及某些文化及后已经拥有自己的核心网络。NFCF提供了将这些网络互联以增加冗余或共享容量的机会。
地图十六:基于城市建筑物存在的屋顶固定无线访问机会
资料来源:纽约市城市规划局提供的2019年10月城市设施数据。由纽约市城市规划局提供的2019年8月邻里制表区域数据。图例类别表示以下计数:无= 0,低= 1,中低= 2,中高= 3,高> 3。
基础设施包括无源网络组件,例如光纤,同轴光缆,铜缆或建筑物内布线,以及中心站点,机柜和分离器。而这些组件不用电,基础设施包括为系统供电所需的布线和连接。宽带网络基础设施还包括专用的基础设施,如支持无线服务的信号塔和单极子。网络基础设施通常有数十年的生命周期,并需要大量的资金成本。但相对于其他网络元素而言,其运行成本较低。
不同的网络技术将需要不同密度的管线基础设施。不论是连接屋顶还是电线杆,还是将服务直接连接到各个场所,光纤基础设施若是单一来源,可能不足以支持服务的增长。例如,完全使用的光纤或光纤的所有者不允许使用的光纤就被看做不能被中立使用的光纤。
需要根据该社区的特定条件和需求为每个社区规划新的基础设施。该总体规划提出了每个社区当前的情况的各项指标。这些指标可以指出光纤基础设施的发展对各个网络类型的支持。
图二十五:指示新基础设施安装的样本宽带基础设施矩阵
下文介绍了三种正如将会采纳的方法,以保证光纤基础设施即存在中立。
光纤选择:如果在邻域中存在至少三家光纤供应商,则被认为是有足够的光纤基础设施,且不需要多余的回传光纤。这三家供应商的光纤覆盖等级将会决定这一邻域的新光纤基础设施的需求。
光纤确定性:单个私有运营商在中立的基础上为某个区域提供服务时可行的。使用单个光纤供应商的最大挑战是,连接该供应商的初始时间和成本的不确定性,这可能会影响后续的服务成本。而解决这一挑战的关键点在于该供应商必须处于一个中立的配置设施中,该设施含有其他运营商的空间,而初始提供商则要对其光纤的使用具有透明的,合同保证,非歧视性的价格。例如,纽约政府与多家光纤运营商签订主服务协议,其中包括产品和价格表。如果单个供应商处于由政府控制的NFCF中,并提供这样的服务时间表,则可以满足对回传光纤的需求。
公共光纤:如果政府在一个地区拥有光纤基础设施,它就可以决定光线设施的使用情况。为所有人开放的光纤被称为‘开放接入光纤’。光线基础设施可促进多个点的连接,例如在每个交叉口有手孔或接头盒,以保持灵活性。这一设计使得任何电线杆,街道设施或建筑物都能够被光纤覆盖而不用多余的施工。但公共光纤设施需要与互联网的回传。这样的架构能够部署多种技术。
在现有的无线安装罩设计中,可以并置多种无线技术。为适应其他天线而设计的新形状也可能会促进与其他技术的集合。另一种方法有可能涉及新的街道设施的设计或对现有街道设施设计的修改,这需要经过市政府的进一步批准,以使它们能够合并无线和电信设备。
共享的基础设施适合用作分布式天线系统(DAS),其中多个运营商在给定区域共享同一光纤和无线电网络。在这种情况下,任何运营商都可以在NFCF处连接到网络,然后共享邻域的全面覆盖范围,而无需进一步施工或更多的设备。DAS现在用于例如竞技场和纽约地铁。这种中立的共享无线电接入网络可能是使多个5G运营商覆盖城市人口最稠密地区的唯一方法。这将限制为公园和类似公共场所提供服务的设备数量,并降低如今宽带基础设施在有限的地区扩大竞争的总体成本。
将来,CBRS可能会提供一种DAS的方法,该方法比传统的DAS更加便宜,并且设计和构建起来也更加容易。但设备仍处于使用初期,它还在探索其在在中立型主机无线解决方案中的作用。
为了确保宽带服务到达纽约的每个家庭,该总体规划重点关注了基础设施建设,政府治理水平和商业机会好坏。不过要进入每一个公寓单元,此类互联网连接还需要更进一步。虽然移动服务蓬勃发展,但是由于其对房屋较弱的渗透性,未来室内互联网服务的布置将成为宽带部署中更为重要的部分。然而,对于没有电线或导管的老式建筑物,在建筑物中布置互联网服务可能是一个挑战。
好消息是,许多技术进步正在降低室内布置互联网连接的成本和复杂性。比如G.hn是一种可以重新利用旧电话线来提供宽带连接的新方法;Wi-Fi联盟开发了Easy Mesh标准来促进Wi-Fi中继器提供商之间的互通性;公民宽带无线电服务(CBRS)旨在成为一种在房产中分配无线信号的解决方案,并且俱备与新的Wi-Fi 6接入点结合使用的潜力。许多大型房屋可能仍需要大量的新布线,才能使新的互联网服务提供商能够到达每一个社区单元。
房屋内置技术日益增长的可行性和简便性为托管服务提供商(MSP)的细分市场创造了新的商机。房屋的所有者可能持有MSP,并通过MSP来购买与互联网服务相关的企业连接,然后安装一个用于在整个房屋中分配大容量连接的系统。如果提供相关服务的企业连接(例如,来自商业光纤提供商的连接)在附近,那么在与邻居共享连接或个人单独购买标准房屋服务之间,两者的成本可能会有很大的不同。随着房屋室内的布置和维护变得更加容易,成为或持有MSP的壁垒应该降低,使得人们能够进行更加有利的选择。
初创企业、少数人或女性持有的企业以及合作人公司可以在这里找到机会,一些组织良好的公寓楼或社区可能会决定建立自己的网络。
无线通信频谱包括用于无线通信的信号。无线通信频谱被划分为具有不同传播特性、技术能力、现有使用水平以及相关设备成本等不同类型的频段。通常,较低的频段会进一步传播并穿过某些障碍物或绕过某些障碍物,而较高的频段(包括“毫米波”频段)则不会传播那么远。
美国的所有无线通信频谱均属于公众。某些频段由于特定目的保留给联邦政府使用,例如公共安全等目的。有些频段已授权给商业运营商使用,而其他频段则可未经许可使用。
未经许可的中频无线通信频谱:联邦通信委员会(FCC)已分配了2.4GHz和5GHz频段中未发牌照的中频频段,这个频段任何实体都可以使用Wi-Fi是其主要组成部分。因此,此类别在室内和室外公共场所为用户提供服务的价值很高。此外,由于任何用户都可以使用,这些频段可能会变得拥堵,其效用在一定程度上会被限制。
共享许可的中频无线通信频谱:在3.5GHz频段的公民宽带无线电服务(CBRS)可以有效地以较块的速度为移动和户外用户提供服务,而无需可见的线路。同时,FCC最近在三个层级的共享框架下提供了该频段。最高层级的频段将会是当前所有人的牌照,其中包括了美国海军的雷达;中等层级的访问将包括优先访问许可证;最低层次的访问权限将适用于未经许可的用户。
大约一半的频段(70 MHz)专用于优先访问的许可证,该许可证将在2020年6月根据地理牌照的区域拍卖,通常是各个行政区域,其中包括了构成纽约的五个行政区。其余的(80 MHz)在有效但未发牌照的基础上仍可用于一般访问。此外,在尚未部署优先许可权的地区,整个频带(150 MHz)将可供公众使用。由FCC授权的自动地理位置数据库系统将在各个层级之间进行协调,保护较高层级的用户免受较低层级用户的干扰。
轻许可和未经许可的毫米无线通信频谱:70、80和90 GHz频段中的高频毫米波(mmWave)被指定为轻度许可,而60 GHz频段则被指定为未经许可便能使用。
由于传播特性,这些频段的使用受到限制。因此,为了可靠的连接这些频段的结案设则需要肉眼可见的线路。不过,天线设计和创新网络架构的进步使这些频段更加可用。如今,使用这些频段的设备可为各种设备可靠地提供1到10 Gbps的速度,包括企业和Wi-Fi接入点的回传以及固定的无线接入。
网络设备包含活动(即通电)组件,例如路由器,调制解调器和交换机。相对于网络基础架构,网络设备的使用寿命较短(通常不到10年),除了电力成本外,还需要持续的监控以及定期的维护和更换。网络设备提供光纤架构一个高度可扩展的平台,从而能够使其在关键站点之间提供可靠的连接,尤其是多个网络融合的站点。同时,随着时间的迁移,网络设备可以被升级进而最大程度地利用光纤的架构。
不同类型的设备需要来连接使用不同宽带技术的用户。接入、访问网络的设备可以通过有线和无线的有效容量、管理多个用户的堵塞现状以及支持数据流量的安全分段能力等手段来提升性能。每年,制造商都会向市场推出具有改进性能或附加功能的新设备。添加新设备可能不需要新的架构;但是,提供无缝的移动性或实时管理网络需要大量的网络管理能效,而实施这些能效可能需要大量资金。
运营主要是指具有劳动力和知识的人员通过维持设备来提供互联网和其他一些列服务。随着技术的发展和客户需求的变化,这些人员必须更新操作知识和再培训。因此,对于宽带网络,此要素通常是最昂贵的年度支出。
服务是一种需要与客户和用户进行交互并开发全面的互联网产品的劳动。服务可以批发形式(即直接销售并最终管理用户的第三方)或零售形式提供。像操作一样,这种劳动和操作知识也会带来巨大的持续成本。公司可能会响应市场变化而迅速改变其运营和服务方式。
宽带并不是一种万能的技术。纽约公民需要从城市公平、绩效、可负担性、隐私和选择这五项原则相一致的服务中选择适合他们的服务提供商。由开放式接入光纤和中性主机无线组成的基础架构可以最大程度地提高附近社区可提供服务的多样性。它使高容量的企业提供商可以管理网络的核心元素,同时降低本地初创公司、新市场进入者和社区提供商的进入门槛。