Terragraph und Project ARIES

Facebook will die Welt mit Internet versorgen

Facebook hat bereits vor einiger Zeit den Anspruch verkündet, jeden Menschen auf diesem Planeten mit Internet versorgen zu können. Dies tut man natürlich nicht aus reiner Herzlichkeit, denn letztendlich möchte Facebook, dass das Internet so verstanden wird, als bestünde es hauptsächlich aus der eigenen Social-Media-Plattform. So baut man den Messenger zu einem Nachrichten-Dienst plus Shopping-Plattform um.

Damit die Menschen auch im entlegensten Winkel der Welt eine Internetverbindung haben, plant Facebook ein ambitioniertes Infrastruktur-Programm. Dabei möchte Facebook letztendlich weniger als Dienstleister auftreten, sondern hilft vielmehr bei der Entwicklung entsprechender Technologien und Projekte. Unter der Leitung von Facebooks Connectivity Lab sind in den vergangenen Jahren zahlreiche Neuerungen entstanden. Einige bereits bekannte Projekte wurden auf der aktuellen f8 noch einmal präsentiert, einige andere sind hingegen neu. Nach der autonomen Drohne Aquila, konzentriert sich Facebook in diesem Jahr auf terrestrische Systeme – Terragraph und Project ARIES (Antenna Radio Integration for Efficiency in Spectrum).

[h3]Terragraph[/h3]

Terragraph soll ein enges Netz in stark besiedelten Regionen aufspannen können. Das System arbeitet im Bereich von 60 GHz und das dazugehörige Netzwerk verbindet zahlreiche Knoten mit- und untereinander. Für die Umsetzung verwendet Facebook Hardwarekomponenten, die aktuell bereits verfügbar sind. Dies soll die Kosten reduzieren. Der Frequenzbereich um 60 GHz wurde bislang gemieden, da die Absorption durch Wasser und Sauerstoff in der Luft sehr hoch ist. In den USA, Großbritannien, Deutschland, China, Südkorea und Japan hat man sich daher entschieden, das sogenannte V-Band als unlizenzierten Frequenzbereich zu deklarieren, der von jedem genutzt werden kann – genau wie 2,4 und 5 GHz für WLAN-Netzwerke.

Facebook verwendet für Terragraph ein Frequenzband mit einer Breite von 7 GHz. In einigen Ländern wird bereits über eine Ausweitung auf bis zu 14 GHz nachgedacht. Letztendlich soll sich Terragraph in den WiGig-Standard einfügen, damit auch eine gewisse Kompatibiität zu weiterer Hardware gewährleistet werden kann. Der Aufbau der Infrastruktur sieht ein recht engmaschiges Netz aus Knoten im Abstand von 200 bis 250 m vor. Licht- oder Strommasten bieten sich zur Anbringung der Knoten an. Mit Hilfe von Phase-Array-Antennen wird das jeweilige Signal des Knoten in bestimmte Richtungen gelenkt. Entweder zielgerichtet auf einen bestimmten Knoten oder aber zur breiteren Abdeckung und Verfügbarkeit von Endgeräten. Zunächst einmal wird Terragraph beispielsweise WLAN-Hotspots an exponierten Stellen versorgen können, an denen keine Kabelverbindung zum Internet möglich ist.

Terragraph basiert vollständig auf neuen Netzwerk-Standards in den verschiedenen Schichten eines solchen Systems. So unterstützen dazugehörige Netzwerke ausschließlich IPv6 und verwenden für das Routing einen SDN-Controller. Hinzu kommen Funktionen wie TDMA-TDD MAC, um den TCP/IP-Stack an die Bedürfnisse eines WLANs anzupassen.

Die Hardwareausführung von Terragraph soll aber nicht nur besonders kosteneffizient, sondern auch technisch so ausgelegt sein, dass sie professionellen Ansprüchen genügt. Dazu gehört nicht nur die Wahl der Komponenten, sondern auch deren Verarbeitung sowie Implementation innerhalb von Terragraph. So konnten Inferenzen deutlich reduziert werden, die sonst bei solchen Systemen gerne zu Problemen führen. Terragraph lässt zudem eine Verbindung ohne direkte Sichtlinie zu.

Derzeit befindet sich Terragraph noch in der Testphase. Facebook hat allerdings schon erste Prototypen entwickelt, die zusammen mit einigen Partnern getestet werden.

[h3]Project ARIES[/h3]

Vieles konzentriert sich bei der Entwicklung neuer drahtloser Standards auf die reine Bandbreite. Facebook sieht aber vor allem das Verhältnis von total number of bits transmitted per unit of radio spectrum, also bps/Hz, im Fokus. Auch die Effizienz spielt eine wichtige Rolle – total number of bits transmitted per unit Joule energy spent, folglich b/J.

Project ARIES ist eine Testplattform, um Netzwerke auf diese beiden Eigenschaften hin zu testen und zu optimieren. Die Basisstation besteht aus 96 Antennen, die 24 Streams bei Nutzung des gleichen Spektrums zur gleichen Zeit aufbauen können. Derzeit erreicht Facebook damit eine Effizienz von 71 bps/Hz. Als erreichbares Ziel sieht man jedoch 100+ bps/Hz.

Aktuelle MIMO-Strategien (multiple input, multiple output) für drahtlose Netzwerke sehen die Nutzung möglichst hoher Bandbreiten und vieler gleichzeitiger Geräte im Netz vor. Dabei beschränkt man sich meist auf einen recht kleinen Bereich. Mittels Spatial Multiplexing und der Möglichkeit via Beamforming bestimmte Bereiche gezielt anzusprechen, will Facebook aber nicht stark besiedelte Gebiete abdecken, sondern eher ländliche Regionen. Dazu müssen natürlich deutlich niedrigere Frequenzen verwendet werden, als dies beim einfachen WLAN der Fall ist. Daher arbeitet Facebook mit zahlreichen Unternehmen aus dem Mobilfunkbereich zusammen.

[h3]Erste Feldtests laufen bereits[/h3]

Terragraph befindet sich wie gesagt in ersten Tests. So hat man im Menlo Park in San Francisco bereits eine Bandbreite von 1,05 GBit/s bidirektional erreicht. Im P2P-Mode bedeutet dies für einen Knoten eine Bandbreite von 2,1 GBit/s. Eine 4-Sektoren-Installation an einem Masten kommt somit auf 8,4 GBit/s und Facebook will in Kürze sogar 12,8 GBit/s erreichen. Dabei kann ein Knoten mit mehreren weiteren Stationen Verbindung aufnehmen. Das elektrische Beamforming erreicht dabei den Wechsel der Signale zwischen zwei Knoten innerhalb von 8 µs – also 125.000 mal pro Sekunde.

Für das Project ARIES hat Facebook bereits eine um den Faktor 10 höhere Effizienz im Vergleich zu 4G- und MIMO-Technologien erreicht. Da sich 97 % der Weltbevölkerung innerhalb von 40 km rund um große Städte befinden, sieht Facebook hier eine Möglichkeit diese mittels Technologien auf Basis von ARIES zu versorgen. Die restlichen Bereiche der bewohnten Erdkugel will Facebook dann mit unbenannten Drohnen wie Aquila abdecken.