Definition Was ist Terragraph?

Terragraph ist eine von Facebook entwickelte Technologie zur drahtlosen Netzwerk- und Internetversorgung urbaner Umgebungen. Sie ist eine Alternative zur Glasfaservernetzung auf der letzten Meile und bietet Datenübertragungsraten im Gigabit-Bereich. Die Technik nutzt das unlizenzierte 60-GHz-Frequenzband und basiert auf den WiGig-Standards 802.11ay und 802.11ad. Auf dem Layer drei verwendet das Multi-Node-Mesh-Netzwerk intelligente Routing-Mechanismen.

Terragraph ist der Name einer vom Unternehmen Facebook entwickelten Technologie. Sie arbeitet drahtlos im unlizenzierten V-Band und nutzt Millimeterwellen im Bereich von circa 60 Gigahertz. Mit Hilfe der Technologie sind drahtlose Mesh-Netzwerke aus vielen einzelnen Funkstationen realisierbar, die sich zur Versorgung urbaner Umgebungen mit schnellem Internet oder breitbandigen Netzwerkverbindungen nutzen lassen.

Die Funktechnik stellt eine Alternative zur Vernetzung der Last Mile mit Glasfasern dar. Sie bietet wie Glasfaserleitungen Datenübertragungsraten im Gigabit-Bereich. Im Gegensatz zu einer Glasfaservernetzung sind keine aufwendigen, teuren und langwierigen Verlegearbeiten notwendig. Die zur Vernetzung benötigten Funkknoten lassen sich beispielsweise an Straßenlaternen oder Gebäudedächern und -wänden installieren.

Die Funkverbindungen überbrücken Entfernungen von bis zu 250 Metern. Terragraph basiert auf den WiGig-Standards 802.11ay und 802.11ad und verbindet die WiGig-Technik mit intelligenten Routing-Mechanismen auf dem Layer 3. Sie ermöglichen die Selbstorganisation des Mesh-Netzwerks und sorgen für ein intelligentes Routing der Daten. Einige WiGig-Parameter sind optimiert. Beispielsweise nutzt die Facebook-Technologie das TDD/TDMA MAC-Format. Die Mesh-Netzwerke zeichnen sich durch ihre gute Skalierbarkeit aus, sind redundant, arbeiten effizient und bieten selbst in Stausituationen eine gute Performance.

Neben der Last-Mile-Versorgung mit breitbandigen stationären Internetanschlüssen eignet sich Terragraph auch als Backhaul für Wi-Fi-Accesspoints oder zur Anbindung von Small Cells und Micro Cells an 4G- und 5G-Mobilfunknetze. Mittlerweile hat Facebook zahlreiche Partner für die Technik gewonnen. Unternehmen wie IgniteNet, Radwin, Cambium Netzworks, Siklu, MikroTik, Murata Manufacturing, Qualcomm, Intel oder Nokia zeigen reges Interesse an der Last-Mile-Glasfaser-Alternative oder entwickeln eigene Produkte.

Die technischen Merkmale von Terragraph

Die wichtigsten technischen Merkmale der Multi-Node-Mesh-Netzwerk-Technologie sind:

• arbeitet mit Millimeterwellen im unlizenzierten V-Band bei etwa 60 GHz

• basiert auf den WiGig-Standards 802.11ay und 802.11ad

• optimiert technische Parameter beispielsweise durch die Nutzung des TDD/TDMA MAC-Protokolls

• Verwendet IPv6

• bietet symmetrische Datenraten im Up- und Download von über einem Gigabit pro Sekunde

• Latenzzeiten von unter einer Millisekunde pro Hop

• überbrückt Entfernungen von bis zu 250 Metern

• die benötigten Funkkomponenten lassen sich an Straßenlaternen oder Gebäuden anbringen

• nutzt intelligente Routing-Mechanismen auf dem Layer drei, die für die Selbstorganisation des Meshs und ein intelligentes Routing der Daten sorgen

Details zur Funktionsweise

Auf der drahtlosen Funkschnittstelle und auf den Schichten eins und zwei des ISO/OSI-Referenzmodells basiert Terragraph auf den bereits spezifizierten WiGig-Standards 802.11ad und 802.11ay.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Wi-Fi-Standards wie 802.11ac oder 802.11ax arbeitet Terragraph nicht in den unlizenzierten 5-GHz- und 2,4-GHz-Bändern, sondern im ebenfalls unlizenzierten 60-GHz-Band. Der 60-GHz-Bereich bietet eine hohe Bandbreite, ist aber aufgrund der hohen Frequenzen und der kurzen Wellenlängen im Millimeterbereich in seiner Reichweite eingeschränkt. Wände, Gegenstände oder Personen durchdringen die kurzwelligen Funksignale nur schlecht, weshalb innerhalb von Gebäuden nur Reichweiten von wenigen Metern erzielbar sind. Im Außenbereich dämpfen Luftsauerstoff und Luftfeuchtigkeit die 60-GHz-Funksignale. Durch den Einsatz der MIMO-Mehrantenntechnik und einer gebündelten, gerichteten Übertragung lassen sich im Freien Entfernungen von bis zu 250 Metern überbrücken.

Die niedrigere Reichweite des 60-GHz-Bandes bringt aber auch den Vorteil mit sich, dass kaum Interferenzen und Störungen zu benachbarten Funkstationen auftreten. Terragraph kommt im Außenbereich einer urbanen Umgebung zum Einsatz und verwendet Mehr-Antennen-Arrays, die gerichtete Signale zur nächsten Funkstation des Meshs ermöglichen.

Die Netzknoten arbeiten mit IPv6 und sind in einem Software-Defined Network (SDN) als Mesh organisiert. Ein neu entwickeltes modulares Layer-3-Routing-Protokoll sorgt für eine intelligente, fehlerredundante Weiterleitung der Daten zwischen den vermaschten Knoten. Verschiedene Topologien und Verbindungsmöglichkeiten wie Punkt-zu-Punkt, Punkt-zu-Mehrpunkt und Mesh werden unterstützt. Auf der MAC-Ebene merzt das TDD/TDMA MAC-Protokoll einige Schwächen der Übertragung TCP/IP-basierter Protokolle über Wi-Fi-Verbindungen aus. TDD/TDMA MAC sorgt für eine besser vorhersagbare Performance des TCP/IP-Datenverkehrs.

Zur Versorgung des Indoor-Bereichs mit schnellem Internet lässt sich ein an der Außenseite eines Gebäudes installierter Terragraph-Knoten mit dem Gebäude-LAN und den im LAN integrierten WLAN-Accesspoints verbinden.

Vorteile der Technologie

Die von Facebook entwickelte Technologie bietet zahlreiche Vorteile. Sie hat das Potenzial, aufwendig und teuer zu verlegende Glasfaserleitungen auf der Last Mile zu ersetzten. Die Funkknoten sind schnell und einfach an Gebäuden oder Straßenlaternen installiert. Sie bieten symmetrische Geschwindigkeiten im Gigabit-Bereich. Das 60-GHz-Frequenzband ist unlizenziert und kann ohne, dass Funklizenzen erworben werden müssen, verwendet werden. Terragraph-Netze sind als intelligente Mesh-Netzwerke organisiert. Sie arbeiten redundant, bieten eine hohe Verfügbarkeit und routen den Datenverkehr selbständig auf optimalen Verbindungen.

Durch einfaches Hinzufügen von Funkstationen sind die Netzwerke schnell und ohne großen Aufwand skalierbar. Unterschiedliche Topologien wie Punkt-zu-Punkt-Verbindungen, Punkt-zu-Mehrpunkt-Verbindungen und Mesh-Netzwerke werden unterstützt. Die Anwendungsmöglichkeiten sind vielfältig und reichen von der Versorgung von Haushalten mit schnellen stationären Internetanschlüssen über die Realisierung öffentlicher, flächendeckender WLANs bis zu Backhaul-Verbindungen von Small Cells oder Micro Cells in 4G- oder 5G-Mobilfunknetzen.

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