RAPPORT. Opties voor de SURFnet community voor innovaties in efficiënter spectrumgebruik. Rapport uitgebracht aan SURFnet

RAPPORT

Opties voor de SURFnet community voor innovaties in efficiënter spectrumgebruik

Rapport uitgebracht aan SURFnet Hilversum, 19 maart 2013

Inhoudsopgave Management samenvatting........................................................................................... 3 1

Introductie ............................................................................................................ 4 1.1

Achtergrond .................................................................................................. 4

1.2

Context ........................................................................................................ 5

1.3

Probleemstelling ............................................................................................ 5

1.3.1

Effectief aanbieden draadloze toegang .......................................................... 6

1.3.2

Rol van SURFnet ........................................................................................ 6

1.3.3

Proof of Concept ........................................................................................ 6

1.4 2

3

Trends in markten en technologie ............................................................................ 9 2.1

Gebruik en regelgeving .................................................................................. 9

2.2

Techniek..................................................................................................... 12

2.3

Implementaties en initiatieven ...................................................................... 13

2.4

Standaarden ............................................................................................... 14

2.5

Bruikbaarheid en ontwikkelstadia .................................................................. 16

2.5.1

Volwassenheid van technologie .................................................................. 16

2.5.2

Status vergunningsregime ......................................................................... 18

2.5.3

Beschikbaarheid apparatuur ...................................................................... 19

2.5.4

Ervaringen uit initiatieven elders ................................................................ 21

2.5.5

Conclusies voor gebruik in Nederland .......................................................... 22

Implicaties voor de SURFnet community ................................................................. 24 3.1

Stakeholders en hun belangen ................................................................... 24

3.1.2

Barrieres ................................................................................................. 26

3.1.3

Mogelijke lange termijnrollen voor SURFnet ................................................. 27 Korte termijn noodzaak voor uitvoeren Proof of Concept................................... 28

Invulling Proof of Concept ..................................................................................... 29 4.1

Onderzoeksaspecten .................................................................................... 30

4.1.1

Primaire onderzoeksaspecten ..................................................................... 30

4.1.2

Secondaire onderzoeksaspecten ................................................................. 31

4.2

Concretisering Invulling Pilot Netwerk ............................................................ 32

4.2.1

Technologiekeuze ..................................................................................... 32

4.2.2

Keuze frequentiebanden ............................................................................ 32

4.3 5

Lange termijn opties voor de SURFnet community ........................................... 24

3.1.1

3.2 4

Scope........................................................................................................... 6

Stakeholders en mogelijke partners ............................................................... 33

Next steps .......................................................................................................... 35

© Stratix 2013

Opties SURFnet voor innovaties in efficiënter spectrumgebruik, maart 2013

2

Management samenvatting De vraag naar breedbandige draadloze toegang tot datadiensten neemt steeds verder toe, en voor de SURFnet instellingen is het van belang nu en in de toekomst steeds betere vormen van draadloze toegang te kunnen bieden. Hierbij blijkt dat er een gat zit tussen de Wi-Fi netwerken zoals deze door instellingen zijn ingericht voor (voornamelijk) indoor gebruik, en de huidige (operator) LTE netwerken voor landelijke dekking: bijvoorbeeld daar waar op campussen Wi-Fi onvoldoende dekking kan bieden, maar gebruik van LTE ook niet voor de hand ligt. Dit gat zou opgevuld kunnen worden door het aanbieden van campusbrede draadloze toegang door gebruik te maken van “lage” frequenties (onder 1 GHz), maar die frequenties zijn niet zonder meer beschikbaar. Trends in regelgeving en technologie maken het in de toekomst mogelijk om dergelijke frequenties toch in te zetten, zonder daarmee de primaire vergunninghouder te storen. Op dit gebied worden in de Verenigde Staten al diverse initiatieven ontplooid, en ook in Cambridge is een pilot op het gebied van TV white spaces uitgevoerd. Deze pilots tonen aan dat het mogelijk is om met name frequenties in de TV band te gebruiken, daar waar deze niet voor de TV uitzendingen gebruikt zijn. Deze ruimte staat bekend als “TV white spaces”. Voor inrichting van een netwerk met een “echte” dienst voor bijvoorbeeld de SURFnet gemeenschap binnen Nederland is er echter nog een aantal barrières te overwinnen. Zo is er momenteel nog onvoldoende regelgeving die sharing van spectrum met een primaire gebruiker voor een dergelijke toepassing als secundaire toepassing regelt, en zal er wellicht tegenstand zijn vanuit vergunninghouders van spectrum, zowel vanwege de angst voor interferentie als omdat dergelijke initiatieven uiteindelijk zouden kunnen leiden tot concurrerende diensten. Ook is er door de drukke bezetting van het spectrum wellicht niet veel spectrumruimte beschikbaar: die plekken waar veel behoefte aan bandbreedte is zijn ook de plekken waar ander secundair gebruik van de TV white spaces in de vorm van PMSEgebruik hoog is, en voor andere banden zal de primaire gebruiker (in veel gevallen het ministerie van defensie) het alleenrecht van gebruik waarschijnlijk essentieel achten. Daar komt nog bij dat er op dit moment onvoldoende volwassen apparatuur is: veel standaarden zijn nog in ontwikkeling, de in de pilots gehaalde bitrates zijn nog relatief laag, en de apparatuur is nog niet geschikt voor inbouw in laptops of dongles. De uitrol van een grootschalige operationele dienst lijkt op dit moment een brug te ver. Een pilot is echter een haalbaar middel om een aantal van bovenstaande barrières weg te nemen. In een “Proof of Concept” kan draadloze netwerktoegang aangeboden worden op een campus, als aanvulling op bestaande toegangsmogelijkheden via Wi-Fi of LTE. Hierbij kan gebruik gemaakt worden van apparatuur zoals deze deels al commercieel beschikbaar is. Binnen de pilot kunnen aspecten onderzocht worden zoals de praktische haalbaarheid van co-existentie op reeds gelicenseerd spectrum, en kan onderzocht worden hoe de eventuele politieke, organisatorische of economische bezwaren weggenomen kunnen worden. Zo kan worden aangetoond dat (ook) in Nederland secundair of gedeeld gebruik onder de juiste voorwaarden mogelijk is, zonder verstoring van de primaire gebruiker. Tevens kan een Proof of Concept helpen om de standaardisatie, de ontwikkeling van apparatuur, en de ontwikkeling van geschikte regelgeving te versnellen.

© Stratix 2013


3

1

Introductie 1.1

Achtergrond

De vraag naar breedbandige connectiviteit, vast en draadloos, neemt nog altijd toe. Voor onderwijs en onderzoeksinstellingen geldt dit in bijzonder mate, omdat zij in behoefte vaak vooroplopen ten opzichte van de rest van de markt: onderzoekers gebruiken steeds grotere datasets, en studenten zijn intensieve gebruikers van laptops, tablets en smartphones, en zitten daarbij in grote concentraties in collegezalen of campussen. SURFnet speelde en speelt een belangrijke rol op het gebied van toekomstvaste netwerkinfrastructuren voor de instellingen. Draadloze toegang tot breedbandnetwerken wordt daarbij steeds belangrijker: waar desktop PC’s nog aan de vaste infrastructuur verbonden zijn, verwachten gebruikers dat laptops draadloos gebruikt kunnen worden; veel van de andere devices kunnen zelfs alleen maar draadloos werken. Gebruikers verwachten bovendien dat deze toegang overal en altijd beschikbaar is: dus zowel in gebieden met een lage concentratie actieve gebruikers (“op vakantie op de Veluwe”) als in gebieden met een hoge concentratie (“in de collegezaal”). Het is voor de instellingen dan ook van groot belang om ook in de toekomst een efficiënte draadloze toegang tot de infrastructuur te faciliteren. De behoefte aan draadloze toegang voor medewerkers en studenten van de aangesloten instellingen wordt in het algemeen op twee manieren ingevuld: -

Via de eigen draadloze netwerken van de instellingen, gebaseerd op opeenvolgende versies van de Wi-Fi standaard. Voor de gebruiker zijn deze diensten meestal gratis, maar voor de instelling levert dit steeds hogere kosten op;

-

Doordat medewerkers en studenten communiceren via openbare mobiele netwerken, gebaseerd op GSM, 3G, en in de toekomst LTE (4G). Deze diensten zijn vaak duur en inflexibel, maar wel landelijk dekkend.

De combinatie van deze twee vormen van toegang maakt het vooralsnog mogelijk om in de behoeften van gebruikers te voorzien, maar wel tegen steeds verder toenemende kosten. Tussen deze twee vormen zit mogelijk nog een derde vorm: daar waar het eigenlijk te duur is om voldoende Wi-Fi access points op te hangen, maar waar de mobiele netwerken te weinig bandbreedte bieden of te duur zijn. Er is dan ook behoefte aan een vorm van draadloze toegang die, tegen kleine investeringen, grote gebieden (bijvoorbeeld een hele campus) kan voorzien van een redelijke bandbreedte. Deze vorm zou bijvoorbeeld kunnen worden ingevuld door naast Wi-Fi ook andere frequentiebanden te gebruiken om over langere afstanden toegang tot breedband te bieden. Er zijn echter niet zomaar vrije frequentiebanden beschikbaar voor dit doel. Wel zijn er technieken die het in principe mogelijk maken een dergelijke toegang te bieden zonder dat daar een vrije band voor nodig is. Deze technieken maken gebruik van vrije delen van banden die gelicenseerd zijn aan andere gebruikers, op zodanige wijze dat deze ‘primaire’ gebruikers daar geen last van ondervinden.

© Stratix 2013


4

Door veranderingen in regelgeving en techniek ontstaan op dit gebied wellicht nieuwe mogelijkheden voor instellingen, naast of in plaats van de twee bestaande toegangsvormen. Dit rapport beschrijft deze ontwikkeling, de relevante stakeholders en de mogelijke kansen voor SURFnet instellingen, en geeft aan welke stappen SURFnet en de instellingen kunnen zetten om de ontwikkeling te versnellen.

1.2

Context

SURFnet heeft als missie “het verhogen van de kwaliteit van het hoger onderwijs en onderzoek, door het stimuleren,

ontwikkelen

en

exploiteren

van

een

geavanceerde,

vertrouwde

en

verbindende ICT-infrastructuur, waarmee de mogelijkheden die ICT biedt, optimaal kunnen worden benut.” Hierbij is specifiek aandacht voor ook draadloze toegang1: “SURFnet richt zich daarbij op het realiseren van een geavanceerde, vertrouwde en verbindende

ICT-infrastructuur.

Deze

ICT-infrastructuur

bestaat

uit

twee

complementaire elkaar versterkende delen, die de komende jaren naar elkaar toegroeien: -

Netwerkinfrastructuur: een hybride fixed-wireless netwerk als basis voor alle samenwerking, dat onbegrensd en efficiënt datatransport realiseert;

-

Samenwerkings-infrastructuur:

grensverleggende

samenwerkingsomgeving

die

systemen, diensten, instrumenten en mensen naadloos verbindt” Het onderwerp van dit rapport moet in het licht gezien worden van het genoemde hybride fixed-wireless netwerk, met de focus op toekomstige efficiënte draadloze netwerken (“hoogwaardige draadloze toegang”), gerealiseerd binnen de SURFnet gemeenschap.

1.3

Probleemstelling

Zowel de op de markt verkrijgbare mobiele diensten als de Wi-Fi netwerken van de instellingen hebben duidelijke voor- en nadelen: Wi-Fi is een effectief middel om hoge bandbreedtes aan een groot aantal gebruikers te leveren, maar een instelling die de volledige campus wil voorzien heeft een zeer groot aantal access points nodig. Bovendien moeten access points vaak verplaatst of uitgebreid worden, bijvoorbeeld vanwege verhuizingen en verbouwingen; Openbare mobiele diensten zijn verkrijgbaar in heel Nederland en in de meeste andere landen, maar ze zijn relatief duur (zeker nu operators weer van “flat-rate” pakketten overstappen op “betalen naar gebruik”) en de bandbreedte is vaak beperkt. Met LTE wordt een bandbreedte van 30 Mbit/s per sector mogelijk (en in de toekomst zelfs nog meer), maar deze bandbreedte moet door een groot aantal gebruikers gedeeld worden.

1

Zie http://www.surfnet.nl/nl/organisatie

© Stratix 2013


5

De vraag is dan ook of nieuwe modellen voor draadloze toegang, mogelijk gemaakt door ontwikkelingen in techniek en regelgeving, waarde toe kunnen voegen voor de bij SURFnet aangesloten instellingen. Als dat zo is, dan is de volgende vraag of deze ontwikkelingen ver genoeg zijn gevorderd om deze modellen nu praktisch implementeerbaar te maken, wellicht in de vorm van pilots of proof-of-concepts.

1.3.1 Effectief aanbieden draadloze toegang Belangrijke uitdaging voor de instellingen is om te zorgen voor een effectieve manier om draadloze toegang in de toekomst aan te bieden.

Idealiter zou er complementair aan de

huidige toegangsvormen een draadloze toegangsvorm moeten komen die op de schaal van een hele campus (enkele kilometers) een basisdekking kan bieden, aangevuld met Wi-Fi op de drukkere plaatsen.

1.3.2 Rol van SURFnet Vanuit de missie van SURFnet ligt het voor de hand dat SURFnet een faciliterende rol speelt bij de introductie van nieuwe draadloze communicatiemogelijkheden op de campus. Wat is de optimale rol van de instellingen en SURFnet bij het stimuleren van efficiënter gebruik van spectrum, specifiek voor onderwijs en onderzoeksinstellingen, maar wellicht ook als voortrekkersrol voor Nederland in het algemeen?

1.3.3 Proof of Concept Indien het op dit moment nog niet haalbaar blijkt om een volledig campus-dekkend netwerk uit te rollen, kunnen de instellingen wellicht al een eerste stap maken in de vorm van een Proof of Concept. Een Proof of Concept (PoC) kan helpen zicht te krijgen op de mogelijkheden en kansen voor de SURFnet doelgroep, maar vooral om de benodigde ontwikkelingen te versnellen. Voordat een Proof of Concept gestart kan worden, zal duidelijk moeten zijn: -

Wat is het doel van de PoC, en welke aspecten moeten daarom worden verkend?

-

Welke technische opties zijn (op dit moment) het meest geschikt?

-

Hoe past een dergelijke PoC binnen de regelgeving?

-

Welke rollen moeten instellingen, leveranciers en SURFnet spelen?

-

Welke partijen moeten als (potentiële) stakeholders worden benaderd?

-

Wat zijn de belangrijkste mijlpalen?

1.4

Scope

Er zijn veel ontwikkelingen op het gebied van draadloze toegang, waaronder onderzoek en ontwikkeling van manieren om spectrum efficiënter in te zetten en om netwerken meer dynamisch te maken, zoals door toepassing van cognitive radio, software defined radio, nieuwe protocollen, en verschillende manieren om interferentie tussen gebruikers te reduceren. Niet al deze ontwikkelingen zijn echter direct relevant voor instellingen binnen de SURFnet gemeenschap.

© Stratix 2013


6

Ander primair en secundair gebruik

White Space Database internet

gebruiker

Communicatie White Space Radio Access Point

Plaats, tijd, frequentie, protocol, etc. afhankelijk van ander primair en secundair gebruik

White Space Radio Client ingebouwd in tablets en laptops

Figuur 1: Secundair gebruik van ongebruikt radiospectrum voor datacommunicatie door middel van een database

Het onderzoek beperkt zich daarom tot die innovaties die (op termijn) van belang kunnen zijn voor het effectief aanbieden van draadloze toegang binnen de SURFnet gemeenschap, waarbij gebruik gemaakt wordt van radiospectrum dat primair voor ander gebruik is bestemd, en waarbij de primaire gebruiker(s) geen last ondervinden van secundair gebruik. Het detecteren van ander gebruik kan

bijvoorbeeld door middel van databases waarin

karakteristieken van primaire (en soms ook secundaire) gebruikers zijn opgeslagen (Figuur 1) of door ‘sensing’, het luisteren naar ander gebruik en gebruikers. (Figuur 2). Zendtijdstippen, gebruikte radiofrequentie(s) en/of de gebruikte protocollen kunnen dan zodanig worden gebruikt dat het primaire gebruik niet wordt gestoord en er waar nodig met andere secundaire gebruikers wordt samengewerkt om de beschikbare frequentieruimte zo efficiënt mogelijk te benutten. Hierbij zijn ook combinaties van de geschetste opties mogelijk. Randvoorwaarde is daarbij dat dit alles toekomstvast kan worden gerealiseerd, op basis van commercieel beschikbare apparatuur, en met (in elk geval in de toekomst) een ruime keuze aan devices. Bij voorkeur moet dit alles mogelijk zijn tegen lagere kosten dan in de huidige situatie.

© Stratix 2013


7

gebruiker

internet


Plaats, tijd, frequentie, protocol, etc. afhankelijk van ander primair en secundair gebruik

White Space Radio Client ingebouwd in tablets en laptops

Sensing Ander primair en secundair gebruik Figuur 2: Secundair gebruik van ongebruikt radiospectrum voor datacommunicatie door middel van ”sensing”

Het onderzoek beperkt zich bovendien tot het medegebruik van spectrum van bestaande vergunninghouders. Dit is zeker niet de enige manier waarop spectrum efficiënter gebruikt kan worden; andere oplossingen zoals HD Wi-Fi worden echter elders al onderzocht.

© Stratix 2013


8

2

Trends in markten en technologie Naast ontwikkelingen in protocollen om steeds meer data te kunnen overzenden met een gegeven stuk spectrum, zijn er ook mogelijkheden om (tijdelijk of ruimtelijk) ongebruikt spectrum te identificeren en te gebruiken. Hiermee wordt het mogelijk om spectrum voor nieuwe toepassingen te gebruiken zonder dat dit ten koste gaat van de bestaande gebruikers. Naast technische uitdagingen (denk aan mechanismen om te bepalen of er ongestoord verzonden kan worden) brengt dit ook juridische uitdagingen met zich mee: vergunningen en regels

moeten

deze

nieuwe

ontwikkelingen

mogelijk

maken,

en

reeds

vergeven

vergunningen moeten wellicht worden aangepast.

2.1

Gebruik en regelgeving

Radio spectrum wordt steeds intensiever gebruikt: het aantal gebruikers en de hoeveelheid verstuurde data nemen toe, en deze toename zal zich naar verwachting voorlopig doorzetten. Omdat spectrum een ‘shared resource’ is, is er al vanaf het begin van de radiocommunicatie een noodzaak om afspraken te maken rond het gebruik hiervan. Historisch gezien leidde dat tot: -

Afspraken

over

wie,

waar,

welke

frequentiebanden

gebruikt,

in

de

meeste

frequentiebanden uiteindelijk leidend tot (zend)vergunningen en licentiestelsels. -

Afspraken voor frequentiebanden waar meerdere gebruikers gebruik van maken over het

gebruik

van

mobilofoonverkeer)

procedures of

en

protocollen

etiquette (bijv.

(bijvoorbeeld

Wi-Fi

of

GSM)

bij

marifoon

zodat

of

dezelfde

frequentieruimte efficiënt kan worden gebruikt. Inmiddels beseffen regelgevende instanties (landelijke overheden, EC) steeds meer dat het exclusief toewijzen van een frequentieband voor specifieke gebruikers en/of specifieke toepassingen naast voordelen ook een aantal nadelen heeft. De vergunninghouder zal immers

de

toegewezen

frequentiebanden

alleen

inzetten

voor

deze

specifieke

gebruikers(groep) en/of specifieke toepassing(en), terwijl er wellicht meer waarde gecreëerd had kunnen worden door de frequenties voor andere gebruikers of toepassingen in te zetten. Efficiëntere technieken worden daarbij om allerlei redenen in veel gevallen niet of nauwelijks toegepast. Zolang een gebruiker voldoende spectrum heeft voor zijn eigen toepassing, heeft hij immers geen reden om te investeren in efficiëntere technologie. Er is ook weinig reden voor bestaande gebruikers om de ‘eigen’ frequentieruimte te delen met anderen, zelfs als er ruimte is; sterker nog, er is vooral een begrijpelijke angst voor ‘harmful interference’ door secundair gebruik. Figuur 3 schetst de verschillende manieren waarop radiospectrum wordt toegewezen, met enkele voorbeelden.

© Stratix 2013


9

Figuur 3 Verschillende mechanismen om radiospectrum te gebruiken of toe te kennen.

In het verleden werd spectrum meestal gealloceerd voor een specifieke techniek, waardoor nieuwere, innovatieve technieken vaak uitgesloten werden. Dit was bijvoorbeeld het geval bij de vorige GSM en 3G veilingen. Inmiddels worden de meeste frequentiebanden “techniekneutraal” uitgegeven, waardoor vergunninghouders beter kunnen innoveren. Mobiele operators mogen bijvoorbeeld zelf bepalen of ze in een gegeven band GSM, UMTS of 4G (LTE) in willen zetten. Ook is er een internationale trend om in bepaalde banden ‘vergunningvrij’ gebruik toe te staan, waarbij algemene eisen het gezamenlijke gebruik in goede banen moeten leiden. Dit kan bijvoorbeeld door eisen te stellen aan het maximale zendvermogen, of aan de manier waarop apparaten rekening met elkaar houden. Wi-Fi en Bluetooth zijn de meest bekende gebruiksmogelijkheden

van

dergelijk

vergunningvrij

spectrum,

maar

ook

babyfoons,

afstandsbedieningen voor garagedeuren, DECT telefoons en draadloze microfoons gebruiken dit type spectrum. Daarnaast zien we een trend om bij licenties rekening te houden met ‘secundair’ gebruik, waarbij bepaalde gebruiksvormen toegestaan worden zolang de ‘primaire’ gebruiker er geen last van heeft. Tot nu toe gaat dit op een vrij statische manier: er worden regels vastgesteld die overal en altijd van toepassing zijn, en dus veel beperkender dan nodig. Maar met name in de VS en het Verenigd Koninkrijk zien we bewegingen naar het toestaan en zelfs faciliteren van secundair gebruik van gealloceerd spectrum op een meer dynamische wijze.

© Stratix 2013


10

Zo is er in het Verenigd Koninkrijk een geolocatiedatabase2, waarmee onder andere PMSE3 gebruikers (gebruikers van draadloze microfoons en dergelijke) een stuk spectrum op een bepaalde plaats en tijd reserveren voor secundair gebruik. In de VS heeft de FCC regels opgesteld voor het gebruik van TV spectrum op plaatsen waar het niet door de gelicenseerde uitzenders wordt toegepast; om hier gebruik van te maken moeten de betreffende devices aan de hand van hun locatie de vrije frequenties opzoeken in een door de FCC goedgekeurde database. Onderstaand plaatje illustreert de informatie die uit een dergelijke database komt:

Figuur 4: output van de Spectrumbridge database; de witte gebieden zijn (in het gekozen frequentiegebied) bruikbaar als “white spaces”

Een complicatie bij deze benadering is de veelzijdigheid van het secundair gebruik: PMSE gebruik is bijvoorbeeld anders van karakter dan Machine to Machine of smartphone gebruik. Dergelijke secundaire gebruikersgroepen gaan niet altijd goed samen, met name door de verschillende tijdsschalen waarop een stukje spectrum ‘gereserveerd’, gebruikt en weer vrijgegeven wordt: PMSE gebruik (draadloze microfoons en dergelijke) vereist een continue, ononderbroken beschikbaarheid van punt-punt connecties gedurende enkele uren; M2M of andere datacommunicatie gebruiken vaak protocollen waarbij een kanaal over de tijd juist voor veel verschillende, kortstondige verbindingen wordt gebruikt.

2 3

http://www.jfmg.co.uk/ PMSE staat voor “Program making and special events”, en wordt gebruikt als verzamelbegrip voor draadloze microfoons en andere draadloze verbindingen ten behoeve van theatervoorstellingen, TV producties en dergelijke

© Stratix 2013


11

2.2

Techniek

De technieken om informatie te verzenden worden steeds efficiënter. Nieuwere varianten van standaarden, met bijvoorbeeld timing optimalisaties (waardoor zender en ontvanger niet nodeloos

“op

elkaar

wachten”

bij

het

overzenden

van

datapakketjes),

betere

modulatietechnieken, en het gebruik van meerdere antennes voor zenden en ontvangen, maken

steeds

robuuster

en

efficiënter

gebruik

van

bestaande

gealloceerde

frequentiegebieden mogelijk. Maar ook het bepalen waar en wanneer in welke frequentieband de informatie wordt verzonden gaat steeds efficiënter. In ‘operator licensed spectrum’ gebeurt dit doordat de operator het spectrum steeds efficiënter kan ‘managen’ door verbeteringen in signalering en door het adaptief omgaan met veranderende netwerkomstandigheden, in combinatie met steeds flexibeler en krachtigere hard- en software van zowel netwerkapparatuur als eindgebruikersapparatuur. In standaarden voor vergunningvrije banden (zoals Wi-Fi) zien we een vergelijkbare ontwikkeling, maar waar bij operator licensed gebruik veel meer hiërarchisch kan worden gewerkt (de operator heeft immers de controle over netwerkapparatuur en deels ook over eindgebruikersapparatuur) wordt in vergunningsvrije banden juist zo goed mogelijk omgegaan met het ontbreken van hiërarchie: elk apparaat is zich er als het ware van bewust dat het rekening moet houden met andere zenders en ontvangers. Dit kan door middel van mechanismes als “sensing” (luisteren naar andere gebruikers) en “back-off” (even wachten om een ander ook een kans te geven). Dergelijke mechanismen zitten in standaarden als Wi-Fi ingebouwd. Overigens worden veel van de meer hiërarchisch georiënteerde technieken uit de ‘operator licensed’ omgeving, ook in de Wi-Fi omgeving gebruikt; dit zijn dan deels gebaseerd op standaarden4, maar voor een groot deel zijn het proprietary oplossingen die door de fabrikanten worden ingebouwd in de Wi-Fi controllers. Binnen een campus zijn de meeste access points immers veelal5 van dezelfde instelling, en kan die instelling dus dezelfde hiërarchische technieken gebruiken die een operator gebruikt. Hoewel grote delen van het spectrum “vol” zitten, zijn er gevallen waarbij primaire gebruikers de gelicenseerde frequentieruimte niet de hele tijd, op elke plaats, in zijn geheel gebruiken. Bekende voorbeelden hiervan zijn TV uitzendingen, en Defensie. TV uitzendingen werken met grote vermogens binnen een bepaald gebied, waarbij de volgende zender pas op grote afstand van dat gebied ingezet kan worden. Daardoor is er tussen de gebieden ruimte over voor secundair gebruik op laag vermogen. Defensie beschikt over een groot aantal frequenties die alleen tijdens oefeningen of in geval van een calamiteit (zoals oorlogstijd) gebruikt worden, en dan alleen op een beperkt aantal locaties. Ook hier is dus ruimte voor ander gebruik.

4 5

Zoals IETF CAPWAP (http://datatracker.ietf.org/wg/capwap/charter/) Soms zijn meerdere instellingen op een campus actief met eigen Wi-Fi netwerken, bijvoorbeeld een Hogeschool en een Universiteit. Dit kan leiden tot suboptimale oplossingen met betrekking tot efficiënt spectrumgebruik.

© Stratix 2013


12

Er zijn initiatieven met als uitgangspunt dat de overblijvende ruimte, de zogenaamde ‘white spaces’, prima op kan worden gevuld door secundaire gebruikers zonder het primaire gebruik te verstoren. Hiervoor is het noodzakelijk dat een secundaire gebruiker vast kan stellen of een gegeven frequentie, op een gegeven locatie en op een gegeven tijdstip, gebruikt kan worden zonder risico voor de primaire gebruiker. Daar zijn technisch verschillende oplossingen voor, gebaseerd op twee mogelijke benaderingen: Een apparaat dat spectrum wil gebruiken zoekt eerst contact met een (statische of dynamische) database die de nodige informatie levert over welk spectrum, onder welke randvoorwaarden (vermogen, protocol, etc.), gebruikt kan worden op die plek en op dat tijdstip; Een apparaat detecteert zelf welk gebruik er in zijn omgeving plaatsvindt in bepaalde frequentiebanden, en bepaalt dan op een ‘slimme’ manier welke frequentie gebruikt kan worden. Deze benadering wordt vaak aangeduid met sensing of met cognitive radio. Ook combinaties van deze twee benaderingen zijn denkbaar (en wellicht zelfs voor de hand liggend, omdat het ook bij een sensing benadering nuttig is als een deel van de informatie al bij voorbaat beschikbaar is). Welke

toepassingen (zoals

dataoverdracht, spraak of videocommunicatie) en welke

bandbreedtes met deze technieken haalbaar zijn, hangt van veel verschillende factoren af, zoals: Welke frequentieruimte wordt gebruikt: niet alleen de hoeveelheid spectrum is hier belangrijk, maar ook de frequentieband. Lagere frequenties zijn geschikter voor langere afstanden bij een gegeven zendvermogen, maar hogere frequenties zijn weer geschikter voor hergebruik, juist omdat ze kortere afstanden overbruggen. Hoeveel gebruikers maken tegelijkertijd gebruik van het spectrum, en welk protocol wordt gebruikt om het spectrum tussen deze gebruikers te verdelen; Welke behoeften hebben andere secundaire gebruikers in dezelfde frequentieband; Hoe ziet de omgeving er uit (bebouwing, beplanting etc).

2.3

Implementaties en initiatieven

Er zijn wereldwijd veel initiatieven voor onderzoek naar manieren om spectrum efficiënter in te zetten. Veel van deze initiatieven zijn vooralsnog geheel theoretisch, of gaan niet verder dan een laboratorium proof-of-concept. Er zijn echter ook diverse ‘live’ pilots op dit gebied uitgevoerd. Zo is in Cambridge in 2011/2012 een pilot uitgevoerd op het gebied van “Super Wi-Fi in TV white spaces”6. Bij deze pilot is aangetoond dat een centrale database benadering technisch mogelijk is, en dat er (op kleine schaal) apparatuur verkrijgbaar is om dit mogelijk te maken. Resultaten van deze pilot hebben geleid tot verbeterde standaarden en tot formeel beleid van Ofcom om dit type toepassing in de toekomst mogelijk te maken.

6

http://www.cambridgewireless.co.uk/docs/Cambridge%20White%20Spaces%20Trial%20%20technical%20findings-with%20higher%20res%20pics.pdf

© Stratix 2013


13

Ook in de Verenigde Staten zijn enkele pilots uitgevoerd, hetgeen zelfs al tot een kleinschalig operationeel netwerk heeft geleid in Wilmington, North Carolina. Ook deze initiatieven gaan uit van een database benadering. Op basis van de ervaringen uit de pilots heeft de FCC de al eerder opgestelde regels voor het gebruik van TV spectrum nog verder verduidelijkt. Ook op andere plaatsen worden momenteel pilots voorbereid, zoals in Singapore 7, Kenya8, en Zuid Afrika9.

2.4

Standaarden

Om nieuwe modellen van gedeeld spectrumgebruik mogelijk te maken, zijn standaarden nodig die beschrijven hoe apparaten met elkaar moeten communiceren, hoe zij toegang krijgen tot de eventueel benodigde databases, en hoe zij uiteindelijk bepalen welk spectrum onder welke voorwaarden gebruikt kan worden. De meest relevante standaarden op dit gebied zijn op dit moment: IEEE 802.11af: Deze standaard wordt ook wel White-Fi of Super Wi-Fi genoemd. Geeft een aantal modificaties op de 802.11 standaard, om deze geschikt te maken voor gebruik in TV white spaces. De standaard gaat uit van een database benadering, waarbij een TV white spaces device niet alleen in de database opzoekt welk spectrum beschikbaar is, maar ook zijn eigen spectrum gebruik in die database registreert zodat andere vergelijkbare devices daar rekening mee kunnen houden. Om dit mogelijk te maken moet een device al verbinding hebben met de database voordat het begint met uitzenden; om die verbinding mogelijk te maken zal een device altijd nog een andere communicatievorm nodig hebben (bijvoorbeeld Wi-Fi of LTE). Status: concept; formele goedkeuring in juni 2014 verwacht. IEEE 802.22 WRAN: Deze standaard wordt soms ook wel Super-Wi-Fi genoemd, ondanks het feit dat er geen Wi-Fi aan te pas komt. Het is een long-range oplossing, die ruraal breedbandtoegang mogelijk moet maken door een combinatie van de sensing en database benaderingen. In tegenstelling tot 802.11af hoeft alleen het access point toegang tot de database te hebben; de overige devices krijgen van het access point te horen welke frequenties gebruikt kunnen worden. Omgekeerd dienen alle devices als sensor, en melden zij aan het access point welke signalen zij waarnemen. Status: gereed en gepubliceerd, producten verkrijgbaar10. IEEE 802.16h-2010: Deze standaard wordt “Cognitive WiMax” genoemd, en bevat coexistentie mechanismen voor WiMax (zowel tussen gelicenseerde en ongelicenseerde WiMax devices, als tussen ongelicenseerde WiMax devices onderling). De standaard gaat uit van een sensing benadering, en vereist dus geen aparte database.

7

http://whitespace.i2r.a-star.edu.sg/TVWS_Workshop/index.html, samen met onder andere KTSwireless als leverancier van apparatuur voor tv white spaces http://www.ktswireless.com/products-and-services/agility-white-space-radio-awr/ 8 http://www.zdnet.com/microsoft-eyes-white-spaces-to-bring-broadband-to-rural-kenya-7000010897/ 9 http://www.tenet.ac.za/about-us/the-cape-town-tv-white-spaces-trial 10 http://www.carlsonwireless.com/products/ruralconnect-ip.html

© Stratix 2013


14

Status: gereed en gepubliceerd11 IEEE 802.21 (Media Independent Handover Mechanisms): Dit is een standaard voor “handover” mechanismen tussen verschillende soorten netwerken. Op zichzelf heeft deze standaard geen verband met gedeeld spectrumgebruik, maar voor een “naadloze” overgang tussen LTE, Wi-Fi, en netwerken op basis van andere standaarden is een dergelijk “handover” mechanisme essentieel12. Status: een eerste versie is in 2008 gepubliceerd, maar deze bevat alleen Wi-Fi, 3GPP (GSM/UMTS/LTE) en WiMax scenario’s. Er wordt gewerkt aan een versie die ook de hier beschreven standaarden ondersteunt. De standaard levert een basis, maar beschrijft geen eenduidige methode om de handover uit te voeren. IEEE 802.19: Dit is een standaard voor technologie-onafhankelijke methoden voor coexistentie tussen verschillende draadloze netwerken. Gebruikt onder andere IETF PAWS. Status: concept, formele goedkeuring herfst 2014 verwacht. IEEE DySPAN SC: Set van standaarden voor Dynamic Spectrum Access Networks. Management van interferentie door middel van coördinatie en informatie-uitwisseling tussen verschillende netwerken en netwerk technologieën. Status: Enkele deelstandaarden al vastgesteld; belangrijkste inhoudelijke standaarden eind 2013 verwacht. IETF PAWS: Standaard voor het opzoeken van en communiceren met een white space database, inclusief de daarvoor benodigde dataformaten. Status: Use cases, requirements en voorgestelde implementatie bijna voltooid. ETSI 301.598 BRAN: Standaard voor het gebruik van White Space Devices in de 470790 MHz band. Implementeert de belangrijkste eisen in de R&TTE directive (EC richtlijn apparatuur). Informatie uitwisseling met een TVWS database. Status: werk gestart in februari 2012, complete draft begin 2013. Weightless SIG: Zelfstandige TV white space standaard, primair bedoeld voor machine to

machine

communicatie,

maar

mogelijk

ook

bruikbaar

voor

breedband

data

toepassingen. Status: voorgedragen voor ETSI RRS, use case definities Ofcom VNS 2188: Voluntary National Specification 2188 White space devices operating in the 470 MHz to 790 MHz band; definieert het interface tussen white space devices en een central database. Het concept voor deze standard is gebruikt voor de TV white spaces pilot in Cambridge, UK, en aangepast op basis van de ervaringen uit die pilot. Status: consultatie wordt afgerond in januari 2013, input voor ETSI BRAN werk.

11 12

(nog) geen producten bekend, maar mogelijk in ontwikkeling in China en/of de VS. Enkele alternatieven zijn Handover Keying (ofwel Hokey, RFC6697) of Mobile IP (MIP)

© Stratix 2013


15

Cognea13: Cognitive Networking Alliance, een consortium voor TV White Spaces standaardisatie. Voornamelijk gefocust op thuisnetwerk applicaties zoals HD content distributie en broadcast access. Status: Inmiddels geratificeerd door ECMA 14 392.

2.5

Bruikbaarheid en ontwikkelstadia

2.5.1 Volwassenheid van technologie Technologieën

en

standaarden

die

kansrijk

zijn

om

gedeeld

spectrumgebruik

te

ondersteunen bevinden zich in verschillende stadia van volwassenheid. Kostenefficiënte, grootschalige uitrol van nieuwe technologieën is over het algemeen pas mogelijk nadat een aantal ontwikkelstadia is gepasseerd. Een bekende indeling van deze ontwikkelstadia is de door Gartner ontwikkelde “Hype cycle”. Veel van de relevante ontwikkelingen bevinden zich op dit moment in dit model op de “Peak of Inflated Expectations”: een veelbelovende techniek is zodanig zichtbaar dat het zinnig lijkt om er gebruik van te maken, terwijl de techniek in wezen nog onvoldoende volwassen is. Onderstaand overzicht geeft een beeld van een aantal direct of indirect relevante ontwikkelingen, technieken en standaarden met een indicatie in welke fase van ontwikkeling deze zich bevinden.

13

http://www.ecma-international.org/publications/standards/Ecma-392.htm, zie ook http://www.ecmainternational.org/publications/files/drafts/tc48-tg1-2009-132.pdf 14 European Computer Manufacturers Association, een private standaardisatie organisatie

© Stratix 2013


16

Technology

Peak of Inflated

Trough of

Slope of

Plateau of

Trigger

Expectations

Disillussionment

Enlightenment

Productivity

Cognitive Radio

802.11u (Wi-Fi roaming) andMultivendor WLAN Controller Protocols

Mesh Networks: Sensor

802.11k-2008 (Radio Resource Management)

802.11n16

Mobile SelfOrganizing Networks

Software-Defined Radio

Tunable Frequency RF Antenna

White spaces: Super Wi-Fi

Wi-Fi Positioning Systems LTE-Advanced WiMAX 802.16m

Time Division-Long Term Evolution

HSPA+ 802.2215

Mobile WLAN access points

Figuur 5: Hype cycle posities voor trends rond shared spectrumgebruik (bron Gartner 2012)

Als we kijken naar de algemene volwassenheid van de componenten die benodigd zijn voor efficiënt medegebruik van spectrum dan valt op dat Cognitive Radio nog aan het begin van de technologische ontwikkeling staat, ondanks het feit dat het gedachtengoed al tientallen jaren bestaat. Onder Cognitive Radio verstaat Gartner echter een combinatie van technieken die verder gaat dan de hier beschreven sensing en database methoden; een cognitive radio volgens Gartner’s definitie kan ook zelf bepalen welke protocollen en modulatietechnieken op elk moment bruikbaar zijn. Deze ontwikkeling staat inderdaad nog in de kinderschoenen, maar eenvoudigere vormen van cognitive radio zoals 802.22 en “Super Wi-Fi” (802.11af) zijn al veel verder. Desondanks zijn ook deze vormen op dit moment nog niet rijp voor massaproductie. Ook protocollen als IEEE DySPAN 1900.x zijn nog volop in ontwikkeling. De voor flexibel gebruik in verschillende frequentiebanden benodigde hardware componenten als Tunable Frequency RF Antennas zijn door Gartner op de Peak of Inflated Expectations

15 16

Gartner positioneert deze technologie nog op de Trough of Disillusionment Gartner positioneert deze technologie nog op de Slope of Enlightenment

© Stratix 2013


17

geplaatst. Software Defined Antennas, antennesystemen die dynamisch kunnen worden aangepast op een manier waarbij goede zend en ontvangstkarakteristieken kunnen worden gewaarborgd bij zeer uiteenlopende frequentiegebieden, zijn vermoedelijk nog een stap verder in de toekomst verwijderd. Gebruik van TV white spaces wordt door Gartner geplaatst in de Trough of Dissillussionment. Protocollen voor Geolocation database access als Ofcom VNS 2188, ETSI 301.598 BRAN en IETF PAWS zijn ook nog volop in ontwikkeling, waarbij de eerste op het ogenblik het meest concreet is en voortbouwt op resultaten van een concrete pilot. Het meest volwassen zijn de meer efficiënte varianten van bestaande protocollen in licentievrije banden, zoals 802.11n. Deze protocollen bevatten weliswaar een deel van de beschreven ‘cognitive’ technologieën (met name de sensing en backoff mechanismes), maar ze zijn specifiek toegespitst op gedeeld gebruik in banden waarvan voornamelijk of uitsluitend Wi-Fi toepassingen gebruik maken17.

2.5.2 Status vergunningsregime Voor gebruik van spectrum worden vanuit de overheid voorwaarden gesteld. Veelal zijn stukken spectrum door middel van een vergunning vergeven aan een bepaalde partij (zoals banden voor radio en TV, of voor telecomtoepassingen). In andere gevallen wordt toestemming verleend op basis van het type gebruik, onder bepaalde voorwaarden (zoals het gebruik van Wi-Fi en DECT18). Meestal wordt hierbij Europese regelgeving als uitgangspunt genomen. Delen van het radiospectrum zijn niet beschikbaar voor commercieel of vrij gebruik vanwege gebruik door overheidsdiensten (politie, hulpdiensten, defensie) en een groot scala aan andere toepassingen zoals onder andere radioastronomie of radioamateurs. Medegebruik van spectrum is in een aantal gevallen nu al mogelijk. Een voorbeeld is het DVB-T spectrum, waarbij het primaire gebruik bestaat uit digitale televisie, en PMSE equipment het spectrum als secundaire gebruiker “deelt” met de primaire gebruiker. PMSE gebruikt hier (afhankelijk van de locatie binnen Nederland) de “white spaces” in het spectrum19. Dit werkt omdat de secundaire gebruiker in feite “zelf regulerend” is ten opzichte van elkaar en ten opzichte van de primaire gebruiker: de PMSE gebruikers zullen altijd zelf een white space zoeken, omdat hun toepassing niet zal werken indien ze een te sterk (“stoor”) signaal van de primaire gebruiker ondervinden. Omgekeerd zenden veel PMSE apparaten uit op dusdanig lage vermogens dat ze niet snel zelf storingen zullen veroorzaken. Voor apparaten met een hoger vermogen zijn in verschillende delen van het land specifieke kanalen gereserveerd.

17

Wel is er in de Wi-Fi standaard een ‘sensing’ mechanisme voor radar opgenomen. Zie voor een uitgebreid overzicht http://www.agentschaptelecom.nl/binaries/content/assets/agentschaptelecom/Folders-enbrochures/brochure-vergunningsvrije-radiotoepassingen.pdf 19 De PMSE gebruikers hebben eigen databases om white spaces in kaart te brengen maar dit is niet gestandaardiseerd. 18

© Stratix 2013


18

Voor dynamisch medegebruik van spectrum zijn er in Nederland verder nog weinig concrete mogelijkheden, maar het Agentschap Telecom heeft in het verleden al aangegeven positief te staan tegenover het uitgeven van experimentele licenties (bijvoorbeeld voor een Proof of Concept). In de praktijk zal pas na een concrete aanvraag blijken hoe deze licenties vormgegeven zullen worden. Verenigde Staten In de Verenigde Staten is het zoals eerder vermeld al toegestaan om TV spectrum te gebruiken op plaatsen waar het niet door de vergunninghouder wordt gebruikt. Voorwaarde is dat gebruik gemaakt wordt van gecertificeerde database diensten en apparatuur; inmiddels heeft de FCC een aantal aanbieders van dergelijke diensten en een aantal apparaten gecertificeerd. Verder is er in de Verenigde Staten vanuit de “National Telecommunications and Information Administration (NTIA) een commissie ingesteld om te kijken naar mogelijkheden om banden te her-alloceren vanuit overheidsgebruik naar particulier of gedeeld gebruik. Een concrete stap is dat er wordt gekeken naar regelgeving om sharing van spectrum tussen Mobiele operators en de overheid zelf (Defensie en andere overheidsinstellingen) mogelijk te maken. Verenigd Koninkrijk In het Verenigd Koninkrijk heeft Ofcom gedeeld gebruik van radiospectrum voor PMSE in TV white spaces gereguleerd door het (laten) instellen van een database door JFMG. Deze database wordt gebruikt om te beslissen welke kanalen voor PMSE kunnen worden gebruikt. Bij gebruik van draadloze microfoons dient een license fee betaald te worden en dient te worden aangegeven op welk tijdstip en waar de draadloze apparatuur wordt gebruikt in de database, zodat deze naast de meer statische informatie omtrent DVB-T ook het secundaire gebruik bevat waardoor steeds een actueel overzicht beschikbaar is. Dit is in feite een handmatige versie van de database benadering; een volgende stap zal zijn dat de koppeling tussen apparatuur en databases automatisch verloopt. Ofcom heeft inmiddels regels opgesteld voor een dergelijke koppeling, mede op basis van de ervaringen uit de pilot in Cambridge. Singapore In Singapore worden een aantal pilots voorbereid op het gebied van gedeeld gebruik van TV white spaces voor het aanbieden van breedband. Hiertoe heeft de overheid (de Infocomm Development Authority of Singapore, of IDA) in september 2012 een drietal pilot-licenties toegekend. Vanuit de IDA wordt ook de database gevoed met white spaces die onder de pilot-licenties gebruikt mogen worden.

2.5.3 Beschikbaarheid apparatuur Veel van de hier beschreven technologieën staan nog ver van productie af, en zullen waarschijnlijk pas over 5 tot 10 jaar “standaard” ingebouwd zullen zijn in laptops en andere apparaten. De nu beschikbare apparatuur bevindt zich veelal nog in de prototype fase, is relatief groot en duur, en wordt nog niet in grootschalige serieproductie geproduceerd.

© Stratix 2013


19

Massaal gebruik is daardoor nog niet erg voor de hand liggend, wel is met dit soort apparatuur een Proof of Concept uitvoerbaar. Enkele voorbeelden van beschikbare apparatuur op dit gebied staan hieronder weergegeven: White space access points en clients in de 470-698 MHz band Adaptrum “ACRS 1.0”; KTS Wireless “AWR”20; verkrijgbaar voor ongeveer 1500$ per unit; Carlson Wireless “RuralConnect”;.

Figuur 6: v.l.n.r. Adaptrum, KTS Wireless en Carlson Wireless client devices

De eerste twee producten (van Adaptrum en KTS Wireless) zijn in de VS door de FCC goedgekeurd; deze producenten hebben beide ook apparatuur geleverd voor de Cambridge pilot. Dergelijke apparatuur zou wellicht ook in Nederland inzetbaar zijn. De Adaptrum en KTS Wireless producten werken volgens proprietery standaarden. De huidige versie van de Carlson Wireless RuralConnect gebruikt de Weightless standaard. Compliance van de RuralConnect met

802.22 en 802.11 af standaarden is gepland voor

toekomstige versies. Geolocation Database services Deze diensten zijn momenteel niet beschikbaar in Nederland, maar de aanbieders zijn wellicht bereid om diensten uit te breiden naar NL, of om licenties en know-how te verkopen om deze benadering ook in Nederland mogelijk te maken. Telcordia (VS) Spectrum Bridge (VS) JFMG (VK) Hoewel er negen partijen bij de FCC geregistreerd zijn om database diensten te leveren, zijn de twee eerstgenoemden (Telcordia en Spectrum Bridge) de enige twee die tot nu toe goedgekeurd zijn. JFMG levert in de VK database diensten voor PMSE. Software defined radio Naast de apparatuur die specifiek op white spaces gericht is, is er op kleine schaal ook software

defined

radio

apparatuur

beschikbaar.

Deze

apparatuur

is

wellicht

met

aanpassingen geschikt te maken voor gebruik in white spaces. De meest bekende apparatuur op dit gebied is momenteel:

20

http://www.ktswireless.com/products-and-services/agility-white-space-radio-awr/

© Stratix 2013


20

USRP N210 (kost ongeveer 2000$, excl software); Radio Technology Systems (kost 5000$).

Figuur 7: software defined radio: links de USRP N210, rechts de Radio Technology Systems

Andere software defined radio apparatuur is wel beschikbaar, maar werkt uitsluitend in veel lagere banden en levert daardoor slecht beperkte bandbreedte.

2.5.4 Ervaringen uit initiatieven elders Naast bovengenoemde commercieel verkrijgbare apparatuur, is er nog een op IEEE 802.22af draft standaard gebaseerd prototype door het Japanse National Institute of Information and Communication Technology (NICT)21 ontwikkeld. Hiermee is inmiddels enige ervaring opgedaan, in combinatie met een White Space Database22. In de Cambridge TV White Spaces trial is aangetoond dat White Spaces voor een aantal applicaties kunnen worden gebruikt, zoals breedbandtoegang in rurale gebieden en M2M applicaties. In Cambridge bleken tussen de 15 en 20 TV white space kanalen van ieder 8 MHz beschikbaar voor een totaal beschikbare bandbreedte tussen 120-160 MHz voor secundair gebruik met 1W of minder zendvermogen. Gebruik van een geolocatie database bleek een praktische manier om sharing toe te passen, en daarbij niet alleen storingen van de primaire applicatie (digitale televisie) maar ook storingen tussen verschillende ‘secundaire’ toepassingen (inclusief PMSE gebruik bij o.a. lokale theaters) te vermijden. Hierbij was het voordeel dat in het Verenigd Koninmkrijk reeds een geodatabase voor PMSE in TV white spaces aanwezig en in gebruik was. De pilot toonde aan dat op deze manier dataverbindingen met bitrates tussen 2Mb/s en 13 Mb/s mogelijk zijn23. In de pilot werd tevens duidelijk dat niet alle (DVB-T) TV ontvangers even robuust zijn met betrekking tot interferentie van whitespace devices. Op basis van de pilot werd de aanbeveling gedaan dat nader onderzoek nodig is hoe interferentie tussen White Space Devices en PMSE apparatuur verder te minimaliseren. Veel projecten op dit gebied, zoals ook veel van de FP7 projecten, bevinden zich in een (wetenschappelijke) onderzoeks- of hoogstens prototyping fase. Van de aangekondigde pilots is voornamelijk de pilot in Cambridge interessant, omdat daadwerkelijk in een real-life

21

http://www.redorbit.com/news/entertainment/1112714417/worlds-first-tv-white-space-wifiprototype-based-on-ieee/ 22 http://www2.nict.go.jp/wireless/smartlab/news/2012_06_07.html 23 Het aantal gebruikers en verbindingen was zeer beperkt. Voor meer gebruikers zullen dus lagere getallen gelden.

© Stratix 2013


21

situatie een aantal concrete resultaten heeft opgeleverd, ook al is ook deze pilot zeer kleinschalig van opzet. De Singapore White Spaces pilot24 is nog in de opstartfase; de resultaten hiervan zullen zeker interessant zijn om mee te nemen in toekomstige beslissingen.

2.5.5 Conclusies voor gebruik in Nederland

White Space Database Database structuur en beheer Database Access Protocol

internet

gebruiker


Randvoorwaarden Protocollen Frequentiegebieden

Flexibele Platformen Software Defined Radio Tunable Frequency Antennas

Sensing

White Space Radio Client

Wi-Fi of fixed

Toekomst: dongel of Inbouw in tablets of laptops

Ander primair en secundair gebruik Figuur 8: Belangrijke deelaspecten van effectief shared spectrumgebruik die nog volop in ontwikkeling zijn

Zoals uit het voorgaande blijkt, is de situatie nog niet ideaal voor grootschalige uitrol: voorlopig wordt nog gebruik gemaakt van dure, speciale apparatuur en nog niet gestandaardiseerde protocollen. Bovendien zijn de bandbreedtes die geboden kunnen worden nog niet zodanig dat de meeste gebruikers hiermee tevreden zouden zijn. Er zijn wel veelbelovende ontwikkelingen in hardware en software platformen die flexibel ingezet kunnen worden door gebruik in verschillende frequentiegebieden, en die verschillende protocollen op radio-, transport en signaleringslagen ondersteunen, maar ook deze zijn nog niet in een voldoende volwassen stadium. Daarnaast zijn randvoorwaarden op het gebied van regelgeving nog onvoldoende duidelijk en nog aan verandering onderhevig. Een Proof of Concept van kleinschalig omvang is echter wel haalbaar.

24

http://whitespace.i2r.a-star.edu.sg/

© Stratix 2013


22

De eerder genoemde pilots en proof of concepts tonen aan dat er zeker mogelijkheden zijn op het gebied van shared gebruik van White Spaces. Niet alle bevindingen zijn echter relevant in de Nederlandse situatie: -

DVB-T wordt in Nederland intensiever gebruikt, waardoor er in sommige opzichten mogelijk minder white space ‘overblijft’.

-

Dit geldt ook voor spectrumgebruik in het algemeen: gebruiksintensiteit en de verschillen hierin zijn moeilijk te vergelijken met de situatie in landen als de VS.

-

In Nederland is geen PMSE licentiepraktijk met fees per gebruik

-

Er is in Nederland nog niet of nauwelijks regulering van White Space gebruik voor breedband datagebruik of gebruik in rurale gebieden.

Wel is er welwillendheid bij Agentschap Telecom met betrekking tot het uitgeven van testlicenties.

© Stratix 2013


23

3

Implicaties voor de SURFnet community Voor de bij SURFnet aangesloten instellingen betekenen de hiervoor geschetste trends dat er nieuwe mogelijkheden ontstaan om draadloze communicatie voor de gebruikers te organiseren. Op termijn kunnen instellingen op een effectieve manier meer draadloze dekking bieden op de campus, als aanvulling op de huidige Wi-Fi netwerken en op de bestaande mobiele diensten. Door met hogere vermogens en lagere frequenties te werken dan met Wi-Fi toegestaan is, is het mogelijk om met een beperkt aantal basisstations een goede dekking te realiseren over een groot gebied. Daar staat tegenover dat de bandbreedte van een dergelijk netwerk beperkt zal blijven, zodat er nog steeds behoefte zal blijven aan een Wi-Fi netwerk.

3.1

Lange termijn opties voor de SURFnet community

3.1.1 Stakeholders en hun belangen Diverse stakeholders spelen een rol bij de geschetste mogelijkheden. De belangen van deze stakeholders lopen uiteen. Instellingen Instellingen hebben belang bij manieren om op een betrouwbare, veilige en kosten efficiënte wijze een goede dekking van draadloos breedband kunnen realiseren voor hun medewerkers en studenten. Binnen de instellingen is met name de IT afdeling een belangrijke stakeholder; in het algemeen zal deze streven naar een goede dienstverlening met een minimum aan investeringen maar ook met zo laag mogelijke beheerskosten. Medewerkers en studenten Medewerkers

en

studenten

hebben

belang

bij

een

kwalitatief

hoogwaardige

breedbanddekking, waarbij het gemak van gastgebruik bij andere instellingen, single sign-on (eduroam) en session handovers belangrijk zijn, en waarbij bij voorkeur de eigen kosten worden beperkt. SURFnet SURFnet kan op verschillende manieren bijdragen aan de geschetste ontwikkelingen. SURFnet kan als kennisbroker en mediator optreden, en de instellingen ondersteunen bij het inrichten van draadloze netwerken. SURFnet zou echter ook een actievere rol op zich kunnen nemen, door bijvoorbeeld de gezamenlijke inkoop van innovatieve draadloze apparatuur te organiseren en mee te werken aan pilot implementaties. Leverancier van apparatuur De leverancier heeft er belang bij om de flexibiliteit van hun apparatuur in verschillende situaties te demonstreren en te verbeteren in een real-life situatie. Samenwerking met onderzoeksinstituten kan voor een win-win situatie zorgen, maar vereist wel enige aandacht

© Stratix 2013


24

omtrent hoe om te gaan met Intellectual Property en met publiek geld verkregen kennis. Ook kunnen sommige leveranciers gevoelig zijn voor de belangen van (mobiele) network operators, als dit belangrijke klanten zijn. Landelijke overheid Voor de overheid is het van belang om te zorgen voor mogelijkheden voor bedrijven, instellingen en particulieren om zo efficiënt mogelijk draadloze toegang in te kunnen richten. Daar staat tegenover dat ook de belangen van licentiehouders door de overheid gewaarborgd dienen te worden, en dat allerlei partijen (bijvoorbeeld van oudsher) aanspraak maken op delen van het spectrum. Momenteel zijn er in Nederland nog nauwelijks echte pilots op het gebied van Cognitive Radio en Shared spectrum, zodat de mate waarin de overheid de diverse belangen afweegt zich nog moet uitkristalliseren. Het Agentschap Telecom, dat verantwoordelijk is voor de uitvoering van het spectrumbeleid in Nederland, heeft in het verleden al interesse getoond voor de hier beschreven nieuwe mogelijkheden.

Het

Agentschap

kan

deze

ontwikkeling

faciliteren

door middel

van

experimentele licenties, maar voor een meer permanente licentie zal een wijziging in het Nationaal Frequentieplan nodig zijn. Hier zal het Ministerie van Economische zaken bij betrokken moeten zijn. Primaire Licentiehouders van spectrum dat in aanmerking komt voor sharing Bij een model waarbij spectrum wordt “geshared” dat op andere locaties of op andere tijdstippen is bestemd voor een (primaire) licentiehouder, ligt het voor de hand dat deze licentiehouder zal willen waken voor interferentie met zijn “primaire” gebruik. Deze partijen zullen niet per sé negatief staan tegenover een pilot in het kader van “hergebruik spectrum”, maar het is voor deze partijen van belang dat de sharing dusdanig wordt vormgegeven dat zij er geen hinder van ondervinden. Sommige primaire gebruikers hebben echter nog een ander belang. Deze partijen hebben in de recente veiling veel geld betaald voor het alleenrecht om spectrum voor mobiele diensten te mogen gebruiken, terwijl de genoemde ontwikkeling het voor partijen in potentie eenvoudiger maakt om een concurrerende dienst aan te bieden aan zichzelf of aan anderen. Voor de primaire gebruiker kan dat een reden zijn om dergelijke ontwikkelingen niet te steunen. PMSE gebruikers PMSE gebruikers maken van oudsher ook gebruik van white spaces en zien de ruimte die voor hen is ‘gereserveerd’ slinken. Zij zijn dan ook beducht voor verdere inperking van mogelijkheden door ander alternatief gebruik van hetzelfde spectrum. PMSE gebruik is anders van karakter dan datagebruik: storingsvrij langdurig overbrengen van (soms Hi-Fi stereo) met minimale latency verhoudt zich mogelijk slecht met “bursty” dataverkeer in dezelfde frequentieruimte. Wel is er een gezamenlijk belang bij goede

© Stratix 2013


25

regelingen voor efficiënt gebruik zonder ‘harmful interference’. Bovendien zijn onderwijs en onderzoeksinstellingen zelf vaak ook (op kleine schaal) PMSE gebruikers. Overig Andere stakeholders kunnen zich aandienen, zoals gemeenten (bijvoorbeeld bij opstelpunten buiten), subsidieverstrekkers (waarbij subsidie onder bepaalde voorwaarden of met een bepaald

doel

is

verleend),

standaardisatieorganisaties,

onderzoeksorganisaties

met

aanvullende onderzoekswensen, etc.

3.1.2 Barrieres Hoewel flexibel medegebruik van spectrum veel voordelen kan hebben, zijn er nog wel enkele barrières te overwinnen voordat een dergelijk model grootschalig geïmplementeerd kan worden: -

Gebrek aan geschikte frequenties: o

Omdat Nederland een relatief fijnmazig DVB-T netwerk kent, is het hergebruik in ‘white spaces’ van televisiekanalen lastiger dan in veel andere landen.

o

Bestaande gebruikers van andere banden (zoals militaire gebruikers) zullen hun alleenrecht op gebruik van deze banden essentieel achten.

o

Waar white space gebruik mogelijk is en de behoefte relatief hoog is (vaak in stedelijke gebieden), wordt met name door PMSE al zeer intensief gebruik gemaakt van ‘overblijvend’ spectrum.

-

Gebrek aan geschikte regelgeving: o

De Nederlandse wetgeving en bestaande licenties zijn nog niet voldoende op toegerust op de hier beschreven ontwikkelingen. Wel is er in de herziening van de Telecomwet van mei 2012 (ingegaan in maart 2013) geregeld dat in het

Nationaal

Frequentieplan

(NFP)

zal

worden

aangegeven

waar

medegebruik is toegestaan, en is voorzien in een frequentieregister waarin beschikbaarheid

van

frequentieruimte

voor

secundair

gebruik

ook

is

opgenomen. Maar het is onduidelijk wanneer dit allemaal effectief bruikbaar wordt, en voor welke banden en onder welke voorwaarden dit toegestaan zal worden. -

Mogelijke tegenstand van vergunninghouders, uit commerciële overwegingen: o

Vergunninghouders hebben geen direct belang bij medegebruik.

o

De data die (gratis) uitgewisseld werd had ook (betaald) over de andere diensten van vaak dezelfde vergunninghouders kunnen worden uitgewisseld.

-

Gebrek aan voldoende volwassen apparatuur en software: o

Form factor: de apparatuur is vooralsnog onder andere te groot, te zwaar, onhandig of verbruikt te veel energie. Vooralsnog is er geen apparatuur beschikbaar die eenvoudig in laptops ingebouwd kan worden, maar alleen nog (relatief grote/zware) apparaten die via Wi-Fi toegang kunnen bieden aan eindgebruikersapparatuur.

o

Standaarden: veel van de benodigde standaarden zijn nog in ontwikkeling en de apparatuur is dan ook nog niet voldoende gestandaardiseerd. Het is ook

© Stratix 2013


26

nog niet duidelijk welke standaarden zullen komen ‘bovendrijven’ en waar dus op ingezet zou moeten worden. o

Bitrates:

de

bandbreedte

momenteel voor

bestaande

breedbandige

apparatuur

toepassingen.

De

biedt

onvoldoende

apparatuur

komt

momenteel meestal niet verder dan enkele Megabits per seconde per access point.

3.1.3 Mogelijke lange termijnrollen voor SURFnet SURFnet kan op verschillende manieren bijdragen aan het faciliteren van efficiënte draadloze communicatie voor de SURFnet gemeenschap. Daarbij zijn de volgende rollen voor SURFnet denkbaar: Kennisbroker Door haar speciale rol in de gemeenschap kan SURFnet goed een rol spelen op het gebied van kennisdeling over draadloze netwerken . SURFnet kan seminars organiseren, zorgen dat er genoeg “in house” kennis over innovatieve draadloze toepassingen zijn, en kan een rol spelen bij het faciliteren van kennisuitwisseling zodat universiteiten van elkaar leren op het gebied van de meest efficiënte inzet van spectrum en de beste manier om hoogwaardige draadloze toegang tot internet te faciliteren. Ondersteuning inrichting draadloze netwerken Als verdergaande stap is kan SURFnet faciliterend optreden richting instellingen die zelf op de campus een netwerk uit willen rollen. SURFnet kan helpen bij inrichting van de nodige randvoorwaardelijke zaken zoals access control (bijvoorbeeld in combinatie met eduroam), of kan als centrale organisatie een rol spelen in vaststellen van architectuur, meedenken bij technologie, protocol en apparatuurkeuzes. Organiseren van gezamenlijke inkoop van innovatieve draadloze apparatuur De hier beschreven technische opties zijn nog geen gemeengoed. De apparatuur is daarom ook niet breed verkrijgbaar, en het organiseren van de inkoop van deze apparatuur (zowel in een PoC stadium als bij latere uitbreiding tot productienetwerk) zal een hoog kennisniveau vereisen. Om te voorkomen dat elke instelling dit proces afzonderlijk door moet, zou SURFnet de apparatuur kunnen inkopen (wellicht in combinatie met het volgende punt). SURFnet als Pilot-enabler en aanbieder/uitvoerder van Pilots SURFnet kan er ook zelf voor kiezen pilots te organiseren in een “test-omgeving”, waarbij steeds met een kleine gebruikersgroep de nieuwste draadloze technologieën worden uitgeprobeerd en geëvalueerd. SURFnet kan hierbij ook een actieve rol spelen bij verdere ontwikkeling van technologieën, en kan indien een technologie geschikt wordt bevonden deze voor verdere uitrol aanbieden aan beheerders van draadloze toegang, bijvoorbeeld universiteiten.

© Stratix 2013


27

SURFnet als aanbieder van hoogwaardige draadloze toegang Naast het uitvoeren van eerder genoemde zaken kan SURFnet er ook voor kiezen een actieve operator rol te gaan spelen door, parallel aan het aanbieden van hoogwaardige vaste toegang, activiteiten uit te breiden met het aanbieden van hoogwaardige draadloze verbindingen (met hoge bandbreedtes en lage latencies) aan de SURFnet gemeenschap. Het zelf operationeel hebben van een eigen hoogwaardig draadloos toegangsnetwerk biedt kansen om snel in te springen op nieuwe ontwikkelingen door als een van de eerste

de

nieuwste technologieën uit te rollen in haar netwerk, bijvoorbeeld op een campus. Op deze manier kan SURFnet beschikken over een actieve gebruikersgroep waardoor a) deze gebruikers steeds beschikken over de meest moderne vorm van draadloze toegang, en b) nieuwe en moderne technologieën zoals concepten uit CR snel kunnen worden uitgerold in een “real-life” pilot (i.p.v. een PoC in een lab), waardoor innovaties en innovatieve aanbieders van hardware kunnen beschikken over een katalysator voor het kick-starten van een nieuwe feature of zelfs een hele nieuwe technologie.

3.2

Korte termijn noodzaak voor uitvoeren Proof of Concept

Om de hiervoor genoemde barrières verder te verkennen en zoveel mogelijk weg te nemen is het uitvoeren van een Proof of Concept zinvol. Hiermee kan de SURFnet gemeenschap de ontwikkeling van geschikte regelgeving helpen versnellen, de leveranciers prikkelen om betere apparatuur te produceren, en de zorgen van primaire gebruikers over mogelijke interferentie voor een deel wegnemen. Een dergelijke Pilot of Proof of Concept voor de korte termijn zou kunnen bestaan uit een pilot voor het aanbieden van draadloze netwerktoegang op een campus van een universiteit of hogeschool als aanvulling op bestaande toegangsmogelijkheden via Wi-Fi of LTE. Binnen een dergelijke pilot kunnen een aantal aspecten onderzocht worden zoals de praktische haalbaarheid van co-existentie op reeds gelicenseerd spectrum, en de eventuele politieke, organisatorische of economische bezwaren. Daarnaast kunnen binnen een dergelijke pilot ook secundaire onderzoeks-aspecten worden meegenomen, zoals de haalbaarheid van een database-approach en mogelijkheden van integratie van een (nieuwe) white spacebreedband dienst met bestaande Wi-Fi of LTE diensten (denk aan handovers en single signon).

© Stratix 2013


28

4

Invulling Proof of Concept Een Proof of Concept voor de korte termijn zou kunnen bestaan uit een beperkt aantal access points en gebruikersapparaten op een campus van een universiteit of hogeschool, als aanvulling op bestaande toegangsmogelijkheden via Wi-Fi of LTE. Om een dergelijke Proof of Concept (PoC) te verwezenlijken zal een samenwerking tussen instelling,

en SURFnet,

eventueel aangevuld met een apparatuur leverancier, nodig zijn, vergelijkbaar met de lopende LTE pilots. Gezien de maximale uitgifteduur van vergunningen ten behoeve van experimenten van een half jaar, is een nauwe samenwerking met Agentschap Telecom aan te raden; de vergunning zal pas in moeten gaan op het moment dat de betreffende partijen klaar zijn om daadwerkelijk met de Proof of Concept te beginnen.. Bij het zoeken naar partners moeten de belangen van de in 3.1.1 genoemde stakeholders in het achterhoofd gehouden worden. Het partneren met een mobiele operator (of MVNO) ligt bijvoorbeeld niet voor de hand: het is immers niet in het belang van deze partijen om te helpen aantonen dat goedkoop of gratis gebruik van hun ongebruikt maar ‘dure’ radiospectrum mogelijk is. Dit geldt ook voor de huidige vergunning houder van het DVB-T spectrum, KPN, aangezien deze tevens een mobiele operator is. Doel van de PoC zal primair moeten zijn om de praktische, technische en juridische haalbaarheid van co-existentie op reeds gelicenseerd spectrum daadwerkelijk aan te tonen, en de eventuele politieke of bedrijfsmatige bezwaren te identificeren. Daarnaast kan een aantal secundaire onderzoeksaspecten worden meegenomen, zoals de haalbaarheid van een (geo location) database approach en de mogelijkheden van integratie van een (nieuw) white space-breedband dienst met bestaande Wi-Fi of LTE diensten (denk aan handovers en “single sign-on”). Omdat een deel van de benodigde protocollen nog in ontwikkeling is en met name de flexibiliteit van hardware voor eindgebruikersapparatuur nog beperkt is, is het zinvol om de PoC beperkt te houden in omvang. Op dit moment heeft het bevorderen van innovatie en opdoen van ervaring dus prioriteit boven een uitgebreide dekking. De gebruikersapparatuur zal vooralsnog bestaan uit losstaande apparaten die via gedeeld spectrum contact houden met een access point, en bijvoorbeeld via Wi-Fi toegang bieden aan de eigenlijke devices van de

eindgebruikers.

Op

basis

van

‘lessons

learned’,

voortschrijdende

technologische

ontwikkelingen, en bredere beschikbaarheid van apparatuur kan in een volgende stadium alsnog een grootschaliger netwerk uitgerold worden, wellicht met een andere technische invulling. Een Proof of Concept kan zo als ‘breekijzer’ dienen om zowel aan de instellingen als aan andere betrokkenen te tonen dat gebruik van gelicenseerd maar ongebruikt radiospectrum ook in Nederland mogelijk is, zonder dat de primaire gebruiker hiervan last ondervindt; daarmee kan de druk op de overheid worden opgevoerd om dit in regelgeving mogelijk te maken. Voor gebruik van reeds gelicenseerd spectrum zal een experimenteer-vergunning vanuit het AT nodig zijn. Het AT heeft eerder aangegeven open te staan voor experimenten met Cognitive

Radio,

© Stratix 2013

maar

heeft

vooralsnog

geen

aanvragen

van

partijen

voor


een

29

experimenteer-vergunning gekregen. De duur van een dergelijke vergunning is maximaal een half jaar. Deze pilot zal duidelijk maken welke uitdagingen er spelen bij het verkrijgen van een vergunning, en daarmee indirect helpen dit proces in de toekomst te verbeteren. Bovendien kan door het actief inzetten van apparatuur de standaardisatie worden versneld en de beschikbaarheid van apparatuur worden verbeterd. Daarbij moet waar nodig wel pragmatisch worden afgeweken van het ideaal: Wi-Fi en GPS ontvangers zijn ook begonnen als aparte, grote apparaten en zijn pas veel later als chip in apparaten ingebouwd. SURFnet kan bij de Proof of Concept een rol spelen als initiërende en coördinerende partij en als gezamenlijk aanspreekpunt voor andere stakeholders, en daarbij helpen om de belangen van de SURFnet instellingen bij de overheid voor het voetlicht te brengen. Ook kan SURFnet de Proof of Concept zoveel mogelijk inpassen in een langere termijn visie, bijvoorbeeld ten aanzien van single sign-on (eduroam).

4.1

Onderzoeksaspecten

4.1.1 Primaire onderzoeksaspecten Primair zal de PoC inzicht moeten geven in de mate waarin het mogelijk is om gelicenceerd doch lokaal ongebruikt spectrum in te zetten voor het aanbieden van breedbandige diensten, in zowel technische, organisatorisch, als juridische opzichten. Voorwaarden haalbaarheid co-existentie binnen bepaald spectrumgebied De PoC zal gebruik kunnen maken van lokaal ongebruikt spectrum, waarbij de primaire licentiehouder geen hinder zal mogen ondervinden. Hiermee kan, mits succesvol,

worden

aangetoond dat al uitgegeven spectrum veel efficiënter benut kan worden doordat secundaire gebruikers lokaal en onder voorwaarden spectrum kunnen gebruiken dat anders onbenut was gebleven. De PoC dient meer inzicht te geven in wat binnen deze kaders mogelijk

is

met

betrekking

tot

de

verhouding

tussen

gebruikersaantallen,

gebruikskarakteristieken, haalbare bandbreedtes, quality of service, celgrootte(s) etcetera. Onderzoeken welke belemmeringen er zijn voor dergelijke type oplossingen De PoC zal moeten aantonen wat de belemmeringen en uitdagingen zijn op het gebied van techniek

(hardware,

software,

protocollen,

standaardisatie),

organisatie

en

beheer,

daadwerkelijke gebruikservaringen, en invloeden van de primaire gebruiker(s) en andere stakeholders zoals PMSE gebruikers (draadloze microfoons e.d.). Deze uitdagingen kunnen nu wel theoretisch onderzocht worden, maar ze komen pas werkelijk aan het licht in een real life situatie. Onderzoeken welke kansen er zijn voor dergelijke type oplossingen Door middel van de PoC kan onderzocht worden welke voordelen gebruikers ondervinden door de beschikbaarheid van deze techniek. De PoC kan bovendien als platform dienen voor nieuwe ontwikkelingen of gebruiksmogelijkheden van deze techniek. Een aantal hiervan zijn in de volgende paragraaf omschreven als secondaire onderzoeksaspecten.

© Stratix 2013


30

4.1.2 Secondaire onderzoeksaspecten De inrichting van een operationeel netwerk voor field-tests op een campus biedt additionele mogelijkheden voor het onderzoeken van een aantal van de concepten zoals deze omschreven zijn in Hoofdstuk 2. Deze “secundaire onderzoekaspecten” worden mogelijk gemaakt doordat er een PoC netwerk is ingericht voor de primaire onderzoeksaspecten. De haalbaarheid van deze secundaire onderzoeksaspecten hangt af van de precieze invulling van het netwerk; wellicht zullen ze dus niet allemaal gerealiseerd kunnen worden. Proof of Concept database benadering Zoals geschetst in hoofdstuk 2 is één mogelijke benadering voor het gebruik van TV white spaces gebruik van een database aan de hand waarvan een device kan bepalen welk spectrum op de huidige locatie bestempeld kan worden als “white”, of welk spectrum op die locatie beschikbaar is voor een bepaalde technologie. De PoC zou dit concept kunnen testen, bijvoorbeeld door dezelfde apparatuur op diverse locaties in te zetten en het gedrag van de apparatuur te monitoren. Ook kan onderzocht worden in hoeverre het zinvol is om naast primair gebruik ook secundair gebruik in de database op te nemen (zoals PMSE, en het PoC netwerk zelf). Met andere woorden: hoe statisch of dynamisch zal zo’n database in de toekomst idealiter zijn? Proof of concept (advanced) Sensing Naast de genoemde database benadering kan ook een “sensing” benadering getest worden. Sensing wordt gebruikt om te bepalen welke set aan frequenties gebruikt kan worden, en met welke parameters. Dit kan door de apparatuur zelf periodiek een scan te laten uit voeren en vervolgens de optimale situatie te laten bepalen. In de PoC kan de werkbaarheid van dit model getest worden, afzonderlijk of in combinatie met een database benadering. Handovers met bestaande netwerken (zoals Wi-Fi of LTE). De

SURFnet

PoC

infrastructuur

is

complementair

aan

bestaande

Wi-Fi

en

LTE

infrastructuren. Uiteindelijk is voor eindgebruikers van belang dat een nieuwe operatonele infrastructuur in samenhang gebruikt kan worden met bestaande infrastructuren, en dat “session continuity”25 in enige vorm mogelijk is zonder steeds opnieuw in te hoeven loggen met verschillende gebruikersnamen en wachtwoorden. Een PoC kan een platform bieden om mogelijkheden te onderzoeken voor toepassing van gezamenlijke authenticatie (eduroam), seamless handovers en eventueel verschillende vormen van ‘load sharing’ met bestaande infrastructuur, bijvoorbeeld door de gebruikers optimaal over bestaande netwerken en nieuwe access points te verdelen, of zelfs door datastroom van één gebruiker te verdelen over verschillende access vormen.

25

of in geval van spraakverbindingen, bij voorkeur zelfs “smooth handovers” zonder onderbreking van de datastroom

© Stratix 2013


31

In de PoC zouden handovers kunnen worden getest met het bestaande campus Wi-Fi netwerk, maar als dat in eerste instantie een te grote inbreuk zou maken op het productienetwerk dan kan dit ook worden getest door naast het white space -netwerk ook een apart PoC Wi-Fi netwerk van enkele hotspots uit te rollen.

4.2

Concretisering Invulling Pilot Netwerk

Alhoewel in een utopische toekomstvisie apparaten in meerdere banden en met meerdere technologieën zullen kunnen werken, aangestuurd op basis van “sensing” en databases, zullen voor invulling van de pilot toch een aantal keuzes gemaakt moeten worden, om de reden dat a) deze veelzijdige apparaten er nog niet zijn, en b) ook een experimentele licentie beperkt zal zijn in frequentieband, vermogen en protocol.

4.2.1 Technologiekeuze Voor de inrichting van een pilot zullen protocollen voor de transmissie en voor de toegang tot de eventuele database gekozen moeten worden. Voor de transmissie komen onder andere in aanmerking: IEEE 802.11af (White Fi), IEEE 802.22 (super Wi-Fi), 802.16h-2010 (Cognitive Wimax), of LTE. Voor database access (en daarmee indirect de inrichting van de database) ligt de Ofcom Voluntary National Specification 2188 het meest voor de hand, omdat deze op het ogenblik het meest concreet is, en de basis vormt voor de ETSI standaard ETSI EN 301 598. Daarbij blijft het zinvol om de ontwikkelingen van het “Protocol to Acces White Space databases” protocol (PAWS, IETF26) bij een definitieve keuze wel mee te wegen. Beide protocollen zijn namelijk nog in ontwikkeling, en vermoedelijk zal de database inrichting en het precieze protocol om te communiceren met de database nog grotendeels moeten worden ingevuld. De ervaringen in de Cambridge Pilot (die als input dient voor beide protocollen) kunnen hierbij mede als basis dienen. Naast de keuze voor transmissie en database access protocollen zal ook een keuze gemaakt moeten worden uit de ondersteunende technologieën voor bijvoorbeeld authenticatie. Voor de hand ligt om hierbij zoveel mogelijk aan te sluiten bij populaire en veelgebruikte protocollen zoals 802.1X, waarmee ook de compatibiliteit met eduroam geborgd is.

4.2.2 Keuze frequentiebanden Voor inrichting van het netwerk zal een keuze gemaakt moeten worden uit beschikbaar spectrum. Voor een Cognitive radio/white space pilot zal een experimenteer-vergunning vanuit Agentschap Telecom nodig zijn. In een beginfase zal dan ook met AT overlegd moet worden over de meest wenselijke banden om te gebruiken, en de (mogelijke) voorwaarden waaronder. Een voor de hand liggend frequentiegebied is het gebied tussen 450MHz-800Mhz, en daarbinnen de bestaande white spaces (zowel guardbands als TV-banden in gebieden waar

26

zie onder andere http://tools.ietf.org/html/draft-ietf-paws-protocol-00

© Stratix 2013


32

deze niet gebruikt worden). Deze band is momenteel in gebruik voor DVB-T door de NPO en door KPN. Naast bovenstaand spectrumgebied komt wellicht nog meer spectrum in aanmerking. Zo zou nader gekeken kunnen worden naar een aantal “lagere”

frequentiegebieden, primair

toegekend aan defensie, voor mogelijk gedeeld gebruik. Vanuit SURFnet is het aan te bevelen om in te zetten op gebruik van meerdere banden: dit vergroot de mogelijkheden, en voorkomt ook dat er uiteindelijk alleen wordt gekeken naar spectrum van een enkele partij omdat dit laatste het risico met zich meebrengt dat die specifieke partij niet akkoord zal willen gaan.

4.3

Stakeholders en mogelijke partners

Bij het voorbereiden en uitvoeren van een pilot spelen de eerdergenoemde stakeholders een rol. Het is zinvol om in een vroeg stadium te overwegen welke strategie wordt gehanteerd ten aanzien van de verschillende stakeholders, en op welk tijdstip en op welke manier ze al dan niet in het proces worden betrokken of benaderd. Een partnership ligt voor de hand bestaande uit

SURFnet, één of meerdere instellingen waar de pilot zal worden uitgerold,

mogelijk één of meer onderzoeksinstellingen waar delen van het onderzoek of innovatieve implementatie

kan

plaatsvinden,

wellicht

aangevuld

met

een

leverancier

van

eindgebruikersapparatuur en/of een primaire licentiehouder van spectrum . In de initiatiefase is ook een definitieve keuze voor de te gebruiken technologieën te verwachten, en in overleg met Agentschap Telecom een keuze voor het te gebruiken radiospectrum. Daarnaast is het zinvol – eventueel via één van de partners - om in en na projecttraject betrokken te zijn bij relevante standaardisatie of in ieder geval de ontwikkeling van de standaarden op de voet te volgen, zeker als deze standaarden nog in ontwikkeling zijn. Open standaarden waarin de ‘lessons learned’ uit de pilot zijn verwerkt kunnen helpen toekomstige problemen als ongewenste vendor lock-in, inefficiënte overhead of non-operabiliteit zoveel mogelijk te voorkomen. Instelling(en) Met name de instelling(en) die de pilot zal huisvesten zal intensief betrokken moeten worden in de voorbereiding. Later zal disseminatie naar de andere instellingen moeten plaatsvinden. Medewerkers en studenten Een beperkte testgebruikersgroep zal moeten worden gedefinieerd en betrokken bij de pilot en de evaluatie hiervan. Leverancier van apparatuur Partneren met een apparatuur leverancier kan zinvol zijn, maar er moet wel gewaakt worden voor te grote afhankelijkheid, met name in de toekomst, voor bepaalde specifieke apparatuur. Landelijke overheid

© Stratix 2013


33

Agentschap Telecom heeft eerder al aangegeven positief te staan ten op zichtte van experimenten met Cognitive Radio en shared spectrum acces. Nederland al enige jaren als een van de weinige landen een stuk licentievrij spectrum in een voorbestemde “ITU-band” in het 1800 MHz gebied voor inrichting van private GSM/UMTS/LTE netwerken. Hiermee geeft de overheid aan in te zien dat een model waarbij al het spectrum op een hiërarchische wijze aan slechts enkele marktpartijen wordt toegekend tenminste deels aan een herziening toe is. Ook kan gesteld worden dat de Nederlandse overheid niet een harde keuze maakt voor een enkel model, maar juist wil kijken naar meerdere vormen van licencering en van gebruik, zodat er een voedingsbodem kan ontstaan voor allerlei initiatieven op het gebied van alternatief spectrumgebruik terwijl ook gevestigde telecomoperators spectrum voor hun landelijke diensten voor de komende 15 jaar zien gewaarborgd. Primaire Licentiehouders van spectrum dat in aanmerking komt voor sharing Vanuit een pilot bezien is het van primair belang te zorgen dat aangetoond wordt dat primaire gebruikers geen hinder ondervinden van gedeeld gebruik, omdat er anders negatief tegenover dergelijke sharing zal worden gekeken in de toekomst. Primaire Licentiehouders die (tevens) draadloze toegang bieden tot datanetwerken Huidige licentiehouders hebben in de veiling veel geld betaald voor het alleenrecht stukken spectrum te mogen gebruiken, terwijl veel initiatieven richten zich op efficiënter spectrum gebruik voor allerlei partijen, waardoor het in potentie eenvoudiger wordt voor partijen om een concurrerende dienst aan te bieden voor de diensten van landelijke operators (Wi-Fihotspots kunnen er bijvoorbeeld voor zorgen dat mensen minder bereid zijn te betalen voor landelijke LTE dekking). Deze partijen hebben natuurlijk wel baat bij efficiënter spectrum gebruik, maar dan met name voor zover het hun eigen diensten betreft. PMSE gebruikers Vanuit het gezamenlijk belang van goede regelingen voor efficiënt gebruik zonder ‘harmful interference’ is het zinvol om de PMSE gebruikersgroepen te betrekken bij de pilot. Bovendien zijn onderwijs en onderzoeksinstellingen zelf vaak ook (op kleine schaal) PMSE gebruikers. Overig Andere stakeholders kunnen zich aandienen bij concretisering van een pilot, zoals gemeenten (bijvoorbeeld bij opstelpunten buiten), subsidieverstrekkers (waarbij subsidie onder

bepaalde

voorwaarden

of

met

een

bepaald

doel

is

verleend),

standaardisatieorganisaties, onderzoeksorganisaties met aanvullende onderzoekswensen.

© Stratix 2013


34

5

Next steps Het uitvoeren van een proof of concept geeft de SURFnet gemeenschap de mogelijkheid om ervaringen

op

te

doen

met

het

effectief

inzetten

van

‘shared’

radiospectrum

in

campusomgevingen, en om eventuele belemmeringen verder te onderzoeken. De opgedane kennis en ervaring kan dan worden benut bij het maken van meer verstrekkende keuzes, zodra technieken die gedeeld spectrumgebruik faciliteren in een meer volwassen stadium zijn beland en massaproductie van apparatuur die van dergelijke technieken gebruik maakt op gang komt. Bij een eerste verkenning van mogelijkheden kan mogelijk ook het FP 7 project CREW27 een rol spelen. Dit project probeert het gat op te vullen tussen innovatieve maar theoretische projecten en gepubliceerde concepten, en concrete maar niet altijd herbruikbare proof of concepts. Hierbij wordt een aantal test beds, expertise en hulp bij het opzetten van tests aangeboden op het gebied van het uittesten van methoden voor efficiënt spectrumgebruik door middel van Cognitive Radio, Geodatabases en allerlei varianten en combinaties daarvan zoals dynamische databases en distributed spectrum sensing. In dit project wordt het in Rapport 1 genoemde Universal Software Radio Platform (USRP) gebruikt in combinatie met een in Dublin ontwikkelde Modulaire Software Stack (IRIS). In mei 2013 wordt in Ierland een demonstratie gegeven van de eerste drie testprojecten die gedaan zijn op het CREW federatieve testbed. In oktober komt een nieuwe open call28 voor testen. Hierbij is er een mogelijkheid om testen in te dienen die mogelijkerwijs met het platform kunnen worden uitgevoerd. Dit kan een opportunity zijn voor bij SURFnet aangesloten instellingen om een aantal concepten alvast uit te proberen; testen ten behoeve van research instellingen en universiteiten vallen mogelijk onder een gratis of zeer gesubsidieerd regime. Als besloten wordt om een proof of concept uit te voeren, zijn de volgende stappen het selecteren van een instelling waar deze kan worden uitgevoerd, en het overleggen met Agentschap Telecom over de voorwaarden voor een mogelijke experimentele licentie, waarna een formele aanvraag kan worden ingediend. Vervolgens zullen er keuzes met betrekking tot partners en apparatuur moeten worden gemaakt, waarbij het belangrijk is de voor- en nadelen zoals beschreven in hoofdstuk 4.3 mee te nemen in de overwegingen.

27 28

http://www.crew-project.eu/ Aankondiging van de call wordt verwacht op de Future Network Mobile Summit in Lissabon op 3-5 juli 2013.

© Stratix 2013


35

CONTACT

Stratix Consulting B.V. Villa Hestia - Utrechtseweg 29 1213 TK Hilversum Telefoon: E-mail: URL:

+31.35.622 2020 [email protected] http://www.stratix.nl

RAPPORT. Opties voor de SURFnet community voor innovaties in efficiënter spectrumgebruik. Rapport uitgebracht aan SURFnet

Recommend Documents