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 Scope... 6 2 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 3 Implicaties voor de SURFnet community... 24 3.1 Lange termijn opties voor de SURFnet community... 24 3.1.1 Stakeholders en hun belangen... 24 3.1.2 Barrieres... 26 3.1.3 Mogelijke lange termijnrollen voor SURFnet... 27 3.2 Korte termijn noodzaak voor uitvoeren Proof of Concept... 28 4 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 Stakeholders en mogelijke partners... 33 5 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 Opties SURFnet voor innovaties in efficiënter spectrumgebruik, maart 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 Opties SURFnet voor innovaties in efficiënter spectrumgebruik, maart 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 toegang 1 : 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 Opties SURFnet voor innovaties in efficiënter spectrumgebruik, maart 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 Opties SURFnet voor innovaties in efficiënter spectrumgebruik, maart 2013 6
Ander primair en secundair gebruik White Space Database internet gebruiker White Space Radio Access Point Communicatie 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 Opties SURFnet voor innovaties in efficiënter spectrumgebruik, maart 2013 7
internet gebruiker White Space Radio Access Point Communicatie Plaats, tijd, frequentie, protocol, etc. afhankelijk van ander primair en secundair gebruik Sensing White Space Radio Client ingebouwd in tablets en laptops 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 Opties SURFnet voor innovaties in efficiënter spectrumgebruik, maart 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 procedures en etiquette (bijvoorbeeld bij marifoon of mobilofoonverkeer) of protocollen (bijv. Wi-Fi of GSM) zodat 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 Opties SURFnet voor innovaties in efficiënter spectrumgebruik, maart 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 Opties SURFnet voor innovaties in efficiënter spectrumgebruik, maart 2013 10
Zo is er in het Verenigd Koninkrijk een geolocatiedatabase 2, waarmee onder andere PMSE 3 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 http://www.jfmg.co.uk/ 3 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 Opties SURFnet voor innovaties in efficiënter spectrumgebruik, maart 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 standaarden 4, 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 veelal 5 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 Zoals IETF CAPWAP (http://datatracker.ietf.org/wg/capwap/charter/) 5 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 Opties SURFnet voor innovaties in efficiënter spectrumgebruik, maart 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 Opties SURFnet voor innovaties in efficiënter spectrumgebruik, maart 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, Kenya 8, en Zuid Afrika 9. 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 verkrijgbaar 10. 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 Opties SURFnet voor innovaties in efficiënter spectrumgebruik, maart 2013 14
Status: gereed en gepubliceerd 11 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 essentieel 12. 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 470-790 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 (nog) geen producten bekend, maar mogelijk in ontwikkeling in China en/of de VS. 12 Enkele alternatieven zijn Handover Keying (ofwel Hokey, RFC6697) of Mobile IP (MIP) Stratix 2013 Opties SURFnet voor innovaties in efficiënter spectrumgebruik, maart 2013 15
Cognea 13 : 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 Opties SURFnet voor innovaties in efficiënter spectrumgebruik, maart 2013 16
Technology Peak of Inflated Trough of Slope of Plateau of Trigger Expectations Disillussionment Enlightenment Productivity Cognitive Radio Wi-Fi Positioning Systems LTE-Advanced WiMAX 802.16m 802.11u (Wi-Fi roaming) andmultivendor WLAN Controller Protocols Mobile Self- Organizing Networks Mesh Networks: Sensor Time Division-Long Term Evolution Software-Defined Radio 802.11k-2008 (Radio Resource Management) HSPA+ 802.22 15 802.11n 16 Tunable Frequency RF Antenna White spaces: Super Wi-Fi 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 Gartner positioneert deze technologie nog op de Trough of Disillusionment 16 Gartner positioneert deze technologie nog op de Slope of Enlightenment Stratix 2013 Opties SURFnet voor innovaties in efficiënter spectrumgebruik, maart 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 maken 17. 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 DECT 18 ). 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 spectrum 19. 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. 18 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. Stratix 2013 Opties SURFnet voor innovaties in efficiënter spectrumgebruik, maart 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 Opties SURFnet voor innovaties in efficiënter spectrumgebruik, maart 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 Opties SURFnet voor innovaties in efficiënter spectrumgebruik, maart 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 Database 22. 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 zijn 23. 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 Opties SURFnet voor innovaties in efficiënter spectrumgebruik, maart 2013 21
situatie een aantal concrete resultaten heeft opgeleverd, ook al is ook deze pilot zeer kleinschalig van opzet. De Singapore White Spaces pilot 24 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 internet White Space Database Database structuur en beheer Database Access Protocol gebruiker White Space Radio Access Point Communicatie 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 Opties SURFnet voor innovaties in efficiënter spectrumgebruik, maart 2013 22