Nie ulega wątpliwości, że przyrost ilości transmitowanych danych jest dużo większy od przyrostu liczby rozmów telefonicznych. Coraz większe są więc wymagania klientów odnośnie do przepustowości. Rosną również wymagania dotyczące bezawaryjności łączy, elastyczności w zwiększaniu przepustowości, gwarantowanego minimalnego pasma oraz elastycznej i przystępnej struktury opłat za dzierżawę. Czy problemy te rozwiążą sieci optyczne?

Operatorom telekomunikacyjnym trudno jest spełnić te wymagania. Chociaż mają wydajną infrastrukturę telekomunikacyjną, to w przeważającej większości jest ona przystosowana wyłącznie do transmisji głosu. Jej architektura uniemożliwia efektywną transmisję danych i dynamiczne skalowanie. Problemy te może rozwiązać technologia DWDM (Dense Wavelenght Division Multiplexing), która pozwala przy użyciu istniejących już łączy światłowodowych przesłać znacznie więcej danych z jednoczesnym spełnieniem zdecydowanej większości wymagań stawianych nowoczesnym sieciom transmisji danych.

Infrastruktura niezadowalająca

Tradycyjne sieci telekomunikacyjne, budowane w architekturze komutacji linii (obwodów), wykorzystują technologię multipleksowania czasowego (Time-Division Multiplexing). Optymalizuje ona transmisję głosu przez określone łącze w taki sposób, że rezerwuje na nim kanały głosowe o określonej przepustowości wymagane do realizacji komunikacji i w określonym czasie transmituje dane. Standardowo na czas połączenia alokowany jest kanał o przepustowości 64 Kb/s - bez względu na to, czy w czasie połączenia toczy się rozmowa. Jest to więc dosyć nieefektywna alokacja dostępnego pasma.

Chociaż technologia multipleksowania czasowego znakomicie radziła sobie ze zwiększającą się liczbą rozmów telefonicznych, to nie umożliwia takiego skalowania, jakiego oczekiwaliby obecni użytkownicy sieci teleinformatycznych. Podstawowym ograniczeniem sieci transmisji głosu jest to, że jest ona przeznaczona do obsługi połączeń telefonicznych i bez względu na to, czy są one w danej chwili realizowane - łącze musi być zarezerwowane na taką potrzebę i nie można go wykorzystać do innych transmisji, np. danych.

Jako rozwiązanie tych problemów, zamiast okablowania miedzianego, zaczęto stosować technologie światłowodowe, które umożliwiły radykalne zwiększenie przepustowości łączy. Opracowano dwie technologie: SONET (Synchronous Optical Network), funkcjonująca w USA, i SDH (Synchronous Digital Hierarchy) - w innych krajach. W miarę popularyzacji usług transmisji danych oraz IP jako podstawowego protokołu komunikacyjnego w nowoczesnych sieciach transmisji danych okazało się, że technologie SONET/SDH, jeszcze do niedawna traktowane jako panaceum na problemy współczesnej telekomunikacji, również nie umożliwiają elastycznego skalowania wymaganego w nowoczesnych sieciach.

SDH z ograniczeniami

Podstawową wadą technologii SONET/ SDH jest to, że - podobnie jak w tradycyjnych sieciach korzystających z technologii TDM - wymagają "sztywnego" skonfigurowania przepustowości kanałów komunikacyjnych. W każdym scenariuszu prowadzi to do marnotrawienia pasma sieciowego, które można przydzielać tylko w ściśle określonych interwałach. Przykładowo: jeśli klient chce wydzierżawić łącze o przepustowości 10 Mb/s, to musi wykupić jedno łącze o znacznie większej przepustowości (np. STS-1 o przepustowości 51,84 Mb/s) lub też zdecydować się na dzierżawę kilku łączy - 1,5 Mb/s lub 2 Mb/s - w zależności od zastosowanej technologii.

Chociaż sieci SONET/SDH mogą być skalowane maksymalnie do przepustowości 10 Gb/s, to w praktyce rozwiązania takie są bardzo drogie. A to znacznie ogranicza ich zastosowanie. Toteż największą popularnością cieszą się interfejsy o przepustowości: 155 Mb/s, 622 Mb/s i 2,5 Gb/s.

Zbudowanie sieci transmisji danych przy użyciu sieci SONET/SDH wymaga realizacji jeszcze jednej warstwy - budowy na platformie SONET/SDH sieci ATM i dopiero w oparciu na niej sieci IP, realizującej transmisję danych (od niedawna realizowane są również na razie mało popularne sieci IP over SONET). Taka czteropoziomowa (światłowód, SONET/ SDH, ATM, IP) struktura sieci jest bardzo kosztowna w budowie i utrzymaniu. Nadal nie rozwiązuje też problemu elastycznego skalowania i dynamicznego alokowania pasma.

Nadchodzi WDM

Problem ograniczenia przepustowości sieci SONET/ SDH, które w obecnych zastosowaniach można skalować wyłącznie instalując kolejne łącza światłowodowe, rozwiązuje technologia WDM (Wave Division Multiplexing). W przeciwieństwie do SONET/SDH, które pozwalają przesyłać dane przez światłowód z zastosowaniem jednej wiązki światła, WDM pozwala równolegle przesyłać przez jeden światłowód kilka sygnałów optycznych o różnych kolorach (przy zastosowaniu fal różnych długości). Oznacza to wielokrotność transmisji o przepustowości 2,5 lub 10 Gb/s.

Nowoczesne, dostępne już na rynku urządzenia transmisyjne wykorzystują rozbudowaną wersję technologii WDM o nazwie DWDM. Pozwala ona już dziś transmitować dane przy zastosowaniu ok. 100 równolegle nadawanych jednym włóknem światłowodowym wiązek świetlnych, co zapewnia osiągnięcie przepustowości rzędu setek gigabitów. W laboratoriach producentów sprzętu sieciowego (Lucent Technologies) prezentowano już rozwiązania pozwalające transmitować dane z wykorzystaniem 1022 kanałów świetlnych, oferujące przepustowość na poziomie terabitów.

DWDM ma także dodatkowe zalety w stosunku do technologii SONET/ SDH. Sygnał optyczny przesyłany światłowodami w miarę odległości ulega coraz większym zakłóceniom (tłumieniu) i wymaga regeneracji. W przypadku sieci SONET/SDH każdy sygnał optyczny, umożliwiający realizowanie transmisji z przepustowością 2,5 Gb/s, musiał być wzmacniany za pomocą elektrycznych regeneratorów co 60-100 km. Koszt takich regeneratorów sygnału jest w przypadku tych sieci bardzo duży, jeśli pokrywają one znaczne obszary (np. sieci ogólnokrajowe). Ich zastosowanie wiąże się zawsze z koniecznością wybudowania stosownych pomieszczeń, w których będą się one znajdować, i doprowadzenia do nich zasilania.

Problem ten nie jest tak dotkliwy w przypadku technologii DWDM. Przede wszystkim technologia ta, ze względu na znacznie większą przepustowość transmisji, umożliwia zastosowanie mniejszej liczby włókien światłowodowych. Transmisja realizowana w jednym światłowodzie z wykorzystaniem dowolnej liczby fal świetlnych może być wzmocniona za pomocą jednego regeneratora. I co najważniejsze - zastosowanie nowych wzmacniaczy EDFA w urządzeniach DWDM powoduje, że wzmacnianie sygnału wymagane jest co 600-1000 km, a to znacznie obniża koszty budowy sieci rozległych.

Technologia DWDM rokuje ponadto wyeliminowanie dwóch warstw, które w sieciach ATM over SONET/SDH pośredniczą w przekazywaniu danych. Umożliwia ona bowiem bezpośrednie wpięcie światłowodów w wysoko wydajny router z interfejsami DWDM, który w takiej konfiguracji usuwałby konieczność zastosowania tradycyjnych urządzeń ATM i przełączników oraz multiplekserów SONET/ SDH. Podstawowym, przemawiającym za takim posunięciem, argumentem jest znaczna redukcja kosztów związanych z budową infrastruktury transmisji danych. Według zapewnień producentów sprzętu sieciowego, oszczędności w zależności od zakresu zastosowania technologii wynoszą 50-90%.

Krótki czy długi dystans?

Rewolucja w sieciach światłowodowych i wdrożenie w nich technologii DWDM są opłacalne przede wszystkim na długich dystansach (long-haul), czyli wszędzie tam, gdzie zastosowanie transmisji w technologii SONET/SDH wymagałoby stosowania regeneratorów sygnału świetlnego (powyżej 100 km). Oszczędności w takim przypadku są ogromne, zważywszy na to że zwiększenie przepustowości długodystansowych łączy SONET/ SDH niejednokrotnie wymaga instalacji dodatkowych nitek światłowodu oraz odpowiedniej liczby regeneratorów sygnału.

Operatorzy posiadający już sieci SONET/SDH nie odniosą jednak znaczących korzyści z zastosowania technologii WDM na małych dystansach (short-haul). Istniejąca infrastruktura umożliwia im bowiem realizację komunikacji bez konieczności inwestowania w zbędne na krótkich odcinkach regeneratory sygnału. Często również na krótkich dystansach znacznie łatwiej jest położyć dodatkowe światłowody niż wymieniać lub znacząco rozbudowywać urządzenia transmisyjne. Dlatego też analitycy spodziewają się, że technologia DWDM u operatorów wykorzystujących już sieci SONET/ SDH zostanie zaimplementowana przede wszystkim jako rozwiązanie transmisji danych na duże odległości. Natomiast największe korzyści wynikające z wdrożenia DWDM osiągną ci, którzy rozwiązanie to wdrożą kompleksowo.

Przyszłość

Podstawowym problemem nowoczesnej technologii optycznej DWDM jest brak standaryzacji. Chociaż komitet normalizacyjny ITU sprecyzował zakres stosowanych w technologii DWDM fal świetlnych, to wiele cech urządzeń transmisyjnych DWDM różnych producentów zostało opracowanych w różnych wariantach, uniemożliwiających ich wzajemną współpracę. Różnic jest bardzo dużo, m.in. dokładne częstotliwości stosowanego widma świetlnego, sposoby zasilania i wzmacniania sygnału, metody korekcji błędów.

Takie same ograniczenia dotyczą urządzeń, które integrują sieci DWDM z systemami klienckimi, takimi jak terminale SONET/SDH, przełączniki ATM czy też routery IP. Tak więc interfejsy światłowodowe stosowane w routerach wymagają używania różnych modułów w zależności od systemu DWDM, do którego są podłączone.

Innym ograniczeniem technologii DWDM jest fakt, że wymaga ona zastosowania tradycyjnych przełączników i routerów, a co za tym idzie znacznie spowalniającej transmisję konwersji sygnału optycznego na sygnał elektryczny, który po przetworzeniu bądź przełączeniu na określony port zostanie poddany ponownie konwersji na fotony i przesłany innym światłowodem. Docelowo, to ostatnie "słabe ogniwo" nowoczesnej komunikacji również będzie mogło być wyeliminowane. Jeszcze w tym roku na rynek trafią optyczne routery oraz przełączniki wykorzystujące specjalny system mikroskopijnych luster przekierowujących światło z jednego światłowodu do innego lub też zmieniające długość fali świetlnej bez konieczności konwersji fotonów na elektrony.