Jedynie przez światłowód

Patrząc historycznie, sieci Ethernet pierwszej generacji (lata 70.) miały topologię liniową i przesyłały dane z szybkością 10 Mb/s, w której wszystkie stanowiska były podłączone do jednego kabla koncentrycznego zakończonego terminatorami. Wkrótce potem zastosowano Ethernet oparty na topologii gwiazdy, a w kolejnych etapach znormalizowano rozwiązania pierścieniowe: Fast Ethernetu (100 Mb/s), Gigabit Ethernetu (1 Gb/s) oraz Ethernetu 10 Gb/s dla sieci szkieletowych (miedź lub światłowód). Dzisiaj wydaje się mało prawdopodobne, aby przepływność 100 Gb/s można było uzyskać w miedzianym okablowaniu strukturalnym, chociaż rozwój technologii miedzianych o dużych szybkościach wyraźnie przyspieszył w ostatnich latach (10GbE, VDSL, VDSL2), a komitet normalizacyjny IEEE pracujący nad problemami miedzianego Ethernetu 100 Gb/s nadal nie został rozwiązany.

Mimo wielu wcześniejszych zapowiedzi dotyczących nominalnej szybkości nowego standardu (40, 80, 100, 120 lub nawet 160 Gb/s) dzisiaj wiadomo, że będzie to przepływność 100 Gb/s - uzyskiwana w torach światłowodowych. Prace studialne, prowadzone pod patronatem IEEE nad tą wersją Ethernetu (piąta generacja), podjął komitet wykonawczy HSSG (Higher Speed Study Group) w czerwcu 2006 r., a pod koniec roku ustalił harmonogram prac oraz podjął decyzję, że będzie to o rząd szybsza magistrala transportująca sygnały optyczne z przepływnością 100 Gb/s. Ta wielkość nawiązuje do wcześniej zatwierdzanych standardów ethernetowych, których przepływność wzrastała dziesięciokrotnie w kolejnych specyfikacjach.

Według wstępnych informacji IEEE rozwiązania według standardu 100GbE będą mogły transmitować informacje na odległość do 10 km światłowodem jednomodowym SM (Single Mode) oraz na dystansie 100 m poprzez wielomodowe włókna światłowodowe OM3 MM (Multi Mode). Zgodnie z przyjętym terminarzem pierwsza propozycja nowego standardu ma być przedstawiona w połowie 2007 r. (najwcześniej w czerwcu), a finalne zatwierdzenie specyfikacji ma nastąpić na przełomie lat 2009/2010.

Dziesięć razy szybszy Ethernet zostanie zatwierdzony za 3 lata, ale już teraz jego kształt wychodzi z fazy rozważań teoretycznych - jako że komitet normalizacyjny HSSG przystąpił do szczegółowego projektowania. Bodźcem do rozpoczęcia tych prac była udana demonstracja połączenia optycznego na konferencji ECOC (European Conference and Exhibition on Optical Communication) w Szkocji, przeprowadzona we wrześniu 2005 r. przez Bell Labs (Lucent). Za jej pośrednictwem transmitowano podczas spotkania sygnały ethernetowe z szybkością 107 Gb/s. To jest przełomowe osiągnięcie w optyce, gdyż przekroczyliśmy nieosiągalną dotąd granicę szybkości transmisji, a jednocześnie zaprezentowaliśmy dwie nowe technologie, które mogą pomóc w upowszechnieniu transmisji 100 Gb/s w sieciach optycznych - powiedział wtedy Martin Zirngibl, dyrektor Bell Labs.

Uzyskany eksperymentalnie w światłowodzie strumień optyczny 107 Gb/s pozwolił transmitować dane z użyteczną szybkością 100 Gb/s (plus 7-proc. narzut niezbędny do korekcji błędów) w całym pasmie przenoszenia włókna optycznego. Nowatorskie osiągnięcie zespołu polegało na zaprojektowaniu, zastosowaniu i zintegrowaniu w tym rozwiązaniu dwóch elementów technologicznych:

• sygnalizacji duobinarnej - z wykorzystaniem trzech poziomów sygnału elektrycznego (dodatni, ujemny i zero) potrzebnych do odwzorowania sygnału binarnego transmisji cyfrowej. Dzięki temu uzyskano mniejsze wymagania odnośnie do szerokości pasma niż w tradycyjnych przekazach sygnałów metodą NRZ (bez powrotu do zera). Osiągnięcie tak wąskiego pasma umożliwiło przekaz informacji o szybkości 107 Gb/s z zastosowaniem dostępnego komercyjnie modulatora optycznego 40 Gb/s.
• jednoukładowego korektora (equalizer) - pełniącego funkcję zintegrowanego korektora optycznego (Bell Labs), który pozwala kompensować straty sygnału w ograniczonej szerokości pasma modulatora NRZ (kodowanie NRZ stanowi najprostszy format kodowania danych). Zaprezentowany przez Bell Lab jednoukładowy korektor jest w stanie kompensować prawie całą interferencję międzysymbolową, wynikającą z ograniczeń pasma modulatora nadajnika optycznego NRZ 107 Gb/s.

Widoczny postęp w sposobie kompresji danych binarnych nie jest wystarczający. Mimo dobrze rokujących na przyszłość wyników tego eksperymentu, wiele spraw związanych z przepływnością 100 Gb/s nadal pozostaje w sferze rozważań i badań podstawowych. Należą do nich przede wszystkim: normalizacja skutecznego kodowania sygnałów optycznych o wysokiej kompresji, miniaturyzacja zespołów translacji optoelektrycznej (chipsets), zmniejszenie mocy pobieranej przez układy translacji, ograniczenie emisji cieplnej światłowodowych układów nadawczo-odbiorczych oraz przystosowanie wielokanałowej technologii optycznej DWDM i CWDM do rozwiązań ethernetowych o szybkości 100 Gb/s.

Obiecujące wyniki z konwerterami optoelektronicznymi o szybkości 107 Gb/s uzyskały niedawno korporacje Siemensa i Infineon - wspólnie prowadzące prace rozwojowe w sektorze szybkiej optyki telekomunikacyjnej. Firmy te zamierzają wkrótce udostępnić jednoukładowe moduły nadawczo-odbiorcze (chips) dla optycznych rozwiązań ethernetowych 100 Gb/s, jako podstawowe wyposażenie portów sieciowych w przełącznikach następnej generacji LAN.

Technika wielokanałowa

Nadal brak pełnych informacji jak będzie realizowany standard 100GbE w okablowaniu strukturalnym, a jak w długodystansowym - jako że komitet HSSG skupiający dzisiaj 50 zainteresowanych firm (w tym Cisco, Foundry, Google, HP, Sun, Verizon i Yahoo!) dopiero analizuje możliwości techniczne znormalizowania tych przepustowości. Wiadomo jednak, że nowy standard będzie korzystał ze sprawdzonych rozwiązań poprzedniej wersji 10GbE, która w połączeniu z techniką równoległego transmitowania danych przez wiele kanałów jednocześnie przyniesie oczekiwany efekt agregowania szybkości (np. 10 x 10 Gb/s). Zbliżone do tej filozofii rozwiązania już są stosowane przez niektórych producentów na platformach optycznych w skali makro, ale używają one do tego celu kilku lub kilkunastu włókien światłowodowych 10 Gb/s łączących dwa węzły transportowe. Ich funkcjonowanie polega na specyficznym oprogramowaniu, które pozwala tworzyć ethernetowy stos komunikacyjny o łącznej szybkości 100 Gb/s.