Aplikacje multimedialne oraz wzrost wymagań stawianych w centrach danych powodują, że stosowana dzisiaj infrastruktura oparta na Ethernecie 10 Gb/s staje się niewystarczająca. Podjęte w ub.r. przez IEEE prace studialne nad o rząd wyższą wersją standardu sieci Ethernet 100 Gb/s mają zakończyć się w 2010 r., a do tego czasu ethernetowe rozwiązania będą operować najwyżej z przepływnością 10 Gb/s.

Konieczność podnoszenia przepływności w szkielecie sieci teleinformatycznej wynika zarówno ze wzrostu zapotrzebowania abonenckiego na strumieniowe i multimedialne usługi obrazowe czasu rzeczywistego, jak i pojawiania się coraz większych mocy obliczeniowych superkomputerów i związanej z tym wymiany plików danych przez okablowanie między komputerami obsługującymi środowisko data center. Fenomen Ethernetu wydaje się dzisiaj jedyną poważną alternatywą wdrażania połączeń komputerowych o tak dużych szybkościach, stosowanych na niewielkich dystansach w ośrodkach komputerowych. Staje się również niezastąpionym medium transportowym w przekazach na terenach rozległych, związanych z wdrażaniem najnowszych aplikacji szerokopasmowych, takich jak: telewizja interaktywna IPTV, aplikacje obrazowe o wysokiej rozdzielczości HDTV oraz zaspokojenia narastającego rynku usług powszechnych, których zwiastunem staje się serwis YouTube.

Według przewidywań pierwsze komercyjne rozwiązania zgodne ze standardem Ethernetu 100 Gb/s mogą pojawić się na rynku nie wcześniej niż w 2010 r., a więc jednocześnie z przewidywanym zakończeniem prac normalizacyjnych nad tym standardem. Przed projektantami stoją jednak wyzwania, mające na celu ograniczenie poboru energii pobieranej przez układy scalone wspierające taki Ethernet oraz obniżenie ciepła emitowanego przez te układy. Wszystko wskazuje, że będą to połączenia 100 Gb/s oparte na światłowodach - jako że dzisiaj nie widać innej alternatywy, a opracowanie Ethernetu 100 Gb/s na okablowaniu miedzianym nie wydaje się możliwe technicznie w najbliższym czasie.

Dla abonenta 100 Mb/s

Trzeba od razu stwierdzić, że prawdopodobnie w dającym się zdefiniować czasie przepływność 100 Gb/s nie będzie potrzebna zwykłemu użytkownikowi sieci domowej. Można przyjąć, że dla abonenta mieszkaniowego wymagania wobec maksymalnej szybkości łącza ostatniej mili wcale nie przekroczą pasma dostępowego 100 Mb/s (np. VDSL2). Czegóż bowiem potrzebuje on w domu? Jedna nieskompresowana rozmowa wymaga szybkości najwyżej 64 kb/s (skompresowany głos w sieci LAN już tylko 8 kb/s, a przekazy VoIP zwykle nie przekraczają 6 kb/s), a więc do jednoczesnego prowadzenia wielu rozmów całkowicie wystarcza pasmo 128 kb/s.

Większe potrzeby mieszkaniowe pojawiają się podczas szybkozmiennych przekazów telewizyjnych, zwłaszcza jeśli podczas transmisji strumieniowej czasu rzeczywistego korzysta się ze starszych, a więc mało ekonomicznych schematów kodowania klasy MPEG2. Mimo że w tym standardzie uzyskuje się ponad 20-krotną kompresję wzorcowego sygnału telewizyjnego (270 Mb/s, cyfrowy PAL lub NTSC), a także zapis dźwięku dookólnego z emisją wielojęzycznych napisów oraz przekaz znaczników do identyfikowania określonych fragmentów filmowych, potrzebne pasmo kanału transmisyjnego nadal pozostaje stosunkowo wysokie. Typowo sięga ono szerokości 2-6 Mb/s podczas przesyłania jednego standardowego obrazu telewizyjnego SDTV, rozszerzenia do 4-12 Mb/s w aplikacjach telewizyjnych z funkcją PIP (Picture in Picture) oraz przepływności co najmniej 12-19 Mb/s w transporcie obrazów telewizyjnych wysokiej jakości HDTV (High Density TV).

Sytuacja ta poprawia się podczas emisji cyfrowych obrazów telewizyjnych IPTV, kompresowanych przyszłościową rodziną standardów MPEG4 (także w aplikacjach muzycznych typu DivX, XviD czy WmF), o bardziej efektywnej kompresji ciągu sygnałowego. Oznacza to, że wchodzące dopiero na rynek rozwiązania MPEG4 pozwalają na upakowanie co najmniej dwukrotnie więcej programów w tym samym pasmie transmisyjnym. Dla standardowego obrazu SDTV będzie więc potrzebna przepustowość 1-4 Mb/s, przekaz telewizyjny z funkcją PIP (2 kanały) zajmie 2-8 Mb/s, a transmisja obrazu o wysokiej rozdzielczości HDTV (MP4) w aplikacji wideo na żądanie wymagać będzie 9-12 Mb/s. Mimo że do mieszkań już zaczynają wkraczać pierwsze multimedialne usługi szerokopasmowe różnego typu (triple play, quadruple play, VoD) oraz cyfrowa technologia dźwiękowej emisji MP3 (DVD), ich wymagania nadal mieszczą się w typowym abonenckim kanale dostępowym o przepływności do 50 Mb/s.

Zmienna rozpiętość szerokości pasma (przepływności bitowej) potrzebnego do transmisji obrazu wynika ze złożonych funkcji, jakie spełniają kodery klasy MPEG. W większości są wyposażone w funkcję automatycznego dostosowania się do wymaganej aplikacją szerokości pasma, co objawia się natychmiastowym (online) zwiększeniem przepływności dla obrazów z dynamicznie zmieniającą się treścią i zawężaniem pasma przy mniejszej ruchliwości obrazu przesyłanego w sygnale telewizyjnym. Dzięki tej funkcji pośredniczące medium transportowe jest optymalnie wykorzystane w każdym momencie trwania sesji, a liczba możliwych do wykorzystania w domu aplikacji wideo rośnie - bez potrzeby zwiększania szerokości pasma abonenckiego.

Jednoczesny przekaz kilku programów telewizyjnych do mieszkań praktycznie nie wykracza poza 50 Mb/s, nawet biorąc pod uwagę szybki rozwój interaktywnych przekazów klasy IPTV czy VoD oraz modnych dzisiaj serwisów strumieniowych typu YouTube. Abonenckie pasmo 50 Mb/s może być wystarczające do użytkowania domowego przez wiele najbliższych lat, a resztę przepływności (do 100 Mb/s) będzie można przeznaczać do pobierania filmów, przesyłania muzyki wysokiej jakości, uczestnictwa w interaktywnych grach czy korzystania z Internetu bądź innych jeszcze niezdefiniowanych aplikacji. Dzisiaj nie przewiduje się rozszerzania przepustowości traktów mieszkaniowych powyżej 100 Mb/s.

Gdzie 100 Gb/s?

Zupełnie inaczej wygląda ten sam problem, patrząc od strony operatora bądź dostawcy treści wideo emitowanych do skupisk abonenckich. W metropolitalnych sieciach agregacyjnych i szkieletowych, które kumulują ruch wielu kanałów dostępowych, szerokość pasma rośnie prawie proporcjonalnie do liczby użytkowników oraz udostępnianych im programów telewizyjnych. Prawie proporcjonalnie, gdyż gros informacji rozsyłanej odbiorcom w trybie rozsiewczym (broadcast) nie powoduje liniowego poszerzania pasma ani w warstwie agregującej na brzegu sieci, ani w szkielecie metropolitalnym.