Obserwowany od kilku lat wzrost zainteresowania instalacjami gigabitowymi wynika z popularności komputerów terminalowych wyposażonych w kanały Fast Ethernet (100 Mb/s) i Gigabit Ethernet (1 Gb/s). Mimo zainstalowanych w nich miedzianych interfejsów sieciowych potrzebują one w bliskim otoczeniu (dom, kondygnacja, budynek, kampus, osiedle) rozwiązań optycznych o znacznie większych szybkościach, jakie dają jedynie platformy optyczne. Do tej pory jedynym sposobem podniesienia ethernetowych przepływności szkieletowych jest technologia optycznego zwielokrotnienia DWDM z gęstym podziałem fal, zezwalająca na przesłanie jednym włóknem wielu niezależnych kanałów o wysokiej przepływności (np. po 2,5 Gb/s lub 10 Gb/s).

Strategicznymi elementami infrastruktury w tworzeniu sieci optycznej są dzisiaj: rozproszona inteligencja sieci szkieletowej, jednolity sposób zarządzania siecią transportową MPLS (Multiprotocol Label Switching) w szkielecie oraz trasowanie kanałów falowych w dziedzinie całkowicie optycznej (tzw. sieci z lambdą). Optyka komunikacyjna pozwala dzisiaj na zestawianie i komutowanie połączeń wyłącznie w warstwie optycznej, z zapewnieniem inżynierii ruchu dla dynamicznie tworzonych połączeń z komutowaniem pakietów. Jest to obecnie najbardziej efektywny sposób szybkiego transportu informacji z elastycznie konfigurowanymi kanałami optycznymi, dobieranymi w zależności od zapotrzebowania i stanu sieci.

Platformy PON

Po kulminacji systemów klasy xDSL, przypadającej na lata 2006/2007, analitycy prognozują wzrost zainteresowania pasywnymi technologiami optycznymi klasy APON, GPON i EPON. Pierwszą propozycją systemów PON (lata 90.) była platforma APON (ATM PON), zaakceptowana jako kosztowo efektywne rozwiązanie dostępowe klasy FTTH (Fiber to the Home) doprowadzające światłowód do mieszkań. Do transmisji sygnałów na dalsze odległości korzystano w nim z technologii ATM, umożliwiającej także zarządzanie transmisją sygnałów o różnych wymaganiach nakładanych na przepływność i opóźnienia pakietów. Wadą rozwiązania APON był brak możliwości jednoczesnego dostarczania przez łącze optyczne sygnału telewizyjnego, którą to niedogodność zlikwidowano dopiero przez rozszerzenie pasma w kolejnym standardzie BPON (Broadband PON).

W standardzie BPON programy telewizji analogowej są lokowane w rozszerzonym oknie 1550 nm, tuż obok już istniejących pasm transmisyjnych. Dostosowanie sieci PON do obsługi aplikacji szerokopasmowych normuje specyfikacja ITU-T G.983.x: typowo dla 32 rozgałęzień odbiorczych, a maksymalnie do 64. Oznacza to, że jeden dystrybucyjny węzeł optyczny OLT może obsłużyć do 32 lub 64 oddalonych jednostek ONU/ONT. Oba przedstawione rozwiązania (APON i BPON) nie odniosły jednakże komercyjnego sukcesu, z powodu zbyt niskiej skalowalności i elastyczności konfigurowania – związanych z używaniem technologii ATM do rozdziału i komutowania ruchu. Także w wyniku powszechnego oczekiwania, że powstające systemy radiowe WLAN zaspokoją wszystkie przyszłe potrzeby transmisyjne na terenach rozległych.

W pasywnych systemach optycznych kolejnej generacji GPON (Gigabit PON) wprowadzono wiele usprawnień technicznych w stosunku do pierwszych instalacji BPON. Wdrożenie w warstwie fizycznej nowych rozwiązań optycznych pozwoliło zwiększyć maksymalny zasięg transmisji z 20 km (BPON) do 60 km (GPON) oraz liczbę węzłów ONU przyłączonych do sieci PON nawet do 128 użytkowników jednocześnie. W tym rozwiązaniu sumaryczna przepływność bitowa traktu została podniesiona z 1,25 Gb/s do 2,5 Gb/s (dokładniej 2,488 Gb/s).

Instalowany dzisiaj w sieciach optycznych konkurencyjny wobec GPON wariant transportu danych EPON (Ethernet PON) akceptuje wszystkie typy transmisji ethernetowej o dyskretnych przepływnościach 10/100/1000 Mb/s – udostępnianych zarówno w topologii dwupunktowej P2P (Point to Point), jak i rozsiewczej P2 M (Point to Multipoint). Techniki dostępowe oparte na protokole Ethernet są przede wszystkim używane do transportu ramek ethernetowych i świadczenia różnorodnych usług z protokołem IP, a mianowicie: w komunikacji głosowej VoIP, internetowej telewizji (TVoIP), telewizji interaktywnej (IPTV), aplikacji wideo na żądanie (VoD), a także do tworzenia rozwiązań wirtualnych VPN i VLAN. Mimo podobieństwa do innych rozwiązań komunikacyjnych, zaletą systemów EPON – różniącą Ethernet od ATM – jest zmienna długość pakietów, co przekłada się na większą efektywność działania niezależnie od użytej aplikacji.

Przełączanie MPλS

Optymalizacja sieci całkowicie optycznych wymaga zarządzania kanałami transportowymi (o różnych długościach fal) w warstwie optycznej. Uproszczenie architektury transportowej do dwóch warstw jest możliwe dzięki zastosowaniu jednolitego sterowania MPLS (w nowszej wersji GMPLS), które w odniesieniu do sieci optycznej przyjmuje postać MPλS (lambda MPLS). Różnica między tymi sterowaniami polega na tym, że rolę etykiety w infrastrukturze optycznej MPλS pełni informacja o zastosowanej długości fali. Istotnym ograniczeniem sterowania MPλS jest jednak znacznie mniejsza w porównaniu z MPLS liczba etykiet, odpowiadająca dostępnym długościom fal – niż w przypadku warstwy IP. Niestety prowadzi to jeszcze do sytuacji, w której przełącznik, mimo że mógłby, nie jest w stanie przeprowadzić prawidłowej konwersji fali optycznej między dwoma konkretnymi węzłami sieci – z braku odpowiedniej liczby kanałów optycznych w łączu fizycznym.

Wyższość inteligentnego przełączania MPλS nad MPLS polega na tym, że umożliwia ono połączenie dobrze rozpoznanej inżynierii ruchu (traffic engineering) w technologii MPLS, z technologią przełączania w warstwie optycznej. Routery etykietujące LSR (Label Switching Router) klasyfikują datagramy, dodając do nich etykiety, i wyznaczają ścieżkę falową λ LSP (Lambda Label Switched Path) – utożsamianą z konkretną nośną systemu DWDM – a następnie kierują datagramy opatrzone tą etykietą do odpowiedniego interfejsu, czyli portu optycznego sieci. Optyczne przełączniki brzegowe mogą agregować strumienie danych przychodzących z zewnętrznych routerów LSR i przypisywać im odpowiednią długość fali związaną z określoną ścieżką LSP.