Włóknem FTTH do domu

W miarę upływu czasu światłowody zaczęły zbliżać się do użytkownika końcowego, najpierw w sieciach metropolitalnych, a następnie w szkielecie okablowania strukturalnego, aby w końcu dosięgnąć abonenta w mieszkaniu. Prawdziwy przełom spowodowało wprowadzenie optycznych technologii FTTx, które w zależności od regionu oraz przewidywanych aplikacji przybierają dzisiaj różne praktyczne formy. Zainteresowanie światłowodem w środowisku abonenckim wynika z popularności komputerów z portami 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, krawężnik, kampus, osiedle) rozwiązań o rzeczywiście wysokich przepływnościach, a więc optycznych.

Po latach dominacji kabli miedzianych, na znaczeniu zyskują optyczne systemy dostępowe klasy FTTH (Fiber To The Home), coraz bliżej dochodzące z włóknem światłowodowym do abonenta. Szczególną rolę w tym współzawodnictwie zajmują łącza całkowicie pasywne, jako rozległe systemy optyczne klasy PON (Passive Optical Network). Dzięki nim, na całej trasie między abonentem a węzłem sieci są tworzone trakty z pasywnych elementów optycznych (włókna, rozdzielacze, sprzęgacze) - bez potrzeby konwersji sygnału na postać optyczną. Kosztowną i kłopotliwą.

Za pośrednictwem pasywnych instalacji PON powstają stosunkowo tanie rozwiązania abonenckie klasy FITL (Fiber In The Loop) dla sieci dostępowych, które transmitują dane ze zwielokrotnieniem falowym w części magistralowej i rozdzielczej. Ostatni odcinek łącza abonenckiego zwykle jest tworzony bądź przy wykorzystaniu kabla miedzianego stosowanego w takich rozwiązaniach, jak: FTTB (Fiber To The Building), FTTC (Fiber To The Curb), FTTO (Fiber To The Office), bądź za pomocą światłowodu bezpośrednio do stanowiska roboczego w wersjach całkowicie optycznych jako: FTTH (Fiber To The Home) czy FTTD (Fiber To The Desk).

Systemy optyczne klasy PON - standaryzowane formułą A-PON (ATM PON) - zostały szybko rozszerzone o funkcje obrazowe, związane z transmisją analogowych programów telewizyjnych w szerokopasmowych rozwiązaniach B-PON (Broadband PON). Pomimo optymistycznych założeń, instalacje w standardzie B-PON osiągnęły umiarkowany sukces komercyjny. Przyczyną powolnego wdrażania usług w tej technologii był gwałtowny postęp w miedzianych technologiach dostępowych DSL (VDSL, VDSL2), które oferując potrzebne przepływności, stały się kosztowo konkurencyjne w stosunku do optycznego pierwowzoru. Zwłaszcza że oferowana w miedzi szybkość ok. 30 Mb/s jest w zasadzie wystarczająca dla domowego abonenta IPTV, nawet przy odbiorze wyrafinowanych aplikacji multimedialnych.

Opracowana przez ITU generacja pasywnych systemów optycznych GPON (Gigabit PON) wyznacza nowy kierunek aplikacji interaktywnych. Za jej pomocą uzyskuje się dwukierunkową obsługę do 64 lub 128 urządzeń ONU (Optical Network Unit) oraz podwyższenie zasięgu do 60 km w porównaniu z miedzią. Jest to zupełnie wystarczająca odległość do obsługi większości aplikacji w metropoliach. Systemy G-PON są dobrze dopasowane do przekazywania usług opartych na protokole IP, a ich faktyczną konkurencją pozostają jedynie optyczne rozwiązania dostępowe wykonane w technologii E-PON (Ethernet PON).

Podczas gdy gigabitowa technika GPON jest stosowana dopiero w kilku krajach, producenci sprzętu już debatują, jakie sieci optyczne będą stanowić następny krok w ewolucji systemów. Przez moment wydawało się, że tym etapem będzie WDM-PON (Wavelength Division Multiplexing - Passive Optical Network), jednakże obecnie przewagę zyskuje technologia 10GPON (10 Gb/s PON) - jako najbardziej efektywny sposób transmisji pod względem kosztów. Według Marcusa Weldona z Alcatel-Lucent: "Systemy WDM-PON kosztują 2, 3 razy tyle co GPON, więc aby znacząco zmniejszyć koszty komponentów sieci, nie wystarczy samo ulepszanie istniejącej technologii, bo tu chodzi o stosowanie zupełnie nowych elementów".

Pasywne rozwiązania PON oferuje dzisiaj większość liczących się producentów sieci telekomunikacyjnych, jak również i nowe podmioty wchodzące dopiero na ten rynek. Można też sądzić, że wkrótce nastąpi integracja tanich rozwiązań metropolitalnych klasy CWDM (Coarse WDM) z elementami sieci pasywnych PON ostatniej mili - co zaowocuje możliwością szerokopasmowego dostępu do sieci po optymalnie niskich kosztach. Takich efektów i przepływności nie da się uzyskać, korzystając wyłącznie z okablowania miedzianego.

mp3, HDTV i VoD potrzebują 40/100 Gb/s

Obecnie wykładniczo narasta zapotrzebowanie na transmisję danych do abonentów mieszkaniowych i małych firm (SOHO), jako że liczba komputerów i urządzeń domowych podłączonych do internetu wciąż rośnie. Do mieszkań na dobre wkraczają cyfrowe zapisy dźwięku mp3, obraz telewizyjny o wysokiej rozdzielczości HDTV (High Definition TV), a także multimedialne aplikacje typu VoD (Video on Demand), które wymagają olbrzymich strumieni informacji cyfrowych w czasie rzeczywistym.

Firma analityczna Ovum przewiduje, że obroty na rynku sieciowych rozwiązań 40 Gb/s będą rosnąć, głównie za sprawą użytkowników uruchamiających aplikacje multimedialne. Wdrażanie na masową skalę optycznych rozwiązań 40 Gb/s nastąpi jednak dopiero wówczas, gdy ich cena nie będzie tak wysoka jak obecnie. Według Ovum, globalne obroty na rynku liniowych kart sieciowych 40 Gb/s zamknęły się w 2007 r. kwotą 178 mln USD, a w 2008 r. wzrosły o dalsze 48%.

Jednym z pierwszych dostawców takich gotowych instalacji był Nortel, który wprowadził do swojej oferty rozwiązania 40 Gb/s w kwietniu 2008 r. i sprzedał je już ponad 30 dużym odbiorcom. W firmie Telcordia opracowano optyczny układ kodujący, potrafiący szyfrować dane transportowane przez włókno z szybkością do 100 Gb/s. Ten koder optyczny można konfigurować zdalnie (w celu częstej zmiany klucza szyfrowego).

Na krótkich dystansach, a więc w miejskich i kampusowych sieciach MAN/LAN oraz w połączeniach lokalnych (gdzie odległości liczone są w kilometrach) - koszty są niższe, gdyż nie ma potrzeby regenerowania i wzmacniania sygnałów optycznych (CWDM). W praktyce zależy to jednak od typu włókna, a zwłaszcza od odpowiedniej jego dyspersji, jednego z najbardziej istotnych czynników wpływających na transmisje wielofalowe. Obecnie oferowane lokalne platformy CWDM umożliwiają transmisję z szybkością 2,5 - 10 Gb/s, a w testowych instalacjach pracują rozwiązania zapewniające 40 Gb/s.

Łącza terabitowe

W długodystansowych traktach optycznych uzyskuje się wielokrotnie większe przepływności w stosunku do podstawowej szybkości transmisji we włóknie optycznym (np. 320 × 2,5 Gb/s, 160 × 10 Gb/s czy 80 × 40 Gb/s lub wyższych). Wtedy są potrzebne nie tylko specjalne typy światłowodów, lecz także rozwiązania ukierunkowane na utrzymanie odpowiedniej dyspersji, nieliniowości i tłumienności. Niestety zwykle prowadzi to również do istotnego podwyższenia kosztów całego systemu, co jest do zaakceptowania jedynie w długodystansowych traktach (powyżej 100 km) - gdzie znaczącą pozycję w kosztach odgrywają łącza dalekosiężne.

O ile na potrzeby 40GbE i 100GbE będzie mogła zostać wykorzystana istniejąca infrastruktura optyczna, o tyle sieci kolejnej generacji TbE (Tb/s Ethernet) będą wymagały zastosowania zupełnie nowych laserów, światłowodów itp. Opracowanie odpowiednich technologii będzie wymagało olbrzymiego wysiłku ośrodków badań i rozwoju. Według Roberta Metcalfe będzie to niezbędne, bo już w kilka lat po tym, gdy uruchomione zostaną łącza 40GbE i 100GbE, w sieciach szkieletowych pojawią się wymagania na zwiększenie przepustowości do poziomu TbE - zwłaszcza podczas popularyzacji rozwiązań Ethernet end-to-end.

Terabitowe sieci optyczne to wprawdzie jeszcze przyszłość, ale jeśli wymagania rynkowe będą rosnąć tak szybko jak do tej pory (czyli bez ograniczania pasma), to staną się one koniecznością. Wdrażanie terabitowych łączy długodystansowych oraz platform optycznych daje bowiem szansę, iż mimo lawinowego wzrostu potrzeb, nie nastąpią globalne zakłócenia w transporcie internetowym. Atrakcyjność rozwiązań optycznych polega bowiem na tym, że pozwalają one bezkonfliktowo integrować różne technologie Ethernetu, które dzisiaj przestają się kojarzyć wyłącznie z siecią LAN, a ponadto są bardzo elastyczne przy rozszerzaniu pasma transportowego.

Laboratoria firmowe nie ustają jednak w podnoszeniu przepływności. W 2008 r. podczas konferencji OFC, za pomocą zaawansowanych technik modulacji, pokazano testową dalekosiężną transmisję światłowodową o rekordowej przepustowości 25 Tb/s, a za najbardziej rozwojowe segmenty rynku telekomunikacyjnego uznano instalacje nowych łączy transoceanicznych oraz wdrażanie na skalę światową technologii optycznych FTTx.