В рубрику "Решения операторского класса" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций

Гибридное FSO-оборудование - решение операторского класса

Л.В. Корниенко, начальник бюро ФГУП ГРПЗ
С.Н. Кузнецов, директор центра информационных технологий ООО "МОСТКОМ"
Б.И. Огнев, директор по сбыту ООО "МОСТКОМ"
С.Ю. Поляков, директор ООО "МОСТКОМ"

На рубеже XXI века многие авторитетные аналитические агентства прочили системам FSO-технологии большое будущее: по прогнозам, к концу 2005 года общий объем рынка мог достичь уровня $2 млрд. Однако по состоянию на начало 2006 года объем мировых продаж, по разным источникам, оценивался в $400-900 млн - при темпах роста рынка 15-20% в год. Основная причина подобного положения дел заключается в том, что применение FSO-систем становится экономически оправданным только на пролетах длиной 0,5-3 км ("последняя миля").

При этом надежность каналов связи составляет 99,9-99%.

В настоящее время основным потребителем FSO-систем является корпоративный сектор. Из-за недостаточной надежности канала операторы связи используют FSO-оборудование, в основном, как временное (резервное) решение или на коротких пролетах для прохода через труднодоступные места. Благодаря отсутствию необходимости получения лицензии на их применение беспроводная оптика позволяет в рекордные сроки разворачивать высокоскоростные каналы связи на участках "последней мили". Затем уже как постоянное решение подводится волоконно-оптический кабель. Такой подход позволяет оперативно развернуть сеть доступа, получив тем самым конкурентные преимущества.

Для увеличения объемов потребления FSO-систем последние должны находить применение в постоянных сетевых решениях операторов, выступающих в качестве оптовых потребителей оборудования связи. Например, в России рассматриваются несколько проектов наложенных высокоскоростных городских сетей. Эта тема становится особенно актуальной в связи с перспективой перехода на NGN-решения - мультисервисные сети с пакетной коммутацией. Они требуют наличия широкополосных соединительных линий со скоростью передачи как минимум 100 Мбит/c. Для решения этих задач необходимо, чтобы беспроводное оптическое оборудование имело операторскую надежность канала не менее 99,99%. Такие значения доступности канала FSO-связи на участках "последней мили" могут быть достигнуты за счет применения гибридных решений. Идея состоит в следующем: предусматривается введение в оптическое оборудование второго параллельного радиоканала. Для сохранения главных преимуществ FSO-систем - отсутствия лицензирования и широкополосности - радиоканал также должен работать в диапазоне частот, не требующем лицензирования, и иметь высокую скорость передачи информации.

В последнее время изготовители FSO-оборудования предлагают подобные гибридные устройства. Основное их достоинство в том, что эти системы операторского класса пригодны для создания сетевых решений на постоянной основе.

Существует два подхода к созданию таких систем: использование в качестве второго канала оборудования широкополосного доступа Wi-Fi стандарта IEEE 802.11a/b/g, работающего в разрешенных частотных диапазонах 2,4; 5,2 и 5,8 ГГц, или применение радиорелейных систем миллиметрового диапазона в диапазоне 60 ГГц (MMW), который также не требует разрешения на использование.

Первый подход позволяет получить желаемые 4-5 девяток надежности канала на трассах 4 км и более, но чреват снижением скорости передачи информации в плохих погодных условиях. Эффективная скорость передачи данных оборудования Wi-Fi, как правило, не превышает 10-20 Мбит/с, поэтому целевой функцией при построении таких систем является уменьшение времени работы радиоканала - что определяется уже качеством FSO-оборудования и длиной соединения. Преимущество такого решения - высокая экономическая эффективность повышения надежности связи. Системы Wi-Fi широко представлены на рынке, относительно недорогие, поэтому суммарная цена решения FSO + Radio увеличивается незначительно.

Второй вариант (использование оборудования MMW) позволяет реализовать полностью сбалансированные каналы без падения скорости передачи до скоростей 1 Гбит/с и более. Однако в силу большого затухания волн диапазона 60 ГГц в атмосфере дальность связи названых гибридных систем при доступности 99,99% ограничена трассами 1,3-1,5 км. При этом стоимость решения высока, как минимум в два раза выше "чистого" FSO-решения.

Решение ARTOLINK

Проанализировав сложившуюся на рынке ситуацию, необходимость повышения доступности беспроводного канала связи, экономическую целесообразность "гибридизации" оптических систем, Государственный Рязанский приборный завод (изготовитель) и ООО "МОСТКОМ" (разработчик) предлагают обновленную FSO-систе-му типа M1-FE-2N под торговой маркой ARTOLINK. Она оптимизирована для работы в сетях Ethernet и Fast Ethernet как в рамках предприятия, так и в сетях операторов различного уровня. Система включает в себя следующие технические решения.

FSO-канал

Объективным критерием качества FSO-соединения является время недоступности канала, которое определяется затуханием излучения на трассе и расстройкой оптической линии.

Оборудование ARTOLINK имеет многоапертурную приемопередающую систему, исключающую замирание сигнала на длинных пролетах. Бюджет линии более 50 дБ и малый угол расходимости излучения передатчиков обеспечивают высокую энерговооруженность системы.

Как показывает практика, для систем без автотрекинга доля времени недоступности из-за разъюстировки линии равна или даже превышает время перерыва связи из-за тумана. Наличие автотрекинга в оборудовании ARTOLINK позволяет устанавливать его на любые, даже нестабильные опоры, например на металлические вышки, и забыть о проблеме разъюстировки.

Совокупность этих решений обеспечивает минимизацию времени перерывов оптической связи на трассах до нескольких км.

На рис. 1 с использованием доступной статистики приведены результаты расчета недоступности оптического беспроводного канала для двух случаев. Верхняя кривая демонстрирует возможности оборудования ARTOLINK при условии применения в центральной России. Нижняя кривая построена для этого же оборудования, но при его установке в засушливых районах (для примера взят г. Лас-Вегас, США). Заметим, что по статистике прозрачность атмосферы на территории России значительно хуже, чем в большинстве столиц мира. Поэтому графики стоит считать граничными значениями надежности канала. В большинстве стран мира, включая и южные районы России, реальная кривая надежности будет проходить между ними.

Как видно из рис. 1, в решениях уровня предприятия по критерию надежности канала лучше 99% оборудование в условиях России может может обеспечивать связь на расстоянии до 2,5 км. Если в качестве критерия взять среднюю надежность медных кабельных соединений (по данным "Дойче Телеком"), то FSO-оборудова-ние ARTOLINK обеспечивает соединение практически до 1,5 км, а в засушливых районах и значительно дальше - более 5 км. Реально установленные образцы работают на трассах от 0,1 до 6,8 км.

Интерфейс

Оборудование ARTOLINK комплектуется специально разработанным для беспроводной оптики интерфейсом с сетевым стыком 10/100BASE-T/ТX. Он обеспечивает надежную полнодуплексную передачу трафика Ethernet/Fast Ethernet на трассах до 5 км с относительной цифровой ошибкой в период доступности канала 10-9-10-10. Дополнительно реализуются следующие опции:

Интегрированный служебный канал между терминалами линии. Данные служебного канала передаются вне полосы основного сигнала и не загружают информационную магистраль.
Механизм активной сигнализации через локальный сетевой интерфейс о состоянии оптического и кабельных соединений - функция ALLF. В отличие от обычно используемого варианта LLF при восстановлении физического соединения автоматически восстанавливается и сетевое соединение без перезагрузки оборудования.
Встроенный измеритель качества оптического канала. За счет использования данных служебного канала производится постоянное автоматическое измерение ошибок в оптическом канале с частотой 8000 раз в секунду.
Широкие сервисные возможности: программная установка шлейфов, управление параметрами сетевых соединений, гибкое задание логики работы резервного канала, развитая сигнализация.

Технология двойного канала

Оборудование ARTOLINK обеспечивает возможность организации второго канала через различное оборудование Fast Ethernet. В зависимости от решаемой задачи это могут быть MMW, Wi-Fi, ВОЛС и любые другие. Например, при использовании в качестве второго канала ВОЛС реальным становится организация эффективных решений по дублированию основной линии передачи. Для этих целей в оборудовании предусмотрена функция программной установки приоритета каналов - основной или резервный.

Подключение беспроводного радиооборудования ко второму каналу позволяет реализовать полноценную гибридную систему связи. Это резко улучшает показатели доступности канала до требований операторской надежности.

Переключение трафика между каналами осуществляется по критерию качества оптического соединения. В зависимости от скорости передачи данных, которую обеспечивает второй канал, допускается настройка параметров переключения. При этом используется специальная технология плавного снижения скорости, которая улучшает алгоритмы взаимодействия оборудования с подключаемыми сетевыми устройствами. Для расширения круга решаемых задач на сигнальный стык второго каналы выводится питание (PoE). Параметрами его включения также можно программно управлять.

В таблице приведены эксплуатационные параметры оборудования ARTOLINK при подключении ко второму каналу радиооборудования различного типа.

Оптимальным решением по соотношению цена/качество обладает система с резервным каналом Wi-Fi. В качестве такого канала может быть использовано любое оборудование подобного типа. Наилучшие результаты (отраженные в таблице) дает применение специально откалибро-ванного для работы с ARTOLINK оборудования класса preWi-Max типа RAPIRA. Совместная калибровка позволяет решить несколько задач конфигурации гибридного канала связи:

Обычная точка доступа Wi-Fi ориентирована на сетевые, многоточечные приложения, поэтому ее программное обеспечение выполняет множество задач, не нужных в конфигурации "точка - точка". Это приводит к снижению полезной пропускной способности до 6-8 Мбит/с. Специально откалиброванное обо
рудование RAPIRA обеспечивает полнодуплексную скорость не менее 20 Мбит/с (при канальной скорости
108 Мбит/с).
Питание различных типов оборудования Wi-Fi может быть от 5 до 48 В постоянного тока или 220 В переменного. В откалиброванном оборудовании RAPIRA питание подается по сигнальному кабелю (PoE), что гарантирует полную совместимость устройств.
При использовании оборудования Wi-Fi в качестве холодного резерва (без излучения) отмечается достаточно большое время перехода на второй канал, которое может исчисляться несколькими десятками секунд. Это время входит в период недоступности канала. При использовании RAPIRA используется специальный метод плавного снижения скорости и практически отсутствует время переключения между каналами.

В результате, как показано на рис. 2, откалиброванный гибридный канал ARTOLINK/RAPIRA типа FE-2R обеспечивает 100%-ную надежность соединения при дальностях в несколько километров.

Как видно из рисунка, при увеличении длины соединения просто растет время работы радиооборудования. Но даже на трассах 4 км среднее время работы Wi-Fi не превышает 3%. Причем в большинстве случаев эти проценты приходятся на ночные и утренние, наименее загруженные трафиком часы. Остальное время оборудование Wi-Fi автоматически отключается, переводится в холодный режим и не загружает эфир своим излучением. Учитывая, что в России нет и не предвидится наличия открытых диапазонов, такое решение - реальный путь к созданию надежных каналов связи без получения разрешения. Таким образом, комплект оборудования ARTOLINK/RAPIRA интегрирует в себе все положительные черты оптической и радиотехнологий и позволяет создавать скоростные каналы связи с надежностью более 0,9999 на трассах в несколько километров.