В рубрику "Решения операторского класса" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
Создание технологии FTTH (Fiber-to-the-home - волокно в дом) в качестве наиболее предпочтительного проводного решения в сочетании с появлением IP-видео привело к росту потребности в широкополосных линиях связи в сельской местности Америки. Одним из редко упоминаемых побочных следствий развертывания таких сетей в сельской местности является необходимость прокладки линий связи значительной протяженности между центральными станциями и концентраторами. Пропускная способность этих линий связи будет определять возможность передачи услуг следующего поколения через "последнюю милю", а их протяженность может привести к возникновению проблем, которые ранее относились исключительно к сфере деятельности провайдеров магистральных линий связи. В данной статье рассматриваются эти вопросы, а также решения, где они имеют преимущество при развертывании сети FTTH в сельской местности.
Имеется ряд значимых факторов, способствующих успешной реализации любой сети FTTH. Для оптической среды передачи (волокно) первым по значимости параметром для передачи данных между центральной станцией и домом (абонентом) является затухание. Специалисты, работающие с оборудованием "последней мили", хорошо знакомы с затуханием, его значение достаточно легко рассчитать и измерить. Однако прокладка протяженной линии связи к удаленной центральной станции или к месту установки концентратора зачастую требует, чтобы была учтена также и дисперсия. Степень значимости последней в данной ситуации определяется протяженностью линий и шириной полосы частот, в которой осуществляется передача данных. На рис. 1 показаны области, в которых начинают проявляться ограничения передачи по причине тех или иных параметров.
Итак, что же собой представляет дисперсия? Ответ на этот вопрос может быть как простым, так и достаточно сложным, в зависимости от того, на каком уровне его рассматривать. Самый простой случай: свет с различной длиной волны распространяется в оптоволокне с разной скоростью. А поскольку передатчики имеют не бесконечно узкую, а некоторую конечную ширину спектра, то распространяющийся в оптоволокне оптический импульс может расширяться. При длине волны 1310 нм хроматическая дисперсия в одномодовом (стандартном) волокне очень незначительна и не представляет проблемы. Однако для волн с длинами, которые используются для передачи данных на большие расстояния, такими как 1550 нм, дисперсия может быть значительной при передаче сигналов на расстояния более 60 км и при скоростях в 10 Гбит/с или выше.
Существуют три целесообразных (с практической точки зрения) варианта решения проблем дисперсии. Первый вариант - совершенствование технологий лазерных приемопередатчиков. Ко второму относятся решения по дооснащению традиционных одномодовых линий модулями компенсации дисперсии. И третий вариант - это использование оптоволокна с модифицированными дисперсионными характеристиками. Усовершенствования лазерной технологии, несомненно, возможны и, судя по прессрелизам различных поставщиков, могут появиться в недалеком будущем. Однако неизвестными переменными величинами здесь являются такие факторы, как цена и доступность новых передатчиков (имеются принципиальные фундаментальные ограничения, связанные с модуляцией сигнала, из-за которых ширина спектра передатчика увеличивается при увеличении скорости передачи). Поэтому мы ограничимся рассмотрением выбора между применением модулей компенсации дисперсии (МКД) и использованием адаптированных по дисперсии оптических волокон с ненулевой смещенной дисперсией (ННСД).
Модуль компенсации дисперсии (МКД) на основе волокна, компенсирующего дисперсию (dispersion compensating fiber - DCF), содержит специальное оптическое волокно со значительной отрицательной дисперсией, которая компенсирует положительную хроматическую дисперсию "линейного" волокна. МКД устраняют дисперсию, но при этом вносят собственные потери величиной 5-10 дБ на участке стандартного одномодового волокна длиной 50-100 км. Несмотря на сравнительно высокую стоимость модулей, использование МКД достаточно практично, поскольку их можно устанавливать в составе оборудования уже после прокладки оптического кабеля.
Логичной альтернативой применению МКД является использование оптоволокна с ненулевой смещенной дисперсией (Non-Zero Dispersion-Shifted Fiber (NZDF) - ОВ с ННСД). При использовании такого волокна возможна передача данных на расстояния в несколько сотен километров на скорости 10 Гбит/с с минимальной хроматической дисперсией. Когда характеристики системы требуют какой-то степени снижения дисперсии, технология NZDF может дать два важных преимущества. Первым преимуществом является то, что использование волокна NZDF является менее дорогостоящим, чем использование традиционного волокна с дооснащением его модулями компенсации дисперсии. Второе - величина затухания в ВОЛ С с волокном NZDF меньше, чем величина затухания в линии, построенной на стандартном волокне и с установленными МКД. Данное преимущество влияет и на финансовую сторону вопроса, поскольку при этом значительно снижается потребность в применении усилителей сигнала. Технические характеристики этих двух решений даны в таблице.
Наиболее актуальным на данный момент для независимого провайдера в сельской местности является решение вопроса, связанного с влиянием дисперсии, то есть переход на скорости 10 Гбит/с при расстоянии в 60 км и выше. Для поставщика услуг передача данных в сельской местности на расстояние 60 км между центральными станциями или удаленными концентраторами не является редким случаем. А обратный транзит сигнала на скорости 10 Гбит/с можно с уверенностью иметь в первые несколько лет после прокладки линий FTTH. В качестве примера можно привести электротехнический кооператив Blue Ridge Mountain EMC, который прокладывает сети Интернет и IP-видео в сельской местности северной части штата Джорджия и в западной части Северной Каролины. Их архитектура включает в себя узловые точки, в которых маршрутизатор подключается к транзитной линии между магистралью и сетью FTTH и обслуживает оборудование, передающее услуги абонентам через линии FTTH. Эти узловые точки иногда могут быть расположены на расстоянии свыше 60 км от основного оборудования. Вдобавок ко всем трудностям кооперативу Blue Ridge Mountain EMC пришлось искать варианты наращивания возможностей этих узлов до 10 Гбит/с еще до истечения первого года после развертывания сети. Причины быстро растущей необходимости апгрейда до 10 Гбит/с заключаются в текущем спросе на поддержку I P-видео, постоянно растущем коэффициенте использования полосы частот пользователями и малом числе волокон, используемых для поддержки удаленных маршрутизаторов. Анализ тенденций за истекшие периоды свидетельствует о почти 42%-ном годовом росте коэффициента использования номинальной скорости системы передачи данных за это время. В сельской местности, где конкуренция среди провайдеров сравнительно невелика, кривые этого роста могут стать пологими. И тем не менее необходимость в 10-гигабитных транзитных линиях может возникать даже и в условиях значительно более медленного роста полосы пропускания, когда распространение IP-видео на начальном этапе развертывания сети требует номинальной скорости передачи данных для новых абонентов в 30 Мбит/с. Итак, у такого сельского провайдера, как Blue Ridge EMC, имеются четыре оптоволокна, обеспечивающие транзит к удаленному маршрутизатору в узловой точке. Если узловая точка обслуживает 1000 абонентов с номинальной скоростью передачи данных в 30 Мбит/с и, по крайней мере, 90% всего трафика проходит через волокна транзитной линии, то с самого начала необходимо поддерживать чуть менее 7 Гбит/с для каждого оптоволокна транзитной линии в течение первого года. Если сельский провайдер начинает при таких условиях и на самом деле реализует 42%-ный рост номинального потребления скорости передачи данных, то повышение необходимой пропускной способности транзитной линии будет соответствовать росту, показанному на диаграмме (рис. 2).
Возможно, что вероятность серийной передачи данных со скоростями в 150 Гбит/с в ближайшем будущем невелика. Большинство экспертов сходятся в том, что такие высокие скорости передачи данных будут связаны с переходом на технологии CWDM (Coarse Wavelength Division Multiplexing - грубое волновое мультиплексирование) или DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing -плотное волновое мультиплексирование) Тем не менее инфраструктура линейных сооружений строится с целью ее эксплуатации в течение 40-50 лет. Несомненно, в силу этих причин мы можем ожидать повсеместного использования 10-Гбит/с транзитных линий для сетей FTTH, и, возможно, серийная передача данных со скоростью в 40 Гбит/с станет обычным явлением еще до того, как истечет срок службы строящихся сегодня транзитных оптоволоконных линий.
Если линиям связи со скоростью 10 Гбит/с нужен учет дисперсии при расстояниях в 60 км, то линии со скоростями в 40 Гбит/с требуют принимать в расчет дисперсию уже на расстояниях, соответствующих типовой протяженности большей части транзитных линий связи. Вполне возможно, что 40-гигабитные потребности будут удовлетворены с помощью технологий CWDM или новых лазерных технологий, которые не затрагивают проблем дисперсии. Однако для тех, кому придется выбирать технологию для следующей модернизации, вопрос дисперсии останется открытым. Поэтому при анализе любых новых капвложений в транзитные оптоволоконные линии необходимо уделять некоторое внимание стоимостным компромиссам между имеющимися в данное время технологиями волокон NZDF и модулей на волокне DCF.
В большинстве случаев, когда дисперсия представляет проблему с самого начала строительства сети, волокна NZDF являются более экономичным решением, чем модули DCF и возможное усиление. Однако если требования к ширине полосы и расстояния будут диктовать необходимость снижения уровня дисперсии только где-то в отдаленной перспективе, то в этом случае преимущество сохранится за модулями DCF, поскольку их можно устанавливать после строительства сети по мере необходимости. Таким образом, при выборе модулей DCF расходы на них можно отложить на то время, когда без этих вложений нельзя будет обойтись. Согласно законам финансирования, лучше потратить доллар через пять лет, чем сегодня. На рис. 3 представлено сравнение текущей стоимости стандартного одномодового решения с использованием технологий дооснащения (кривая G.652D) с решением NZDF для реальной системы, по которой требуемая норма прибыли от капвложений равнялась 10%.
Анализируя график на рис. 3, мы можем прийти к выводу, что NZDF является более экономически эффективным подходом, чем модули DCF, если мы предполагаем, что контроль дисперсии потребуется в первые пять лет после развертывания сети. Однако в данной конкретной модели не предусматривается усиление, что в большинстве случаев маловероятно. В ней также в качестве контрольной скорости принята скорость 10 Гбит/с, данная технология построена в соответствии с традиционной моделью линий дальней связи, согласно которой все волокна в кабеле должны или быть волокнами NZDF, или дооснащаться модулями DCF. В случае прокладки транзитной линии к удаленной центральной станции с применением FTTH, последнее предположение, вероятно, будет не совсем правильным.
В большинстве случаев число волокон, которые станут использоваться для поддержки удаленных маршрутизаторов в сети FTTH, будет очень небольшим: скорее всего, не более четырех или шести. Кроме того, кабель, в котором размещены эти волокна, вероятно, будет предназначен и для решения дополнительных задач, таких как совместная работа с оптическими разветвителями или поддержка абонентских отводов. Для решения подобных задач некоторое число традиционных волокон G.652D не просто желательно, a необходимо. Таким образом, все связанные с дисперсией затраты в решении с транзитной линией для сети FTTH значительно ниже, чем затраты при прокладке традиционной линии дальней связи. В конце концов, если нам и понадобятся волокна NZDF, то их нужно будет немного. И наоборот, если потребуется компенсация дисперсии, то всего лишь для нескольких волокон.
Хотя факторы стоимости и времени при использовании волокон NZDF по сравнению с модулями DCF очень важны, нельзя забывать и о факторе затухания. В качестве примера можно привести представленное в таблице сравнение двух оптических линий связи протяженностью 50 миль каждая. В одной из них используется стандартное одномодовое волокно с модулем DCF, а в другой - волокна NZDF.
Данные таблицы однозначно свидетельствуют о том, что потери в линии NZDF на 4 дБ меньше. Во многих случаях это позволяет устанавливать в системе меньшее количество оптических усилителей (ОУ) и использовать менее мощные ОУ, что значительно снижает капитальные и эксплуатационные расходы и упрощает инженернопроектные работы. Такое влияние установки модулей DCF на величину затухания является дополнительным аргументом в пользу волокон NZDF в тех случаях, когда дисперсия становится значимой. А если к фактору стоимости (рис. 3) добавить фактор усиления, то NZDF будет выигрывать уже со значительным перевесом. А ведь не так много имеется систем FTTH, установка модуля DCF в транзитные линии которых может быть выполнена без возникновения необходимости в усилении.
Если принимать во внимание рост полосы пропускания транзитных линий, все более глубокое проникновение сетей в сельскую местность и относительную неопределенность фактора стоимости новых технологий широкополосной передачи данных, то аргументация в пользу размещения нескольких волокон NZDF в транзитном кабеле начинает казаться вполне убедительной. Обычно предназначаемый для сетей FTTH транзитный кабель является многоцелевым компонентом, а для поддержки подверженной влиянию дисперсии системы в любом кабеле достаточно иметь не более 12 волокон NZDF. Таким образом, это сравнительно небольшое число волокон по сравнению со всем остальным мало повлияет на общую стоимость строительства сети, однако они могут оказаться очень нужными для решения огромного количества потенциальных проблем. Провайдерам услуг FTTH в сельской местности следует уделять серьезное внимание этому варианту во всех случаях, когда протяженность линий и ширина полосы пропускания достигают значений, при которых дисперсия становится ощутимой.
Опубликовано: Журнал "Технологии и средства связи" #2, 2009
Посещений: 6797
Автор
| |||
Автор
| |||
В рубрику "Решения операторского класса" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
