Światłowodowe sieci dostępowe
W ostatnich kilku latach zauważyć można rozwój sieci dostępowych w niespotykanej dotychczas skali.
Geneza
Siłą napędową wydaje się być silniejsze niż kiedykolwiek powiązanie rynków usług teleinformatycznych i produktów konsumenckich. Co więcej śmiało można stwierdzić, że dostawcy usług stali się jednymi z głównych graczy na rynku rozrywki multimedialnej. Oprócz nich występują tam m.in. producenci sprzętu konsu-menckiego (odbiorniki HDTV, konsole do gier) i wytwórcy produktów multimedialnych (filmy, rozrywka, gry). Uczestnicy tego rynku wpływają wzajemnie na siebie inicjując wzajemne działania oraz generując potrzeby nowych produktów i usług. Zgrubne analizy pasma potrzebnego do zapewnienia pakietu usług (HDTV, Internet 10Mb/s i inne) wskazują na konieczność dostarczenia każdemu abonentowi pasma rzędu 30 Mb/s. Już na pierwszy rzut oka widać, że wymagania te są zbyt wygórowane dla eksploatowanych dzisiaj sieci dostępowych w związku z czym należy szukać nowych technik umożliwiających zabezpieczenie wymaganego pasma.
Technologie sieci dostępowych
Ogólnie ujmując sieci dostępowe można podzielić na trzy kategorie: sieci bezprzewodowe, miedziane i światłowodowe
Sieci bezprzewodowe cechują się najniższym kosztem inwestycji, wynikającym przede wszystkim z najniższych kosztów budowy infrastruktury transmisyjnej. Standardami szerokopasmowych bezprzewodowych sieci dostępowych stosowanymi dzisiaj są WiFi (802.11) i WiMAX (802.16). WiMAX charakteryzuje się użytecznym zasięgiem około 5 km i przepływnością 70 MB/s. WiFi jest bardziej dojrzałą technologią, lecz jego zakres użyteczny wynosi jedynie 100 m przy przepływności rzędu 10-50 Mb/s. Pomimo tych ograniczeń za sprawą dojrzałości technologicznej WiFi jest obecnie powszechniej używane w sieciach dostępowych niż WIMAX.
Pomimo tego, że koszty budowy sieci WiFi i WiMAX są względnie niskie, główną ich słabością jest niewystarczające do uruchamiania aplikacji wideo pasmo. Wynika to w dużej mierze z faktu, że techniki te opierają się architekturach dostępowych typu punkt wielopunkt, w których pasmo dzielone jest między wielu użytkowników. W związku z tym technologie te nadają się bardzo dobrze do przeglądania zawartości Internetu, lecz są bezużyteczne w przypadku bardziej wymagających aplikacji takich jak telewizja IP (ang. Internet Protocol).
Kolejną techniką dostępową wykorzystywaną obecnie są systemy DSL (ang. Digital Subscriber Line) pracujące na łączach miedzianych. W przeciwieństwie do łączy bezprzewodowych technologia DSL bazuje na architekturze punkt punkt. W związku tym zamiast dzielić pasmo 50 Mb/s między wielu użytkowników, DSL umożliwia dostarczenie takiego pasma każdemu użytkownikowi. Niestety DSL posiada jedną wspólną cechę z technologiami bezprzewodowymi – jest technologią ograniczoną szumowo a co za tym idzie mają ograniczoną długość łącza.Biorąc pod uwagę fakt, że wymaganym pasmem do zapewnienia usług szerokopasmowych - włącznie z telewizją wysokiej rozdzielczości - jest 30 Mb/s, maksymalna długość pętli spada do 900 metrów. Jest to zdecydowane zbyt mało by opłacalna stała się budowa infrastruktury DSL pod usługi szerokopasmowe nowej generacji.
Ostatnią rozważaną opcję stanowią dostępowe sieci światłowodowe, które mogą być budowane w architekturach punkt punkt i punkt wielopunkt. Sieć punkt punkt zapewnia całkowicie wydzieloną strukturę optyczną dla połączenia między punktem centralowym a abonentem. W sieciach punkt wielopunkt (sieciach ze współdzielonym medium) pojedynczy światłowód wychodzący z centrali zapewnia dostarczenie usług do dziesiątek abonentów. Jest to możliwe za sprawą podziału sygnału w elementach rozgałęziających, ulokowanych zazwyczaj blisko użytkowników, skąd doprowadzane są do użytkowników końcowych pojedyncze światłowody.
W obrębie sieci dostępowych o współdzielonym medium należy wymienić dwie metody rozdzielania sygnału optycznego – aktywny Ethernet (ang. Active Ethernet) oraz pasywna sieć optyczna (ang. Passive Optical Network - PON).
W aktywnym Ethernecie poszczególne sygnały rozdzielane są między użytkowników przy użyciu urządzeń elektronicznych, podczas gdy w sieciach PON w torze optycznym miedzy nadajnikami a odbiornikami nie występują żadne urządzenia aktywne, sygnał optyczny rozdzielany jest zaś przy pomocy biernych elementów rozgałęziających.
Techniki transmisyjne w sieciach PON
Wybór architektury, struktury i topologii światłowodowej sieci dostępowej nie kończy jednak procesu decyzyjnego. W przypadku pasywnych sieci optycznych konieczność dokonania jednoznacznego wyboru ma miejsce również w odniesieniu do technologii transmisyjnej. Pomimo dosyć młodego wieku światłowodowe sieci PON przeszły już pewien etap ewolucji, co zaprezentowano na Rysunku 1.
Technologia EPON 1Gb/s (zwana stąd często GEPON) została znormalizowana w czerwcu 2004 roku. Zapewnia ona dwukierunkową transmisję przy użyciu długości fali 1490 nm w stronę abonenta oraz 1310 nm od abonenta. Długość fali 1550 nm została zarezerwowana dla przyszłych zastosowań i dodatkowych usług, takich jak analogowa telewizja RF.
Swój masowy rozwój technologia GEPON zawdzięcza przede wszystkim specyfikacji warstwy fizycznej bazującej na zmodyfikowanych w minimalnym zakresie tanich elementach optycznych do transmisji 1 Gb/s.
Takie podejście pozwoliło znacznie zredukować koszty strony aktywnej systemu.
Sieci GPON zostały zestandaryzowane przez ITU-T w dokumentach serii G.984. Technologia GPON opiera się na dwukierunkowej transmisji WDM (na długościach fal 1490 nm do abonenta oraz 1310 nm od abonenta) z dodatkową długością fali 1550 nm zarezerwowaną dla telewizji RF. Standard zapewnia 60 km zasięg fizyczny przy maksymalnej różnicy miedzy gałęziami wynoszącej 20 km.
Maksymalny dopuszczalny przez standard współczynnik podziału wynosi 1:128, jednakże obecnie dostępne na rynku rozwiązania umożliwiają budowanie sieci o maksymalnym współczynniku podziału 1:64.
Przyszłość światłowodowych sieci dostępowych
Za sprawą wymagań stawianych pasmu dostarczanemu do użytkownika migracja do sieci FTTx jest nieunikniona w skali globalnej. Dużo bardziej niejednoznaczna pozostaje natomiast kwestia technologii jaka będzie wykorzystywana w przypadku sieci FTTx. Rynek w tym zakresie jest obecnie podzielony miedzy trzy główne technologie – GPON, GEPON oraz P2P Ethernet – i nic nie wskazuje, aby w najbliższych latach miało się to zmienić w skali globalnej. Przewidywania większości analityków rynku są zgodne wskazując na utrzymujący się w najbliższych latach mniej więcej równomierny podział rynku między te technologie. Główną przyczyną takiego stanu rzeczy jest to, że każdy rynek lokalny jest odmienny od innych rynków. W celu uzyskania lepszych efektów techno-ekonomicznych różne technologie wykorzystywane są często równolegle nawet w obrębie jednego kraju lub okręgu. Przykładowo w Japonii, gdzie liczba podłączonych do sieci FTTH mieszkań przekroczyła 11 milionów, technologia GEPON wykorzystywana jest do podłączania domów jednorodzinnych, podczas gdy w przypadku zabudowy wielorodzinnej wykorzystywana jest aktywny Ethernet.
Rysunek – Ewolucja sieci PON
Siłą napędową wydaje się być silniejsze niż kiedykolwiek powiązanie rynków usług teleinformatycznych i produktów konsumenckich. Co więcej śmiało można stwierdzić, że dostawcy usług stali się jednymi z głównych graczy na rynku rozrywki multimedialnej. Oprócz nich występują tam m.in. producenci sprzętu konsu-menckiego (odbiorniki HDTV, konsole do gier) i wytwórcy produktów multimedialnych (filmy, rozrywka, gry). Uczestnicy tego rynku wpływają wzajemnie na siebie inicjując wzajemne działania oraz generując potrzeby nowych produktów i usług. Zgrubne analizy pasma potrzebnego do zapewnienia pakietu usług (HDTV, Internet 10Mb/s i inne) wskazują na konieczność dostarczenia każdemu abonentowi pasma rzędu 30 Mb/s. Już na pierwszy rzut oka widać, że wymagania te są zbyt wygórowane dla eksploatowanych dzisiaj sieci dostępowych w związku z czym należy szukać nowych technik umożliwiających zabezpieczenie wymaganego pasma.
Technologie sieci dostępowych
Ogólnie ujmując sieci dostępowe można podzielić na trzy kategorie: sieci bezprzewodowe, miedziane i światłowodowe
Sieci bezprzewodowe cechują się najniższym kosztem inwestycji, wynikającym przede wszystkim z najniższych kosztów budowy infrastruktury transmisyjnej. Standardami szerokopasmowych bezprzewodowych sieci dostępowych stosowanymi dzisiaj są WiFi (802.11) i WiMAX (802.16). WiMAX charakteryzuje się użytecznym zasięgiem około 5 km i przepływnością 70 MB/s. WiFi jest bardziej dojrzałą technologią, lecz jego zakres użyteczny wynosi jedynie 100 m przy przepływności rzędu 10-50 Mb/s. Pomimo tych ograniczeń za sprawą dojrzałości technologicznej WiFi jest obecnie powszechniej używane w sieciach dostępowych niż WIMAX.
Pomimo tego, że koszty budowy sieci WiFi i WiMAX są względnie niskie, główną ich słabością jest niewystarczające do uruchamiania aplikacji wideo pasmo. Wynika to w dużej mierze z faktu, że techniki te opierają się architekturach dostępowych typu punkt wielopunkt, w których pasmo dzielone jest między wielu użytkowników. W związku z tym technologie te nadają się bardzo dobrze do przeglądania zawartości Internetu, lecz są bezużyteczne w przypadku bardziej wymagających aplikacji takich jak telewizja IP (ang. Internet Protocol).
Kolejną techniką dostępową wykorzystywaną obecnie są systemy DSL (ang. Digital Subscriber Line) pracujące na łączach miedzianych. W przeciwieństwie do łączy bezprzewodowych technologia DSL bazuje na architekturze punkt punkt. W związku tym zamiast dzielić pasmo 50 Mb/s między wielu użytkowników, DSL umożliwia dostarczenie takiego pasma każdemu użytkownikowi. Niestety DSL posiada jedną wspólną cechę z technologiami bezprzewodowymi – jest technologią ograniczoną szumowo a co za tym idzie mają ograniczoną długość łącza.Biorąc pod uwagę fakt, że wymaganym pasmem do zapewnienia usług szerokopasmowych - włącznie z telewizją wysokiej rozdzielczości - jest 30 Mb/s, maksymalna długość pętli spada do 900 metrów. Jest to zdecydowane zbyt mało by opłacalna stała się budowa infrastruktury DSL pod usługi szerokopasmowe nowej generacji.
Ostatnią rozważaną opcję stanowią dostępowe sieci światłowodowe, które mogą być budowane w architekturach punkt punkt i punkt wielopunkt. Sieć punkt punkt zapewnia całkowicie wydzieloną strukturę optyczną dla połączenia między punktem centralowym a abonentem. W sieciach punkt wielopunkt (sieciach ze współdzielonym medium) pojedynczy światłowód wychodzący z centrali zapewnia dostarczenie usług do dziesiątek abonentów. Jest to możliwe za sprawą podziału sygnału w elementach rozgałęziających, ulokowanych zazwyczaj blisko użytkowników, skąd doprowadzane są do użytkowników końcowych pojedyncze światłowody.
W obrębie sieci dostępowych o współdzielonym medium należy wymienić dwie metody rozdzielania sygnału optycznego – aktywny Ethernet (ang. Active Ethernet) oraz pasywna sieć optyczna (ang. Passive Optical Network - PON).
W aktywnym Ethernecie poszczególne sygnały rozdzielane są między użytkowników przy użyciu urządzeń elektronicznych, podczas gdy w sieciach PON w torze optycznym miedzy nadajnikami a odbiornikami nie występują żadne urządzenia aktywne, sygnał optyczny rozdzielany jest zaś przy pomocy biernych elementów rozgałęziających.
Techniki transmisyjne w sieciach PON
Wybór architektury, struktury i topologii światłowodowej sieci dostępowej nie kończy jednak procesu decyzyjnego. W przypadku pasywnych sieci optycznych konieczność dokonania jednoznacznego wyboru ma miejsce również w odniesieniu do technologii transmisyjnej. Pomimo dosyć młodego wieku światłowodowe sieci PON przeszły już pewien etap ewolucji, co zaprezentowano na Rysunku 1.
Technologia EPON 1Gb/s (zwana stąd często GEPON) została znormalizowana w czerwcu 2004 roku. Zapewnia ona dwukierunkową transmisję przy użyciu długości fali 1490 nm w stronę abonenta oraz 1310 nm od abonenta. Długość fali 1550 nm została zarezerwowana dla przyszłych zastosowań i dodatkowych usług, takich jak analogowa telewizja RF.
Swój masowy rozwój technologia GEPON zawdzięcza przede wszystkim specyfikacji warstwy fizycznej bazującej na zmodyfikowanych w minimalnym zakresie tanich elementach optycznych do transmisji 1 Gb/s.
Takie podejście pozwoliło znacznie zredukować koszty strony aktywnej systemu.
Sieci GPON zostały zestandaryzowane przez ITU-T w dokumentach serii G.984. Technologia GPON opiera się na dwukierunkowej transmisji WDM (na długościach fal 1490 nm do abonenta oraz 1310 nm od abonenta) z dodatkową długością fali 1550 nm zarezerwowaną dla telewizji RF. Standard zapewnia 60 km zasięg fizyczny przy maksymalnej różnicy miedzy gałęziami wynoszącej 20 km.
Maksymalny dopuszczalny przez standard współczynnik podziału wynosi 1:128, jednakże obecnie dostępne na rynku rozwiązania umożliwiają budowanie sieci o maksymalnym współczynniku podziału 1:64.
Przyszłość światłowodowych sieci dostępowych
Za sprawą wymagań stawianych pasmu dostarczanemu do użytkownika migracja do sieci FTTx jest nieunikniona w skali globalnej. Dużo bardziej niejednoznaczna pozostaje natomiast kwestia technologii jaka będzie wykorzystywana w przypadku sieci FTTx. Rynek w tym zakresie jest obecnie podzielony miedzy trzy główne technologie – GPON, GEPON oraz P2P Ethernet – i nic nie wskazuje, aby w najbliższych latach miało się to zmienić w skali globalnej. Przewidywania większości analityków rynku są zgodne wskazując na utrzymujący się w najbliższych latach mniej więcej równomierny podział rynku między te technologie. Główną przyczyną takiego stanu rzeczy jest to, że każdy rynek lokalny jest odmienny od innych rynków. W celu uzyskania lepszych efektów techno-ekonomicznych różne technologie wykorzystywane są często równolegle nawet w obrębie jednego kraju lub okręgu. Przykładowo w Japonii, gdzie liczba podłączonych do sieci FTTH mieszkań przekroczyła 11 milionów, technologia GEPON wykorzystywana jest do podłączania domów jednorodzinnych, podczas gdy w przypadku zabudowy wielorodzinnej wykorzystywana jest aktywny Ethernet.