АБН: Новости оптического диапазона

09.04.2010

АБН: Новости оптического диапазона

Новости оптического диапазона

Существующий способ использования пропускной способности сети неэффективен и неудовлетворителен.

Даниил Фертф - независимый эксперт

Разговоры о том, что оптические сети скоро смогут предоставлять практически неограниченную пропускную способность, идут уже давно. Реальные же перспективы радужными пока не выглядят. В данный момент ни один провайдер не способен предоставить ничего похожего на неограниченную полосу пропускания.

Однако в течение 2001 года в эксплуатацию будет введено новое оборудование -- оптические коммутаторы, -- позволяющее операторам сделать первый шаг к осуществлению дерзких мечтаний. Оптические коммутаторы позволят перенаправлять потоки данных, проходящих по оптическим каналам, так же легко, как переправляются телефонные звонки, и помогут операторам достигнуть беспрецедентной гибкости в работе своих сетей. Но дело не только в удобстве - практически это означает многократное увеличение объема инфомации, передаваемой по оптоволоконным каналам. А раз стоимость самих оптических кабелей падает даже быстрее, чем стоимость вычислительных мощностей, то бизнес-стратегии, основывающиеся на расширении объема коммуникаций, кажутся вполне жизнеспособными.

Гибкие сети

Гибкость, привносимая в сети оптическими коммутаторами, произведет эффект, близкий к той иллюзии, которую каждый телефонный пользователь воспринимает как должное. Когда мы поднимаем трубку, мы слышим гудок - сигнал ответа со станции, означающий, что мы можем получить доступ к одному из каналов сети, даже если телефонная компания имеет всего 30 выходных каналов на 100 абонентских телефонов. Поскольку, как правило, все пользователи одного набора линий не пользуются телефонами одновременно, то каждому отдельному пользователю кажется, что он имеет постоянный доступ по собственной отдельной линии.

Конечно, бывают такие случаи - наступление нового тысячелетия и т. д. когда одновременно звонит очень много людей. В такие моменты иллюзия рассеивается. Обидное разочарование обычно сопровождается беспрерывными короткими гудками или вежливым сообщением: "Извините, но в данный момент ни одна линия не доступна. Пожалуйста, повесьте трубку и попробуйте повторить ваш звонок". К счастью, такое случается очень редко.

Со временем оптические сети предложат практически такие же эффективные услуги. В ближайшем будущем позволят клиентам получать необходимую им пропускную способность на любое нужное время по первому требованию. Да, пока под землей проложено недостаточно оптоволоконного кабеля и сегодняшним сетям не достает гибкости, поэтому таких оптических сетей сегодня еще нет.

Поскольку пропускная способность каналов, которую они предоставляют клиентам, закреплена в договоре, операторы не могут просто объединять эти линии в общий резерв и освобождать их по мере необходимости, как они поступают с отдельными телефонными абонентами. Порой происходит как раз наоборот: многие из арендованных линий связи только частично заполнены, поскольку потребность клиента в пропускной способности неустойчива. Такой способ использования пропускной способности сети неэффективен и неудовлетворителен.

"Коммуникационные компании хотели бы предоставлять линии за считанные секунды", - говорит Кришна Бала, главный технический специалист компании Tellium, лидера в разработке оптических коммутаторов. Гибкие сети означают, что операторам не нужно будет держать выделенные линии под своих клиентов-арендаторов - таким образом средний объем трафика по каждому кабелю многократно увеличится. Плюс к этому, если один из каналов переполняется, коммутаторы должны тут же перенаправить трафик по обводному каналу, что еще более увеличивает эффективность использования пропускной способности сети.

Сторонники оптических коммутаторов считают, что с их помощью это возможно. "Через два-три года люди смогут покупать нужную пропускную способность в любое время и отказываться от нее, если она им больше не нужна", - уверяет Раджив Рамасвами, вице-президент департамента сетевой архитектуры компании Xros, в 2000 году приобретенной Nortel Networks. Это кажется излишне оптимистичным - не очень-то верится, что оптические коммутаторы и кабели будут установлены в сетях достаточно быстро для осуществления такого сценария. Согласно оценкам фирмы RHK, занимающейся анализом телекоммуникационной индустрии, расходы на оптические коммутаторы в 2001 году должны составить $90 млн., в 2002-м - $710 млн. и в 2003-м - $1,7 млрд. И эти цифры не кажутся запредельными, поскольку каждый коммутатор стоит от одного до двадцати миллионов долларов.

Два подхода

На данный момент сложились два основных конкурирующих подхода к разработке оптических сетей и каждый из них имеет свои плюсы. Хотя два основных типа оптических коммутаторов преследуют единую цель - увеличение гибкости и эффективности сетей с помощью мгновенной переадресации трафика по мере необходимости, разница в их технологических подходах порождает если не конкуренцию, то как минимум несовместимость. То есть их параллельная реализация выльется в создание двух сетей, работающих на различных принципах, и это тоже замедляет распространение оптических коммутаторов, поскольку сетевые операторы пока думают, какой подход им лучше избрать.

Первый тип, появившийся в продаже в самом конце 2000 года, называется оптико-электро-оптическим коммутатором (OEO, optical-electrical-optical). Эти коммутаторы воспринимают световые импульсы из входящих оптоволоконных кабелей, конвертируют их в электрические сигналы, перенаправляют или обрабатывают на электронном уровне, затем с помощью лазеров конвертируют обратно в световые сигналы и отправляют по исходящим кабелям. Среди производителей коммутаторов такого типа - Ciena, Sycamore Networks и Tellium.

В результате зависимости OEO-коммутаторов от электронных процессов возникают некоторые особенности. Во-первых, когда изготовители оптоволоконных систем увеличивают трафик, пропускаемый по отдельному кабелю, объем электроники на OEO-коммутаторах тоже должен соответственно увеличиваться, что влечет за собой значительные расходы. С другой стороны, OEO-коммутаторы лучше "разбираются" с тем, как регулировать различные типы трафика в едином потоке данных. Некоторые из них могут разбивать крупные потоки данных на более узкие, перенаправляя одну часть в одном направлении, а другую - в другом. Таким образом, можно использовать менее емкие (и соответственно более дешевые) линии на тех участках сети, где потоки трафика постоянно невысоки. Поэтому операторам, работающим на OEO-коммутаторах, будет относительно легко обслуживать пользователей, нуждающихся в сравнительно низких объемах пропускаемости по сравнению с провайдерами, использующими другую технологию.

Второй подход -- это так называемая полнооптическая (all-optical) технология. Она еще более молода, чем OEO-коммутаторы, первые модели должны поступить в продажу в первом квартале этого года. Полнооптические коммутаторы получают световые импульсы из входящих оптоволоконных кабелей и просто перенаправляют их на выход с помощью передвижных зеркал, не преобразуя оптические сигналы в электронные. Такие коммутаторы разрабатываются Lucent Technologies и Nortel Networks. Используя зеркала, а не электронику, они перенаправляют световые потоки вне зависимости от того, сколько бит в них содержится. С другой стороны, они не могут разбивать потоки данных электронным способом, поэтому они не способны коммутировать потоки мельче полных оптических каналов данных - сегодня это означает 10 млрд. бит (10 Гбит) в секунду. Использование таких коммутаторов будет способствовать построению сетей в основном из высокоемких линий, в отличие от OEO-коммутаторов. То есть такой подход обещает предоставление большей пропускной способности (которая соответственно окажется дешевле), чем любой другой.

Эти различия, несомненно, усложнят выбор телекоммуникационным компаниям, планирующим разработку и построение своих сетей. Тем более что, например, методы управления коммутаторами при перенаправлении данных по обходным каналам в этих системах значительно различаются. Компания Tellium, разрабатывающая оба типа, работает над разрешением этой проблемы. Однако пока сложно сказать, возможно ли вообще решение для большого количества разнообразных сетей и коммутаторов.

Есть и еще некоторые проблемы. Например, немало работы уйдет на разработку специального программного обеспечения, стандартов и интерфейсов, которые позволили бы заказывать услуги напрямую. "Сегодня мы только начинаем работу над этими вопросами", -- говорит Рамасвами из Nortel. Сколько же придется ждать, пока пропускная способность станет столь же доступной, как и телефон? Трудно сказать наверняка, но если предположить, что пять лет, то, пожалуй, сильно не ошибешься.

Супер кабели

Исследователи MTI нашли способ сделать оптоволоконные кабели в тысячи раз более эффективными.

Оптоволоконная индустрия - сантехника для Интернета - прогрессирует с небывалой скоростью. Количество информации, пропускаемой по оптоволоконным каналам удваивается каждые 6--12 месяцев. Однако приложения, требующие высокой пропускной способности, особенно связанные с передачей видео, грозят проглотить каждый гигабит пропускной емкости. Революционный прорыв исследователей из Массачусетского технологического института (MTI), возможно, повысит пропускную способность оптоволоконных кабелей на несколько порядков и на один гигантский шаг приблизит мечты о неограниченной полосе пропускания.

В общих чертах можно сказать, что группа исследователей MTI под руководством Юри Колодны, нашла способ заменить в оптоволоконном кабеле сплошные стеклянные волокна на полые, с отражающими внутренними стенками. Хотя сегодняшние волокна изготавливаются из чистого сплошного стекла, однако по мере прохождения длинного пути свет в них все же рассеивается. Такое рассеивание вызывает смешивание различных длин волн или цветов, сокращая количество различных длин волн, которые могут быть переданы одновременно. Исследователи из MTI разработали зеркала, отражающие практически 100% света, падающего на них под любым углом для сравнения: обычные зеркала отражают менее 95% света. Теоретически возможно, чтобы полые трубки с зеркальными внутренними стенками передавали свет, заключающий в себе кодированную информацию, на тысячи миль без использования дорогостоящих усилителей. Это позволило бы поднять пропускную способность кабеля в тысячи раз и снизить цену, в пересчете на глобальные сети, на миллионы долларов. "Если это действительно так, как они нам расписали, то это нельзя назвать эволюцией, это - революция", - говорит Марк Лэнгли, директор и старший аналитик-исследователь коммуникационного оборудования из нью-йоркского инвестиционного банка Epoch Partners.

Самым распространенным способом увеличения пропускной способности оптоволоконного кабеля является увеличение количества длин волн, пересылаемых по одному волокну (каждая длина волны позволяет пересылать от 2,5 до 10 и более гигабит информации в секунду), поэтому затухание сигнала становится точкой преткновения для передачи данных. Колодны утверждает, что по полому волокну может быть передано не в несколько раз, а именно в тысячи раз больше длин волн, чем по обычному стеклянному волокну. Поскольку наиболее развитые оптоволоконные системы, сегодня находящиеся в разработке, пропускают по одному волокну от 80 до 160 длин волн со скоростью примерно 10 Гбит/с на каждую волну, то получается, что одно полое волокно будет способно пропускать от 800 000 до 1 600 000 Гбит/с (сравните с жалкими 800--1600 Гбит/с, пропускаемыми стекловолокном).

Но затухание сигнала не только ограничивает пропускную способность. Оно также вынуждает производителей устанавливать дополнительное оборудование, преобразующее полученные искаженные или "грязные" сигналы в "чистые". На установку таких регенераторов сигналов тратятся десятки тысяч долларов, а подводные регенераторы обходятся в сотни тысяч долларов за штуку. К тому же, стекловолоконные кабели поглощают проходящий через них свет, заставляя усиливать оптические сигналы через каждые 50--75 миль. Примерная стоимость наземных усилителей разнится от $25 000 в системах малой протяженности до $53 000 в дистанционных моделях. Полое волокно может положить конец таким расходам. "Мы думаем устранить необходимость как в регенерации, так и в оптическом усилении", - говорит Колодны. Экономия будет колоссальной. Например, для 32-волоконного оптического кабеля, тянущегося на 2500 миль, расходы на одни только оптические усилители составляют от $56 млн. до $85 млн.

Однако, хотя лабораторные работы выглядят многообещающими, исследователям еще предстоит доказать, что такие кабели могут производиться на коммерческой основе. OmniGuide, компания, основанная исследователями из MTI для производства данной продукции, еще не выпустила рабочий прототип такого кабеля. "Мы убеждены, что сможем наладить производство этого оптоволоконного кабеля, - уверен Юри Колодны, сооснователь и директор по маркетингу компании OmniGuide. - Мы намерены доказать это всему миру". Компания предполагает произвести кабель-прототип в течение 2001 года и через несколько лет начать коммерческое производство. Колодны утверждает, что стоимость производства новых кабелей будет сравнима со стоимостью производства традиционных.

Под эту идею OmniGuide собрала впечатляющую команду спонсоров: Рей Стата, сооснователь Analog Devices - производителя полупроводников и Мукеш Чаттер, основатель Nexabit Networks - производителя терабитных коммутаторов. На пару эти двое уже вложили около $4 млн., и следующий раунд финансирования должен пойти на развертывание производственных мощностей. Лэнгли из банка Epoch Partners стал одним из первых аналитиков, всерьез воспринявших разговоры о новой технологии. На протяжении полугода заметно возросло количество научных работ на тему этой новой технологии, что, по словам Лэнгли, является главным индикатором скорого выхода на рынок новой продукции.

Контроль над длиной волны

Лазеры со стабилизованной частотой имеют несколько важных преимуществ.

Когда радио перешло от AM к FM, качество передачи радиосигнала резко поднялось. Возможно, что технология компании FiberSpace может иметь подобное же воздействие на оптические сети. Сегодняшние оптические сети используют амплитудную модуляцию, т. е. информацию несет амплитуда сигнала. В настоящее время частота лазеров не может изменяться с необходимой точностью, поэтому частотная модуляция в оптических сетях невозможна. FiberSpace разработала технологию, которая может улучшать точность настройки частоты лазера более чем в тысячу раз. Эту технологию можно использовать с любым лазером. Дополнительная оптико-электронная схема измеряет длину волны лазера и использует оптический контур обратной связи чтобы стабилизировать ее.

Наиболее очевидное преимущество лазера со стабилизированной частотой -- возможность передавать сигналы дальше по стекловолокну без оптической регенерации, считает Леонардо Березовски, основатель и CEO компании FiberSpace. Дело в том, что цветовая дисперсия - эффект, вызванный тем, что волны с различными длинами распространяются по стекловолокну с различными скоростями, - уменьшается, когда длина волны задана более точно. "Часть нашей работы в ближайшее время - это определение того, насколько дальше могут распространяться волны",- говорит Березовски. Лазеры со стабилизированной частотой могут также помогать сжимать DWDM-каналы, уменьшая интерференцию между соседними каналами.

Но это еще полдела. Все вышеприведенные усовершенствования возможны без изменения основного характера оптического сигнала, т. е. это все еще AM. Но в конечном счете Березовски полагает, что частотная модуляция будет играть более важную роль. "В прикладных сетях могут быть тысячи различных каналов, и заказчику по требованию должна предоставляться соответствующая длина волны", - говорит Боб Велч, вице-президент компании FiberSpace по маркетингу. Один путь состоит в том, чтобы использовать оптические коммутаторы. Другой - позволить заказчикам выбирать ту длину волны, которую они хотят принимать. Для этого необходимо что-то наподобие радиоприемника", -- объясняет Велч.

Все это выглядит довольно внушительно, и FiberSpace уже получила первый раунд финансирования в $12.5 млн. от компании J.P.Morgan и одной из ее дочерних фирм -- Morgenthaler. Однако на данный момент технология еще очень сыра, это пока самая ранняя стадия. Более точно перспективы новой технологии будут понятны не ранее конца 2001 года.