В настоящее время во всем мире волокно подводится все ближе до конечного клиента, и для России это тоже справедливо. Глобальная консалтинговая компания Frost & Sullivan представила исследование развития рынка услуг ШПД, предоставляемых по технологиям с использованием волоконно-оптических линий связи (FTTH и FTTB). Оказалось, что страны Центральной и Восточной Европы лидируют на европейском рынке по темпам роста числа пользователей технологий FTTH и FTTB. Россия, для которой характерны большая численность населения и низкий уровень проникновения услуг ШПД, является одним из наиболее многообещающих рынков оптоволоконных технологий в Европе. Несмотря на сравнительно низкий уровень проникновения технологий FTTH/FTTB, уже более миллиона российских абонентов получают услуги ШПД по оптоволокну, что является самым высоким показателем среди европейских стран. "В силу того, что возможности получения доступа к абонентам по сети традиционных операторов были ограничены, технологии FTTB стали выбором "ВымпелКома", "Комстара", "ЭР-Телекома". Все эти компании намерены инвестировать значительные средства в развитие оптоволоконных сетей" - отмечено в исследовании Frost & Sullivan. (подробнее о результатах исследования см. www.mskit.ru).
С точки зрения аналитиков, наиболее быстрыми темпами технологии FTTH и FTTB внедряются в тех странах, где "недискриминационный" доступ не получил широкого распространения, то есть оператора не принуждают бесплатно предоставлять свою сеть для сторонних поставщиков услуг. Однако и у операторов США есть интересный опыт перехода на оптические технологии.
О том, как американские операторы кабельного ТВ и американские производители оборудования смотрят на проблемы и перспективы развития пассивных оптических сетей для традиционных операторов кабельного ТВ, нам рассказали в статье известного американского специализированного журнала Сommunications Technology.
Кабельные операторы США используют несколько вариантов технологий PON (Passive Optical Networks) для передачи информации по оптоволокну для конечных пользователей и компаний. Аналоговые PON-технологии типа RF over Glass (RFoG) сулят увеличение полосы, обеспечивая в то же время невысокие эксплуатационные затраты. Цифровые PON- технологии, включающие Ethernet PON (EPON) и Gigabit PON (GPON), используются для предоставления коммерческих услуг, требующих высокой пропускной способности.
Пассивные оптические сети
Имеется много различных подходов для строительства пассивных оптических сетей, но только немногие из них продаются с маркетинговым ярлыком PON. С технической точки зрения, пассивная оптическая сеть - это сеть, в которой отсутствует преобразование оптических сигналов в электрические и обратно в оптические в процессе, называемом OE или OEO (optical-electrical-optical) преобразованием. Это является важной особенностью, особенно когда в одном волокне передается несколько оптических сигналов, так как отсутствие OEO-преобразования означает, что сеть можно масштабировать только за счет оборудования в данном головном узле и в доме, без необходимости работы с оборудованием в середине сети.
Пассивная оптическая сеть(PON) может включать в себя электрически запитываемые оптические усилители, которые усиливают оптические сигналы многочисленных длин волн без необходимости преобразования каждого из них в электрический сигнал. Данные оптические усилители используют мало электроэнергии, и нет необходимости их заменять в случае, когда модернизируется какая-то отдельная линия.
Аналоговая PON - RFoG (SCTE IPS SP 910)
RF over Glass (RFoG) представляет собой один из классов PON, в котором общий аналоговый сигнал передается через волоконно-оптическую сеть до дома. В нем используются те же самые типы протоколов, которые встречаются в традиционной гибридной волоконно-коаксиальной кабельной сети. Только оптоэлектронное (OE) преобразование осуществляется в доме, а не внутри сети. Единый оптический сигнал распределяется между многочисленными домохозяйствами. Меньшее число домов (от 32 до 128, в зависимости от сервисных требований) совместно использует обратный канал к головной станции.
RFoG соответствует традиционным моделям работы кабельной сети, с сет-топ боксами и кабельными модемами. Джеф Хейен, главный аналитик в компании Infonetics Research, ожидает, что небольшие кабельные операторы, особенно в сельских районах, выберут RFoG, так как они уже вложили много денег в сет-топ боксы. Цифровые PON-технологии, подобные EPON и GPON, потребовали бы перехода к сет-топ боксам на основе IP (Internet protocol).
Для сельских районов расходы на строительство RFoG систем меньше, чем на традиционные HFC-сети. Например, компания Buckeye Cable использует RFoG в районах, где насчитывается только от 15 до 30 домов на милю. Ранее строить сеть кабельного ТВ здесь было невыгодно. Со временем такие сети также сулят операторам существенное сокращение затрат на содержание, техническое обслуживание и обеспечение электроэнергией. Если оптоволокно для RFoG проложено, то в будущем оно может быть использовано для других типов сетей на базе других технологий.
Компания Armstrong Cable в течение последних двух лет использует RFoG для всех своих новых сетей. В сетях Armstrong используется оборудование компании Aurora Networks для транспортной сети, ONT компании All Optic со стороны дома и коммутационные шкафы Preformed Line Products. Сеть компании охватывает порядка 12000 домов, из которых уже около половины используют RFoG.
По данным Хьюджеса, инженера Armstrong Cable, развертывание RFoG может быть рентабельным в сельских районах с как минимум 15-ю домами на милю. В общем, строительство RFoG сетей обходится на 10-15% дешевле на милю. Более того, здесь нет прикладного программного интерфейса CLI или необходимости контроля работы усилителя на всех частотах с помощью sweep генератора. По мнению инженера, это означает возможность расширения сети без расширения штата технических специалистов для ее обслуживания.
Общество инженеров кабельных телекоммуникаций (SCTE) все еще обсуждает стандарт для RFoG (SCTE IPS SP 910). Принятие стандарта приведет к снижению цен на оборудование. Хьюджес ожидает, что будут разработаны два отдельных стандарта. Один из них проектируется так, чтобы сосуществовать с EPON-услугами, и использует более дорогостоящую оптику; второй, более простой, этого не позволяет. RFoG-only сеть могла бы использовать более дешевые 1310 nm лазеры для обратного канала. Применение более дорогостоящего 1610 nm лазера позволило бы использовать то же самое волокно совместно с EPON-сетью.
Волокно в бизнесе: GPON ( ITU-T G.984), 10G-GPON (ITU-FSAN), EPON (IEEE 802.3ah), 10G-EPON (IEEE 802.3av)
Существует два отдельных семейства стандартов - на основе IEEE Ethernet (EPON/GEPON и 10-GEPON) и ITU ATM (APON, BPON и GPON). Именно эти технологии называются PON в маркетинговой литературе. Обе они используются традиционными телекоммуникационными операторами для предоставления услуг коммерческим компаниям и конечным пользователям. На рынке США, например, сеть GPON разворачивает оператор Verizon. В России компании "Связьинвеста", например, "Северо-Западный Телеком", тоже выбрали GPON.
Скорость передачи данных, указываемая для EPON и GPON, - это суммарная скорость для всех подписчиков сети. Например, на EPON со скоростью 1 Гбит/с, каждый из 32 подписчиков в ветке от хаба получит 31,25 Мбит/с.
Кабельные операторы в настоящее время используют GPON/EPON только для B2B-услуг, из-за проблем, связанных с менеджментом сети. Дело в том, что имеются проблемы с объединением систем управления и обеспечения GPON с DOCSIS. Кабельные операторы, используя GPON, должны управлять этими услугами раздельно и использовать отдельный биллинг. Технология EPON на основе IEEE и ее наследник, технология 10G-EPON, могут оказаться более привлекательными, так как развивают инструментальные средства и стандарты для интеграции с DOCSIS. "EPON вызвала больший интерес у кабельных провайдеров, так как она может лучше сосуществовать с DOCSIS, - сказал Джон Хомси, директор отдела продаж и приложений компании Hitachi. ? Операторы, предоставляющие универсальные услуги, ищут решение, которое позволит развивать сеть на базе уже имеющихся технологий. DOCSIS поверх EPON это позволит".
Хотя компания Buckeye только начала использовать RFoG для предоставления услуг конечным пользователям, GPON для бизнес-услуг уже используется оператором пять лет и в настоящее время разворачивается третье поколение оборудования. Используя оборудование от компании Calix, Buckeye развернула GPON на более 70% своих хабов и обслуживает сотни бизнес клиентов. Это количество не особенно велико, и необходимость использовать отдельную систему менеджмента и биллинга для GPON услуг не является поэтому проблемой. Пять лет назад GPON была наиболее практичной технологией для предоставления корпоративным клиентам канала Ethernet с высокой пропускной способностью. Переход на EPON компания обдумывает, но в оборудование для GPON, которое появилось на рынке раньше, вложены инвестиции, на которые компания хочет сначала получить отдачу.
Другие операторы сразу использовали EPON. Например, Broadstripe из Chesterfield, Mo. запустила сеть EPON около года назад в индустриальном парке с 34-ю арендаторами. Оптоволоконные кабели были проложены от головной станции Aurora VHub к каждому зданию. Broadstripe имела канал доступа (темное волокно) до этого района, и нужно было только проложить оптику внутри. С точки зрения оператора, технология EPON очень хорошо подошла для данного развертывания, но только потому, что всем арендаторам был необходим высокоскоростной доступ. В противном случае она была бы нерентабельной.
Превращение коаксиального кабеля в оптический
Если кабельный оператор решает провести волокно в уже обслуживаемый район, ему необходимо продумать наиболее рентабельный метод. При надземных кабельных системах наилучший вариант заключается в прокладке новой волоконной линии, подвесив ее на столбы. Если существующая линия скрыта под землей, то затраты на рытье новых траншей могут быть непомерно высокими.
Вместо того чтобы пытаться прокладывать новый оптоволоконный кабель, Buckeye, у которой оказался проложенный неиспользуемый коаксиальный полудюймовый кабель, экспериментирует с методикой превращения коаксиального кабеля в канал для оптики. Технология Kabel-X подразумевает впрыскивание под давлением густой (вязкой) жидкости в коаксиальный кабель, которая сжимает пенную сердцевину таким образом, что она может быть вытолкнута вместе с центральным проводником. Затем сердцевина заменяется волокном.
У оператора Buckeye монтаж этой системы и извлечение сердечника из коаксиального кабеля занимал около 45 минут. У двух бригад полная прочистка кабеля в районе с проложенной коаксиальной сетью размером 15 000 квадратных футов заняла суммарно две с половиной недели. Оператор считает, что это рентабельнее, чем копать, а наличие запасного кабеля позволило избежать перерывов в предоставлении услуги, кроме собственно момента переподключения с коаксиальной сети на волокно.
Разветвления
Имеется несколько различных методов разделения волокна в PON или RFoG сети. Обычно один хаб обслуживает 32 дома. Хотя можно направить отдельное волокно к каждому узлу, многие операторы используют более рассредоточенный подход и используют многочисленные разветвители. В пределе производители оборудования, такие как CommScope, разрабатывают системы, которые позволяют операторам развертывать сети с тем же самым видом характеристик разветвления, как и у коаксиальных сетей.
Buckeye выбрала эту технологию для модернизации сети на основе RFoG в микрорайоне, где под землей уже было проложено 15 000 футов оптического кабеля сети HFC. В этом проекте используются приемопередатчики Alloptics и сетевое оборудование CommScope BrightPath. Технология CommScope BrightPath понравилась оператору тем, что позволяет имитировать компоновку существующей коаксиальной сети с ответвлениями и разветвителями. Главный распределительный кабель доходит до данной улицы, и там имеются 2-, 4-, или 8-портовые ответвители. С точки зрения Карла Мейерхофера, вице-президента отдела маркетинга компании CommScope, при проектировании и разработке этот подход очень похож на проектирование сети HFC и поэтому прост для кабельного оператора.
Переход к активности
В то время как технологии PON постепенно набирают обороты, некоторые ранние PON-операторы отказываются от этой технологии в пользу активных сетей, использующих Ethernet- и OEO-преобразование. Например, CT Communications, провайдер triple-play с порядка 10 000 подписчиков вблизи города Урбана, штат Огайо, уже развернул довольно солидную BPON сеть. Тем не менее, недавно компания осуществила переход к активной сети, используя оборудование Allied Telesis.
Тим Боландер, директор отдела сетевых операций в компании CT Communications, отметил: "Та величина полосы, которую мы можем предложить, несравнима с полосой пассивной сети. Мы в данное время предлагаем 100 Мбит/с и могли бы предложить 1 Гбит/с, если бы это было нам нужно". По мнению оператора, сеть PON требует больше труда. Активная сеть также удобнее для мониторинга и контроля. Когда возникает какая-то проблема, легко идентифицировать ее источник, так как каждый клиент использует свое собственное соединение. Кроме того, так как в активной сети оптическая линия не используется совместно, электроника и лазеры могут быть дешевле, чем в PON-сетях. В результате по заявлению Фила Йопы, технического директора компании Allied Telesis, используемые в активном оборудовании чипы в два-три раза дешевле, чем в PON.
Традиционно телекоммуникационный оператор активной сети размещал OEO-узел поблизости от группы клиентов. Однако сейчас многие операторы начинают строить сети, которые размывают грань между пассивными и активными технологиями, перемещая эти OEO-узлы в центральный офис и прокладывая оттуда волокно до клиента. В сущности, они строят PON, используя дешевые активные ONT и ONU.
Самая последняя тенденция для операторов заключается в том, чтобы использовать отдельные point-to-point соединения. Хуан Вела, директор отдела стратегических продуктов и рынков компании Occam, объяснил: "В настоящее время мы видим, что разветвитель проектируется все ближе и ближе к головному узлу. Таким образом, оператор при необходимости легко сможет заменить разветвитель на активное оборудование".
Как отмечено ранее, большую часть стоимости прокладки волокна составляет его прокладка, а не сам кабель. Зарыть 144 волокна стоит почти столько же, сколько и 12. Однако некоторые кабельные операторы отмечают возникновение при большом количестве волокон эксплуатационных проблем. Роджер Хьюджес из компании Armstrong отмечает, что в случае разрыва всего кабеля тогда придется тратить дни на его сращивание. Его компания прокладывает только от четырех до шести активных волокон в доме. Тогда техник справится с разрывом за минуты.
Эксплуатация
Заблаговременное планирование может весьма улучшить процесс эксплуатации. Например, по словам Хьюджеса, его компания не пожалела времени на проектирование сети, которая упрощает эксплуатацию и восстановление услуги в случае обрыва волокна.
Компания Armstrong ориентируется на 12-, 24- и 36- волоконный кабель. При этом в 60% случаев используется 12-волоконный. Это имеет смысл, даже если используется только часть волокон, так как в случае необходимости дает возможность расширения. Кабели проложены так, чтобы в случае проблем можно было бы легко понять, что с чем соединять или каким волокном можно заменить поврежденное, учитывая, что в первую очередь потребуется замена самых используемых волокон.
Отдельные оптические волокна лежат в цветных пластмассовых демпферных трубах - до 12 волокон в синей, оранжевой или зеленой. Разный цвет используется для разных задач.
По мнению специалистов Arris, кабельным операторам при передаче нескольких сигналов с разными длинами волн в одном волокне необходимо продумать частотный план и продумать, как суммировать услуги типа RFoG и EPON. Это позволит использовать сеть более эффективно. Кстати, одна из версий RFoG-спецификации подразумевает изменение длин волн для совместимости с EPON.
WDM-PON - использование нескольких длин волн в одном волокне
Есть два метода увеличения полосы пропускания в оптической сети: использовать больше оптических длин волн или увеличить емкость на отдельной длине волны. Оба имеют плюсы и минусы. В обоих этих подходах имеются компромиссные решения.
Мультиплексирование WDM (Wavelength division multiplexing) представляет собой процесс вставки нескольких оптических сигналов в единичное волокно. CWDM (Coarse WDM) может дать возможность собрать вместе от двух до восьми длин волн. Ряд производителей, включая компании Hitachi, CommScope, Aurora и Arris, сегодня поставляют CWDM-решения.
Более передовая технология - это DWDM (dense WDM), в которой до 80 отдельных длин волн складываются в одном волокне. Несколько производителей, включая компанию ADVA Optical, разработали технологию WDM-PON, в которой используется DWDM для поставки отдельной длины волны в каждый дом.
Джим Теодорус, директор отдела технического маркетинга компании ADVA, считает, что данные технологии сулят уменьшение количества необходимого волокна и увеличения полосы частот за счет выделения каждому подписчику своей длины волны. Эта технология уже была развернута коммерчески в Южной Корее и Китае, в США она пользуется ограниченным интересом.
Проблемы соединения волокна
По мере того как кабельные операторы расширяют использование волокна, им необходимо продумывать эксплуатационные и технические вопросы, связанные с физическим размещением и соединением этого волокна.
Механические оптоволоконные коннекторы позволяют техникам быстро подключить новую услугу. Но Хьюджес отмечает, что они являются слабейшим звеном в волоконной сети и считаются одним из наиболее распространенных пунктов отказа. Кроме того, если целый пучок волокон соединяется механическими коннекторами в одном месте, разобраться в их соединении становится довольно сложно. Для уменьшения этих проблем Armstrong сваривает почти каждое соединение в своей сети. Процесс соединения плавлением добавляет около 40 минут по сравнению с соединением в традиционной HFC, так как требует выполнения большего количества действий, чем при установке F-коннектора.
В настоящее время оборудование для сварки волокна становится доступнее. Самые новейшие переносные устройства стоят около 6000 долларов, что сравнимо по цене с измерителем уровня цифрового сигнала. Прежние устройства, сварочные аппараты, стоили от 30 до 40 тысяч долларов и не были такими портативными. Armstrong использует одно такое устройство на 1000 домов. При начальном строительстве их нужно больше.
Компания Buckeye осуществляет прокладку волокна в зданиях на протяжении десяти лет. Как оказалось, традиционные методы сварки волокна, требующие почти лабораторных условий, в реальности оказались неприменимы. Пришлось процесс модернизировать. Кроме того, время, которое требуется для сварки волокон, является "узким местом" при большом строительстве и увеличивается во время дождя или снега. Поэтому особое внимание уделяется уменьшению времени, необходимого для сварки. Как отмечает Йенсен: "В ходе первых развертываний несколько больше часа затрачивалось на установку тента, установку инструмента, а затем его уборку. Хотелось бы сократить это время до 15-20 минут".
Сам процесс сварки занимает минуты, но нужно защитить место сварки и аппаратуру от влаги. Хьюджес объяснил, что при использовании портативной аппаратуры работа происходит значительно быстрее, так как закрывать приходится меньший участок. Монтажники сваривают волокно чуть ли не под защитой своих дождевиков.
Проблемы с электричеством
Хотя использование PON- технологий сулит кабельным операторам снижение затрат за электроэнергию, в то же самое время оно вызывает новые проблемы - нужно обеспечить питание сетевым узлам и оборудованию в доме в случае, если электричество там отключается.
Иногда питание оптических усилителей организуется из уже имеющейся HFC-сети. Например, когда Broadstripe развертывала G-EPON услуги в бизнес-парке, то запитывала активное оборудование от 60 В постоянного тока, имевшегося в сети HFC. Подключение к обычной сети переменного тока 120 В потребовало бы привлечение электрика, установки счетчика, получения разрешения - то есть дополнительных затрат.
При PON у операторов устраняется необходимость запитывать сеть через коаксиальный кабель. Но это создает необходимость подавать электроэнергию на оборудование, смонтированное на стороне пользователя. Обычно операторы должны установить блок питания внутри дома, а затем передавать энергию в его сторону через коаксиальный кабель, Ethernet или витую пару. Если данная сеть используется для телефонии, необходимо предусмотреть дополнительно систему бесперебойного электропитания, чтобы сохранить телефоны в работоспособном состоянии в случае отключения электроэнергии.
Компания Buckeye снабжала электроэнергией оптические узлы, используя оборудование от компании APC, которое может предоставлять восьмичасовой резерв для работы оборудования в данном доме. Компания Armstrong использует решение Alpha FlexPoint для резервирования и обеспечения электроэнергией коаксиального участка.
