В московском отеле «Холидей Инн Сокольники» прошел семинар «Обзор продуктов и решений Cisco для операторов связи», на котором одним из самых интересных стал доклад инженера-консультанта Cisco Илгара Гасымова, посвященный проблемам построения FTTH сетей. Данная тема самым непосредственным образом была затронута и на приуроченном к семинару брифинге для журналистов, что было вполне закономерно, так как в последнее время интерес к развертыванию оптических сетей доступа с прокладкой кабеля до дома абонента стремительно растет. Именно такую архитектуру построения оптических сетей и называют FTTH (Fiber to the Home).
Здесь, правда, в самый раз уместно отметить, что если в Японии и США развертывание сетей FTTH в основном производится на базе технологии пассивной оптической сети, то в Европе обычно применяются топологии «точка-точка» и «кольцо» с использованием технологии Ethernet, а сети PON (Passive Optical Network, PON) FTTH встречаются намного реже. Именно на эту особенность, а также на их сравнение и обратил в первую очередь внимание докладчик. По мнению Илгара Гасымова, в настоящий момент рациональность развертывания сетей PON FTTH становится все менее очевидной, так как экономия на затратах в оптоволоконную инфраструктуру при использовании архитектуры FTTH на базе PON может существенно ограничить будущие перспективы. Впрочем, обо всем по порядку.
Начало доклада было посвящено актуальным услугам и требованиям к полосе пропускания. Совершенно очевидно, что скорости доступа в Интернет стремительно растут. Это связано как с соответствующими требованиями приложений, так и с возможностями сервис-провайдеров и данной индустрии в целом. Большая часть полосы пропускания абсолютного большинства современных широкополосных сетей расходуется одноранговыми приложениями и контентом с повышенной требовательностью к сетевым ресурсам. Например, видео. И эта гонка между запросами приложений и техническими возможностями ни к чему хорошему не приводит, так как в случае увеличения ресурсов моментально появляются приложения, которые полностью поглощают эти новые ресурсы.
Таким образом, развертывание новых широкополосных сетей стимулируется, в первую очередь, требованиями современных приложений. Наиболее емкими с точки зрения использования полосы пропускания являются приложения по передаче потокового видео. И хотя на первый взгляд может показаться, что для использования потокового телевидения высокого разрешения (HDTV) и просмотра страниц во всемирной компьютерной сети полосы пропускания примерно в 25 Мбит/с хватит надолго, специалисты Cisco убеждены в обратном. Достаточно сказать, что в настоящий момент некоторые сервис-провайдеры уже предлагают для своих абонентов доступ со скоростью 1 Гбит/с, для чего создаются обширные сети со скоростью 100 Мбит/с. А такие скорости подключения возможны только на базе технологии FTTH.
Строительство сети FTTH, однако, это достаточно трудоемкий и дорогостоящий процесс. Как следует из анализа, проведенного специалистами Cisco, основные затраты при развертывании сети FTTH приходятся на строительные работы, а стоимость самого оптоволоконного кабеля составляет относительно небольшую часть. И это означает, что непосредственно количество прокладываемого оптоволоконного кабеля, в случае проведения строительных работ, уже не имеет принципиального значения.
Илгар Гасымов также обратил внимание собравшихся журналистов на еще одну интересную особенность. Если жизненный цикл самой сети FTTH и ее электронных компонентов составляет несколько лет, то оптоволоконный кабель и оптическая распределительная сеть имеют более длительный срок службы, по некоторым оценкам ─ до трех десятков лет. Следовательно, такая долговечность и немалые затраты на построение предполагают высокие требования к правильному проектированию оптоволоконных линий. Ведь после того как прокладка кабеля завершена, внесение изменений потребует немалых затрат. И это просто нельзя не учитывать.
Как было заявлено собравшимся, в настоящий момент архитектуры развернутых сетей FTTH можно разделить на три основные категории. «Кольцо» Ethernet-коммутаторов, «звезда» Ethernet-коммутаторов и «дерево» с использованием технологий пассивной оптической сети PON.
В ходе доклада был также проведен анализ вышеназванных категорий. К появлению сетевой архитектуры на базе Ethernet-коммутации привела необходимость быстрого вывода на рынок и снижения стоимости. Передача данных по сети Ethernet и Ethernet-коммутация стали достаточно быстро приносить доход на рынке корпоративных сетей и привели к снижению цен, появлению законченных продуктов и ускорению освоения новых продуктов. Уже первые проекты обеспечили прекрасную устойчивость к различного рода повреждениям кабеля и оказались весьма рентабельными. К недостаткам же можно отнести разделение полосы пропускания внутри каждого кольца доступа, что в перспективе давало сравнительно небольшую пропускную способность, а также вызывало трудности масштабирования архитектуры. Затем широкое распространение получила архитектура Ethernet типа «звезда». Она предполагает наличие выделенных оптоволоконных линий от каждого оконечного устройства к точке присутствия, где происходит их подключение к коммутатору. Оконечные устройства могут находиться в отдельных жилых домах, квартирах или многоквартирных домах, на цокольных этажах которых располагаются коммутаторы, доводящие линии по всем квартирам.
При использовании архитектуры на базе пассивной оптической сети PON для развертывания сетей FTTH оптоволоконная линия распределяется по абонентам с помощью пассивных оптических разветвителей с коэффициентом разветвления до 1:64 или даже 1:128. Архитектура FTTH на базе PON обычно поддерживает протокол Ethernet. В некоторых случаях используется дополнительная длина волны нисходящего потока, что позволяет предоставлять традиционные аналоговые и цифровые телевизионные услуги пользователям без применения телевизионных приставок с поддержкой IP.
В своем докладе Илгар Гасымов также обратил внимание на то, что при развертывании архитектуры пассивной оптической сети PON сервис-провайдеры сразу сталкиваются с несколькими существенными проблемами:
- Полоса пропускания в дереве оптоволоконных линий сети PON используется как можно большим числом абонентов. Общая пропускная способность нисходящего потока не может соответствовать росту сервисов и будущих требований абонентов в долгосрочной перспективе. Более того, некоторую часть полосы пропускания необходимо резервировать для потоковых услуг (например, IPTV), что приводит к сокращению общей полосы пропускания.
- Еще один недостаток заключается в том, что поскольку PON это технология с общей средой передачи, необходимо шифрование всех потоков данных. Для шифрования, в свою очередь, необходима передача существенного объема служебной информации вместе с каждым пакетом, что может привести к заметному снижению полезной скорости передачи данных. Кроме того, коммерческие организации, предъявляющие повышенные требования к конфиденциальности, обычно категорически отвергают возможность подключения к любой общественной передающей среде даже при наличии шифровального канала связи, поскольку нет никакой гарантии в том, что код рано или поздно не будет взломан.
- Следующее – это высокая рабочая скорость передачи данных. В связи с использованием в пассивных оптических сетях PON общей передающей среды каждое оконечное устройство вынуждено работать на совокупной скорости передачи данных. Даже если клиент заплатил только за 25 Мбит/с, каждая конечная точка оптической сети в этом дереве PON должна работать на скорости 2,5 Гбит/с. А работа электронных и оптических устройств со скоростью, в сто раз превышающей необходимую скорость передачи данных, повышает цену компонентов, особенно в том случае, если объемы производства не слишком большие.
- Возникает также необходимость большей мощности оптического сигнала. Ведь при каждом разветвлении в соотношении 1:2 энергетический потенциал линии связи падает на 3,4 дБ.
- Нельзя также забывать о том, что при развертывании услуг для частных абонентов сервис-провайдеры редко достигают стопроцентной подписки; обычно этот показатель в лучшем случае близок к тридцати процентам. А это означает, что структура PON сети используется не оптимально, и стоимость оборудования для каждого абонента значительно возрастает.
- Есть проблемы в обслуживании, поиске и устранении неисправностей, так как пассивные оптические разветвлители не могут передавать информацию о неисправностях в центр управления сетью. К тому же, при повреждении точки терминации оптической сети она может передавать в дерево оптоволоконных линий постоянный световой сигнал, что приводит к нарушению связи для всех абонентов этой пассивной оптической сети. Причем эта проблема может возникнуть даже вследствие действий одного злоумышленника, который в состоянии прервать работу всей системы связи в дереве, просто передав в него непрерывный световой сигнал.
В то же время решение Ethernet FTTH, по мнению докладчика – системного инженера-консультанта Cisco Илгара Гасымова, обладает множеством преимуществ перед архитектурой на базе PON.
Архитектура FTTH позволяет сервис-провайдеру гарантировать каждому абоненту необходимую пропускную способность и создавать в сети профили полосы пропускания для каждого клиента индивидуально. Каждый частный или корпоративный пользователь в любой момент может получить симметричную полосу пропускания любой необходимой ему ширины.
Еще одно преимущество – это большой радиус действия. В типовых конфигурациях сетей доступа Ethernet FTTH применяются недорогие одноволоконные линии, использующие технологию 100ВХ или 1000ВХ, с заданным максимальным радиусом действия 10 км. Для работы на больших расстояниях имеются оптические модули, позволяющие увеличить мощность оптического сигнала. В малонаселенных районах могут использоваться различные типы подключения Ethernet FTTH, которые не влияют на других абонентов на том же коммутаторе Ethernet. Есть также возможность для гибкого роста. В случае появления новых абонентов можно добавить дополнительные линейные карты Ethernet с высокой степенью модульности. Напротив, при использовании архитектуры на базе PON подключение первого абонента к оптическому дереву требует наличия наиболее дорогостоящего порта OLT, а при добавлении абонентов к тому же дереву PON стоимость подключения каждого абонента только увеличивается за счет приобретения ONT. К тому же, поскольку одномодовые оптоволоконные линии не зависят от используемой технологии и скорости передачи данных, можно легко увеличить скорость для одного абонента, не влияя на работу других.
Еще один несомненный плюс – это отделение абонентских линий, свойство, присущее архитектурам Ethernet FTTH. Оно трудно реализуется в архитектуре пассивной оптической сети из-за общего характера передающей среды в дереве PON. Учитывать надо и тот факт, что на сегодняшний день выделенная оптоволоконная линия является самой защищенной средой на физическом уровне, особенно в сравнении с общими передающими средами. Более того, коммутаторы Ethernet, использующиеся в средах сервис-провайдеров, призваны обеспечить разделение физического уровня портов и логического уровня абонентов и имеют множество надежных функций защиты, которые в состоянии предотвратить практически все попытки вторжений. Очевидно также и то, что затраты на эксплуатацию сетей Ethernet FTTH в топологии «точка-точка» ниже, чем сетей с архитектурой PON FTTH.
Вывод же, учитывая все вышесказанное, был очевидным. Развертываемые в настоящее время оптоволоконные сети доступа базируются на различных архитектурах и технологиях. И хотя каждая схема развертывания сети FTTH имеет свои достоинства, велик риск того, что экономия в краткосрочной перспективе на затратах в оптоволоконную инфраструктуру при использовании архитектуры FTTH на базе PON уже в обозримом будущем может существенно ограничить ее использование.
