Ce urmează după DSL?
Ce urmează după DSL? Aceasta este o întrebare foarte dificilă cu care se confruntă ofertanţii de servicii de telefonie şi totodată furnizorii de infrastructură.
În Europa, şi în cea mai mare parte a lumii, DSL (digital subscriber line – linii digitale de abonat) a reprezentat opţiunea cea mai populară pentru ramificaţiile locale sau ultimul kilometru de legătură către casă şi birou de până acum. Marea infrastructură pe cablu din SUA a adus acolo un real avantaj modem-urilor de cablu. Ce se va folosi în viitor pentru a fi satisfăcute cele mai importante servicii ale momentului precum telefonia IP, transmisiile de date la viteze foarte mari sau serviciul “video-on-demand”?. Va fi utilizat cuprul sau fibra?
Cablurile din cupru continuă să se dezvolte fără probleme. DSL-ul a fost îmbunătăţit cu o versiune de mare viteză – VDSL (very high speed DSL) şi foarte mare viteză precum varianta ADSL2+. Aceste derivate beneficiază cu siguranţă de aportul adus de soluţia DSL. Dar acestea implică şi unele dezavantaje. Unele sunt de ordin tehnic. Soluţia bazată pe cupru necesită componente electronice active care să asigure un semnal foarte bun în reţea la care se adaugă costurile de întreţinere şi de înlocuire. Unul dintre cele mai mari costuri plătite astăzi este cel de furnizare şi întreţinere a sursei de putere electrice din bucla locală. Alt dezavantaj este generat de spaţiul ocupat şi de timpul consumat pentru desfăşurarea lui în vederea instalării unei reţele.
Fibra optică (FTTx) a devenit o opţiune serioasă faţă de soluţia bazată pe cupru. Reţele optice pasive (PON) bazate pe fibre sunt considerate de specialişti drept soluţiile de acces de generaţie următoare care livrează utilizatorilor finali lărgime de bandă nelimitată în bucla locală. Reţele PON sunt pasive prin natura lor eliminând utilizarea componentelor active în afara clădirii – sunt folosite numai acele componente pasive de distribuţie a traficului precum splitter-ele optice. Odată ce reţeaua a fost instalată, aceasta poate fi controlată de la distanţă reducând cheltuielile de întreţinere şi cele operaţionale cu până la 25% faţă de costurile generate de soluţia echivalentă bazată pe cupru.
Promisiunea fibrei pleacă de la premiza că soluţia FTTx va oferi soluţii standard. Reţele PON bazate pe fibre există din anii ’80, dar până acum acestea au însemnat o soluţie particulară. Reţele optice pasive de bandă largă (BPON) permit acum o creştere de 10x a lărgimii de bandă (până la 622 Mbps în aval) faţă de tehnologiile de bandă largă existente precum soluţia DSL şi cablul de bandă largă. Furnizorii de servicii de telecomunicaţii sunt entuziasmaţi de potenţialul fibrei. BPON oferă abonaţilor servicii “triple play” de voce, video şi de date.
Pasive şi configuraţii “point-to-multipoint”
Eficienţa este inerentă în reţelele PON. Mai întâi acestea elimină componentele electronice active din calea semnalului de la sursă la destinaţie. Singurele elemente utilizate în interiorul unei reţele PON sunt componentele optice pasive precum fibra optică, racordurile şi splitter-ele. În al doilea rând, configuraţia reţelei PON “point-to-multipoint” reduce costurile în comparaţie cu implementările optice tradiţionale care foloseau fibre în configuraţii punct-la-punct.
Configuraţia “point-to-multipoint” utilizată în reţeaua PON necesită mai puţină fibră pentru acoperirea suprafeţei decât sistemele “point-to-point”. Echipamentul din biroul central are costuri mai mici de când o singură interfaţă optică serveşte întregii reţele. Iar costurile critice resimţite de clienţi au fost sensibil micşorate de când echipamentul necesită laseri mai ieftini.
PON elimină multiplexoarele active pentru racordări. În locul dispozitivelor active din aceste locaţii, reţelele PON utilizează mici splittere optice pasive aflate în soclul mufelor de racord ce sunt livrate ca parte a cablului de fibră optică.
PON oferă cabluri pasive şi flexibile, costuri mici de plasare a fibrei şi lungime de bandă mare totul pe o singură fibră ce livrează partenerilor de afaceri sau clienţilor din zonele rezidenţiale conexiuni optice de înaltă viteză de până la 20km (12.4 mile).
Cele trei elemente principale ale unei reţele PON sunt:
• Optical Line Termination (OLT) la Oficiul Central (CO), care primeşte date “burst” de la client printr-un splitter pasiv;
• Un splitter pasiv care divide singura linie într-un număr de canale egale criptate pentru fiecare client;
• Terminal Unit (TU) plasat acasă sau la birou care preia semnalul clientului şi îl decriptează (sau, alternativ, criptează şi trimite semnalul în exterior). Unitatea Terminal pentru acasă este denumită Optical Network Termination (ONT) şi se află plasată în sistemul FTTH (fibre-to-the-home). Pentru birouri, unitatea este denumită Optical Network Unit (ONU) şi este plasată în clădire în sistemul FTTB (fibre-to-the-building).
Standarde şi “Arome” de PON
Dezvoltarea standardelor iniţiate la început de FSAN, ITU-T şi de IEEE au reprezentat cheia succesului reţelelor PON. Reţelele PON au fost inventate în anul 1982 în laboratoarele British Telecom, au fost testate iniţial în Anglia în 1987, iar instalarea lor pe scară largă a fost realizată de Deutsche Telekom în 1993. Dar a fost atunci când un grup de operatori de telecomunicaţii au format în 1995 reţeaua FSAN (Full Service Access Network) şi lucrurile au început să se mişte.
FSAN defineşte cerinţele şi partiţionarea sistemului în timp ce ITU-T SG15/Q2 generează recomandările pentru standardizarea tehnologiilor de acces PON. IEEE802.3ah s-a implicat recent în definirea standardelor pentru generaţiile viitoare.
Standardizarea a livrat variate “arome” de PON:
• APON, ATM PON, a fost primul produs comercial şi a fost utilizat pentru prima dată în aplicaţii business;
• BPON, Broadband PON, este versiunea extinsă pentru APON cu funcţionalitate adăugată pentru suport de servicii video;
• EPON, Ethernet PON, se bazează pe pachete de date şi încă evoluează;
• GPON, GigaPON, oferă reţelelor PON valori de ordinul gigabit.
Standardul cel mai des utilizat este BPON, definit de ITU-T G.983. BPON Optical Line Terminals se bazează pe comutaţie ATM, dar BPON OLT poate fi interfaţat cu switch-uri Ethernet utilizând bine-cunoscutul IETF RFC 2684. Cu siguranţă toate standardele BPON din Japonia se bazează pe Ethernet, BPON fiind folosit ca un strat fizic.
EPON suportă o rată de un bit, simetria 1.25 / 1.25Gbps. Standardele EPON vor fi complet ratificate de IEEE. GPON este ultimul standard G.984 ITU aprobat de ITU-T.
Acesta suportă 2.5Gbps în amonte şi aval. GPON va suporta distanţe de la 20km la 60km atunci când este utilizat sistemul de corecţie al erorilor.
Important este faptul că flexibilitatea GPON-ului permite servicii multiple ce sunt suportate în formatul lor nativ de ATM, pachet sau TDM rezultând o mai bună eficienţă a lărgimii de bandă pentru serviciile centrale de date. Această flexibilitate se obţine datorită sistemului GEM (GPON metodă de încapsulare) care încapsulează datele de-a lungul GPON-ului. GEM oferă conexiuni de comunicaţie la fel ca ATM.
Astăzi, mulţi experţi cred că în ciuda numeroaselor avantaje oferite de BPON, sau GPON, vor trece cel puţin trei sau patru ani până ce acestea se vor lansa cu adevărat. BPON reprezintă deja o tehnologie sigură ce include un volum mare de produse semiconductoare standard.
BPON în detaliu
O singură fibră, lungimi de undă multiple
BPON oferă voce, date şi video bidirecţional pentru 32 de abonaţi pe o singură fibră economisind costurile de desfăşurare a fibrei şi reducând şansele de ne-configurare a fibrei. Ambele direcţii de comunicaţie sunt suportate de un modul de multiplexare a lungimii de undă (WDM) ce utilizează trei lungimi de undă – 1490nm, 1310nm şi 1550nm. Două lungimi de undă sunt folosite pentru traficul de date şi voce şi suportă viteze de până la 622Mbps în aval şi 155Mbps în amonte. A treia lungime de undă este opţională şi este dedicată pentru transmisiile video având o capacitate de 1GHz+, de-a lungul unei distanţe de 20km.
Eficienţa reţelei datorată tehnicilor inteligente
BPON utilizează tehnici inteligente pentru a maximiza eficienţa reţelei.
Creşterea capacităţii fizice a reţelei reprezintă metoda brută de modernizare a reţelei. Îmbunătăţirea eficienţei prin utilizarea lărgimii de bandă date este o tehnică mai inteligentă şi mai ieftină.
Modulul DBA (dynamic bandwidth assignment -atribuirea unei lărgimi de bandă dinamice) din BPON reprezintă un sistem de protocoale şi algoritmi care lucrează în aşa fel încât să ofere utilizatorilor în timp real lărgimile de bandă de care au nevoie. DBA creşte eficienţa în amonte printr-o alocare inteligentă a benzii.
Ca rezultat, aplicaţiile data-burst pot avea un acces eficient la capacitatea reţelei PON în acelaşi timp putându-se păstra calitatea serviciilor cerute de aplicaţiile de voce sau de linie. Rezultatul utilizării modulului DBA reprezintă aproape o dublare a lărgimii de bandă utilizabile.
Securitatea datelor
Îngrijorarea în ceea ce priveşte securitatea datelor în PON este că datele din aval sunt transmise către toate nucleele ONU ataşate reţelei PON. Dacă un utilizator maliţios şi-a re-programat propriul său ONU, atunci acesta ar putea asculta toate datele din aval ale tuturor utilizatorilor. Confidenţialitatea datelor este asigurată în BPON utilizând periodic o amestecare a re-codărilor pentru traficul criptat din aval. Celulele din aval sunt amestecate de stratul TC (transmission convergence) care adaptează fluxurile ATM la intrarea în straturile fizice ale reţelei PON. Un cod amestecat este trimis în amonte de fiecare ONT. Aceasta este o metodă flexibilă. Fiecare ONT individual poate dicta frecvenţa actualizărilor codurilor şi a amestecării lor. O frecvenţă sporită măreşte securitatea conexiunilor. Standardul de cripare avansat – (AES) reprezintă o altă opţiune pentru operatorii care doresc înaltă securitate. Este o suplimentare la specificaţiile BPON şi înseamnă pe de altă parte, standardele utilizate în GPON.
Extindere pentru evitarea coliziunilor
O tehnică denumită “ranging” este utilizată pentru a evita coliziunile în amonte ale frame-urilor ce pot apărea în timpul modificării distanţelor dintre OLT şi ONT din cadrul aceleiaşi reţele. OLT-urile măsoară distanţa către fiecare ONT, iar apoi comunică ONT-urilor să însereze o mică întârziere astfel încât toate distanţele echivalente OLT-ONT să fie de 20km.
Factori de succes: interoperabilitate, costuri şi profesionalism
Japonia este lider în dezvoltarea de sisteme PON cu cei peste 500k utilizatori din anul trecut, 1.1M utilizatori la sfârşitul lunii martie şi se aşteaptă aproximativ 2M utilizatori la sfârşitul anului 2004. Statele Unite care au o populaţie dispersată pe distanţe geografice foarte mari poate deveni următoarea mare piaţă de desfacere pentru reţelele POS fiind urmată apoi de Europa.
Tehnologiile compatibile şi echipamentele ieftine realizate din produse standard sunt doi factori de succes pentru dezvoltarea pe scară mare a sistemelor POS.
Interoperabilitate
Standardele încurajează cu siguranţă compatibilitatea echipamentelor livrate de diverşi vânzători. Există destul loc însă, pentru furnizori individuali care produc propriile lor “îmbunătăţiri” rezultând inevitabil o serie de incompatibilităţi. Penetrarea de masă a pieţei de ADSL a fost întârziată de asemenea interoperabilităţi nefericite.
Interoperabilitatea PON este mai simplă. În afara liniilor de cupru, nu există nici o particularitate specifică vreunei ţări pentru stratul fizic. Iar astăzi, deşi există dezvoltări de noi tehnologii precum GPON, există o singură specificaţie agreată în lumea largă şi anume specificaţia BPON din seria ITU-T G.983. Mulţi fabricanţi PON realizează importanţa extremă a interoperabilităţii şi sunt încântaţi să identifice o parte independentă care să gândească în acelaşi fel precum Universitatea New Hampshire care obişnuia să utilizeze sistemul DSL.
Reducerea costurilor
Integrarea tot mai mare a dispozitivelor de siliciu în receptoarele optice şi micşorarea preţului fibrei au condus la o scădere semnificativă a costurilor infrastructurii fizice a reţelelor POS astfel încât costul unei conexiuni POS (incluzând modulele OLT şi ONU, fibra şi splitter-ul) a scăzut de patru ori de-a lungul ultimilor doi ani.
Creşterea integrării şi disponibilitatea (pe raft) a circuitelor semiconductoare precum dispozitivele realizate de Freescale Semiconductor – MC92701 şi MPC8340BPON, produc un impact major.
MC92701 este primul circuit disponibil comercial, ce corespunde standardului industrial BPON ONT oferit de un fabricant important de semiconductoare. Este un dispozitiv “BPON layer termination” proiectat să lucreze în tandem cu procesoarele de comunicaţie realizate de Freescale Semiconductor – PowerQUICC I™ şi PowerQUICC II™ pentru a livra o soluţie de sistem completă pentru echipamentul ONT.
Datorită integrării, circuitul MPC8340BPON reprezintă primul sistem industrial SoC destinat BPON care integrează un BPON MAC (media access controller – controler media de acces), ethernet MAC şi o unitate CDR de recuperare a datelor şi ceasului totul montat pe o platformă PowerPC®.
Soluţia viitorului
Reţelele PON au un viitor strălucit. Standardele solide sunt bazele soluţiilor ce vor fi dezvoltate în piaţă. Fiind transparente optic dintr-un capăt în celălalt, reţelele PON vor fi îmbunătăţite dispunând de transferuri de date şi mai mari şi vor dispune de lungimi de undă suplimentare. Viteza lor teoretică maximă este, virtual, nelimitată. Iar costurile componentelor vor continua să scadă. Cererile de servicii “triple play” de voce, video şi date vor fi elemente importante.
Ce urmează după DSL? PON reprezintă cu siguranţă o soluţie interesantă.
de Richard Low, Departamentul de Marketing / Microprocesoare de înaltă performanţă – dezvoltare reţele optice Freescale Semiconductor