Новый отcчет времени для пассивных оптических сетей

Пассивные оптические сети позволят удешевить волоконно-оптическую инфраструктуру доступа, но пойдут ли операторы на их модернизацию?

Забудьте о допотопном способе доступа по медному кабелю! Теперь и в офисе, и дома с помощью пассивных оптических сетей (Passive Optical Network, PON) вы сможете получать полный ассортимент услуг связи с передачей голоса, видео и данных по совместно используемым волоконно-оптическим линиям. Архитектура PON позволяет обходиться без электроники во внешней системе, устанавливать недорогие оптические компоненты, способные в случае необходимости поддерживать более высокие уровни пропускной способности, и достаточно эффективным образом модернизировать сеть доступа. Однако несмотря на то, что уже проведена серия испытаний PON в Азии, Европе и США, реальное развертывание пассивных оптических сетей по-прежнему откладывается. Производители создают оборудование с видами на будущее, но кто знает, будут ли его покупать операторы?

Их не надо убеждать в преимуществах пассивных оптических сетей — они сами были инициаторами новой технологии. Такие гиганты, как NTT, British Telecommunications, France Telecom и BellSouth, участвовали в написании спецификации для сети PON на базе ATM (APON); соответствующий стандарт был принят в ITU в 1998 г. Операторы видят в PON оптимальное решение для переоснащения местных линий связи для того, чтобы удовлетворить будущие запросы индивидуальных потребителей и бизнес-пользователей в отношении пропускной способности.

Но ни у кого нет желания разбрасываться деньгами акционеров, как купонами при игре в «Монополию». В случае с PON операторов не интересуют претензии на лидерство: тот, кто окажется у финишной черты первым, на самом деле ничего от этого не выиграет. Кроме того, региональные операторы Bell (RBOC) скептически относятся к идее принудительного совместного использования инфраструктуры, так что, возможно, придется вносить изменения в нормативные акты, прежде чем ситуация изменится кардинальным образом (хотя такое законотворчество вряд ли затронет пассивные оптические сети сами по себе). До тех пор пока региональные операторы не будут освобождены от оптовой продажи сервисов высокоскоростной передачи данных с выделением их из общего пакета услуг, инвестирование в модернизацию систем доступа не будет иметь стимула.

Производители ведут себя так, чтобы неспелый плод хотя бы не выглядел спелым. Многие активно предлагают улучшения для стандарта APON, в частности G.983, стремясь повысить скорость передачи в обоих направлениях и увеличить число абонентских пунктов, которые может поддерживать сеть PON. Представители операторов связи подтверждают, что подобные меры могут улучшить ситуацию — чем выше скорость и чем больше абонентов, тем привлекательнее экономическая сторона вопроса, — но одновременно подчеркивают, насколько важно придерживаться стандартов. Уже появился еще один претендент на свою долю в бизнесе PON, хотя он и находится в невыгодном положении в силу отсутствия стандарта — имеется в виду Ethernet. В самом ближайшем будущем рынок может пополниться множеством дополнительных продуктов, но производителям прежде всего важна заинтересованность операторов, а те что-то не спешат доставать свои чековые книжки.

ПО ВЕТВЯМ ОПТИЧЕСКОГО ДЕРЕВА

Прежде чем приступать к изучению обстановки, складывающейся вокруг пассивных оптических сетей, давайте рассмотрим основные характеристики этой технологии. Начнем, конечно, со стандарта APON, разработанного ассоциацией FSAN (Full Service Access Net-work), куда входят операторы международной связи и производители оптического оборудования. В стандарте ITU-T G.983 определено понятие терминала оптической линии (Optical Line Ter-minal, OLT): он размещается на центральном узле (Central Office, CO) и отправляет данные в режиме мультиплексирования с разделением по времени (Time Division Multiplexing, TDM) на волнах длиной 1490 нм или 1550 нм со скоростью 155 или 622 Мбит/с в направлении к абонентам. Идущая из головного узла волоконно-оптическая линия разделяется на несколько линий, образуя древовидную структуру. Применяемые с этой целью недорогие (до 100 долларов) пассивные оптические разветвители множат световые сигналы, не потребляя при этом электроэнергии (см. Рисунок).

Волоконно-оптические ответвления оканчиваются на так называемых блоках оптической сети (Optical Network Unit, ONU) в помещении абонента или вблизи него. Эти устройства, иногда также именуемые терминалами оптической сети (Optical Network Termina-tion, ONT), отправляют данные в «восходящем» направлении (к центральному узлу) со скоростью 155 Мбит/с на волне длиной 1310 нм. Они преобразуют световые импульсы в нужный формат: Ether-net, ATM или любой другой. Лазеры OLT и ONU призваны компенсировать отсутствие усиления сигнала во внешней кабельной системе. Сигнал ослабевает на каждом разветвлении и с каждым пройденным километром, поэтому терминалы OLT рассчитаны на обслуживание не более 32 устройств ONU, а радиус действия сетей PON в настоящее время ограничен расстоянием в 20 км.

Все конечные пункты могут разделять сигналы всех длин волн, но не так, как в случае кабельного модема, когда одно чрезмерно потребляющее пропускную способность соединение способно полностью застопорить работу соседей. Абонентам гарантируется минимальная скорость передачи и возможность ее увеличения в случае необходимости. Восходящая передача координируется средствами TDMA (Time Division Multiple Access), которые позволяют равномерно распределять ресурсы и избегать конфликтов при работе нескольких абонентских пунктов в сети.

Вопреки сомнениям относительно адекватности мер безопасности, которые обеспечивают нынешние механизмы шифрования, альтернативный оператор местной связи Comcast Business Communications, один из немногих, уже применяющих технологию PON, подверг ее самым суровым испытаниям и теперь без излишнего трепета относится к тому, что новая среда передачи предназначена для коллективного использования. «Мы провели лабораторные исследования, в ходе которых попытка перехватить сообщения, не адресованные конкретному интеллектуальному оптическому терминалу (Intelli-gent Optical Terminal, IOT, аналог ONU), оказалась безуспешной», — подтвердил Стив Лински, вице-президент Comcast по вопросам технологии и планирования. Comcast использует терминал оптической линии QB5000 и блоки оптической сети QB100 производства компании Quantum Bridge.

СТРОИМ НА ВЕКА

Исключение активных компонентов вызвано не только стремлением снизить расходы и избавиться от проблем, связанных с обеспечением питанием внешних устройств, хотя и эта задача сама по себе, разумеется, заслуживает внимания. Операторы хотят, чтобы их волоконно-оптические сети были просты в обслуживании и, вместе с тем, обладали гибкостью. Сегодня, может быть, достаточно сигнала с одной длиной волны, распространяющегося от центрального узла со скоростью 622 Мбит/с и разветвляющегося к 32 пунктам назначения, а на следующий год уже понадобится четыре или восемь длин волн, но операторы не хотят при каждом обновлении менять промежуточное оборудование. Поскольку все компоненты, расположенные между OLT и ONU, представляют собой стекло, то никаких ограничений они не накладывают. При модернизации необходимо заменить только оконечное оборудование, чтобы обеспечить поддержку большего числа длин волн с помощью технологии мультиплексирования с разделением по длине волны (Wavelength Division Multiple-xing, WDM).

Другое преимущество — гибкость при стратегическом развертывании. Пассивную оптическую сеть можно выборочно прокладывать в тех районах, где новый, более высокий уровень пропускной способности окажется востребован немедленно. Совсем не обязательно проводить полную модернизацию всей операторской сети доступа перед началом предоставления новой услуги. Кроме того, операторы PON могут принимать абонентов на обслуживание по мере их «созревания»; это позволит расширять клиентскую базу, не создавая избыточной инфраструктуры. Многими сценариями PON предусматривается доведение волоконно-оптических линий только до местного шлюза, а на последнем участке использование линии DSL на медном кабеле. Таким образом у операторов появляется возможность немедленного развертывания услуг, что будет способствовать уменьшению начальных капиталовложений.

МАТЕМАТИКА ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОГО ДОСТУПА

Для успешного развертывания PON необходимо иметь поблизости действующие волоконно-оптические кольца. По данным статистики консорциума CIBC World Markets, в США примерно 76% офисов находятся в радиусе одной мили от одного из таких колец, и 50% жилых домов — в радиусе двух миль. Впрочем, и эта последняя миля (или две) обойдется абонентам в изрядную сумму, поэтому операторы должны быть уверены, что клиенты будут готовы подкрепить потенциальный спрос своими деньгами.

Пассивная оптическая сеть, ориентированная на индивидуальных потребителей, предполагает заинтересованность частных лиц в получении (и, главное, в оплате) видеоматериалов развлекательного характера и высокоскоростного трафика данных с интенсивным использованием имеющейся пропускной способности — в дополнение к традиционным голосовым услугам. Нельзя сказать, что такая заинтересованность бесспорна: многие завидуют своим друзьям, которые могут принимать у себя дома десятки каналов кабельного телевидения, но сами ни за что не согласились бы платить за такое удовольствие. Бизнес-клиентам, как правило, необходима высокая пропускная способность, однако крупным предприятиям, начиная с какого-то момента, целесообразнее воспользоваться выделенной волоконно-оптической линией «точка-точка». Ни один оператор не захочет устанавливать совместно используемую оптическую инфраструктуру лишь для того, чтобы наблюдать, как ее ресурсы преждевременно иссякают.

Сопоставьте эти проблемы с конкретными цифрами, и вы поймете, какие сомнения должен испытывать оператор, когда речь заходит о капитальных вложениях. В отчете «Пассивные оптические сети: есть ли свет в конце туннеля?», составленном специалистами CIBC World Markets, приводятся оценки расходов на прокладку волоконно-оптических отводов: от 350 тыс. до 750 тыс. долларов за каждую милю (хотя использование связи по воздуху и приспособление имеющихся кабелепроводов под оптические линии позволяют заметно сократить эти цифры).

В отчете CIBC оценивается также средний период окупаемости сетей PON, ориентированных на предприятия небольших и средних размеров: от 18 месяцев в наиболее оптимальной ситуации до 27 месяцев в худшем случае (см. Таблицу). Рассчитывать на стопроцентную занятость каналов — когда работают все 32 абонентских пункта, принося по 1 тыс. долларов в месяц, — пожалуй, слишком оптимистично, однако эти оценки помогают вкратце сформулировать несколько общих правил.

Стоимость может оказаться не единственным сдерживающим фактором. Том Нолле, президент консалтинговой компании CIMI, более серьезным препятствием на пути распространения PON считает проблемы административного регулирования. «Если регулирующие нормативы оставить без изменения, региональные операторы не станут развертывать высокоскоростные службы для домашних потребителей, независимо от применяемой технологии, — по крайней мере, в ближайшие годы. Все операторы убеждены, что сеть APON должна быть ключевым элементом любой стратегии, предлагающей доведение оптики до дома (или до местного шлюза, или иного «густонаселенного» пункта), однако нет полной уверенности в том, что такого рода стратегия вообще кому-либо понадобится».

По словам Грира Хэнсона, сотрудника консалтинговой группы Current Analysis, до практического развертывания PON в широких масштабах еще далеко: «Честно говоря, при нынешнем состоянии рынка придется еще подождать. У операторов есть и другие возможности, сулящие прибыль. Они не требуют обязательного прокладывания дополнительных волоконно-оптических линий, а это как раз та проблема, которая сдерживает внедрение PON».

ТРАДИЦИОННЫЕ ОПЕРАТОРЫ В ПОРУ ИСПЫТАНИЙ

Испытания технологии FTTH (Fiber to the Home), проведенные компанией BellSouth для 400 жилых помещений в Атланте, помогли региональным операторам окончательно сформулировать ближайшие планы развертывания PON: сначала для организаций, а потом для жилых домов. Пассивные оптические сети BellSouth, построенные в соответствии со спецификациями FSAN, используют в качестве абонентского оборудования терминалы ONT от Lucent Technologies, а в центральном узле — терминал OLT производства Oki Electric Industry. Высокоскоростной трафик данных проходит через одну систему PON, видео — через вторую такую сеть, а телефонная связь обеспечивается по имеющимся аналоговым линиям на медном кабеле.

Гленн Мэхони, старший сотрудник научно-технического отдела BellSouth, объясняет, что они не хотели усложнять испытания, смешивая доставку голоса и данных с телефонией. Главным предметом внимания было оборудование, соответствующее спецификациям FSAN: «Мы потребовали от обоих своих поставщиков обязательного выполнения требований FSAN», — говорит Мэхони. Учитывая, что вариант с подведением двух волоконно-оптических линий к жилому помещению далек от совершенства, так как требования к волоконно-оптической инфраструктуре при этом удваиваются, то, по словам Мэхони, «ключом к решению проблемы является наличие оборудования, обеспечивающего полный набор услуг в сети PON с одной волоконно-оптической линией». Мэхони также считает, что уточнения FSAN, устанавливающие число ответвителей равным 64 вместо 32, должны обеспечить более эффективное использование фидерной линии.

Хотя BellSouth тестировала лишь службы доступа в жилые дома, Мэхони сообщает, что первая коммерческая сеть PON будет развернута для корпоративных клиентов небольших и средних размеров, использующих технологии Ethernet 10/100 и соединения DS1. По его словам, окончательного решения по поводу PON для домашних пользователей еще не принято, поскольку экономические выгоды такого варианта пока не очевидны для операторов. Сети PON, ориентированные на сферу бизнеса, будут обслуживать больше абонентов, используя от 8 до 16 блоков ONU, чем сети жилого сектора с 32 конечными точками. Мэхони полагает, что сети APON для бизнес-пользователей будут введены в эксплуатацию в самое ближайшее время. «Когда станет ясно, что оборудование готово к эксплуатации, мы установим и протестируем его, чтобы гарантировать успех при широком развертывании».

Компания Verizon в этом году также собирается проводить испытания сети PON категории FTTH в своем регионе; об этом сообщает Брайан Уиттон, исполнительный директор группы разработки платформ Verizon. Пользователям будет предоставлен полный пакет услуг, включая обычную телефонную связь, высокоскоростную доставку данных и развлекательное видео; как предполагается, одна сеть будет обслуживать четыре дома. Поставщик оборудования еще не выбран. Как отмечает Уиттон, лабораторное тестирование проводится для аппаратуры разных компаний.

Для Verizon, в отличие от BellSouth, приоритетным представляется жилой сектор, а сфера бизнеса находится на втором плане. Сомнения относительно развертывания новой технологии для корпоративных клиентов объясняются неопределенностью прогнозов относительно использования таких систем в будущем при постоянно растущих требованиях к пропускной способности. Для крупных компаний модель PON неинтересна, считает Уиттон (и в этом с ним солидарен Мэхони из BellSouth), а небольшие и средние компании могут со временем перерасти рамки этой модели в ее нынешнем виде и в конечном итоге предпочтут соединения «точка-точка». Любопытно, что Уиттон положительно отозвался и об альтернативном для APON варианте — PON на базе Ethernet (EPON), хотя Verizon в настоящее время не планирует тестировать такое решение. По приблизительным оценкам, Verizon проведет развертывание APON для жилых домов в следующем году, основываясь на результатах испытаний 2001 г. Испытания корпоративных сетей PON для бизнес-клиентов также могут начаться в 2002 г., а коммерческое развертывание предварительно намечено на 2003 г.

В других странах, свободных от ограничений, накладываемых Актом о реформировании телекоммуникационной отрасли от 1996 г., технология PON более широко распространена, если не сказать — всепроникающа. Корпорация NTT в Японии проводила в 1994—1997 гг. испытания сетей PON для жилых помещений для двух разных групп по 300 абонентов в городах Йокосука и Ураясю на предмет возможности предложения услуг доставки видео по запросу, кабельного телевидения, телефонии и ISDN. В настоящее же время развертываются коммерческие сети, поддерживающие три различные службы ATM. С декабря 1999 г. было установлено около 1 тыс. терминалов OLT стандарта FSAN; имя производителя оборудования NTT не сообщает. По сравнению с США, где пока лишь проводятся испытания, это впечатляет, однако тысяча терминалов OLT за семь лет — не такое уж и революционное достижение.

РЕАЛЬНЫЕ ДОЛЛАРЫ

Технология PON прежде всего предназначалась для традиционных операторов местной связи (ILEC), однако, как показывает практика, чаще всего ее используют альтернативные провайдеры, в целях привлечения клиентов, нуждающихся в услугах высокоскоростной передачи данных. Именно альтернативные операторы (CLEC) были первыми — и, судя по всему, останутся главными — потребителями PON. Это, например, компании Comcast Business Communications и Advanced TelCom Group (ATG) — обе работают с оборудованием Quantum Bridge. Чтобы реализовать широкополосные службы доступа, альтернативные операторы должны максимально приблизить волоконную оптику к потенциальным клиентам. Экономические преимущества PON по сравнению с волоконно-оптическими соединениями «точка-точка» в большей степени привлекают альтернативных операторов, чем региональных (RBOC), поскольку в отсутствие хорошо налаженного бизнеса, на который опирался бы проект, чрезмерные капиталовложения становятся очень тяжелым бременем — особенно если учесть серьезные финансовые трудности недавнего времени.

Comcast использует APON для предоставления бизнес-пользователям услуг связи со скоростями вплоть до уровня DS3; в настоящее время действует сеть PON в Балтиморе, а в течение года предполагается запустить системы PON еще в семи регионах. «Мы надеемся, что сети PON будут играть ведущую роль на каждом из этих рынков», — говорит Стив Лински, добавляя, что Comcast, благодаря новой технологии, экономит значительные средства на волоконно-оптической инфраструктуре.

Comcast не использует PON для доставки видео и обеспечивает скорости передачи данных уровня OC-12 в направлении к абоненту и OC-3 в сторону центрального узла, обслуживая одновременно до 32 конечных пользователей. «Мы бы хотели еще больше повысить скорость и увеличить число клиентов, но, с другой стороны, все имеет свою цену, и эта величина имеет немаловажное значение», — подчеркивает Лински. Чем больше скорость и число конечных пунктов, тем дороже лазеры и все оборудование в целом.

ЧУДЕСА ТЕХНИКИ

Реализуя основные спецификации G.983, производители только получают право вступить в игру. Чтобы привлечь клиента, они должны выделиться на общем фоне, перейдя на более высокий уровень. Разумеется, не все играют в одну и ту же игру. Alcatel, Marconi, NEC eLuminant, Lucent, Paceon, а также новички отрасли Quantum Bridge и Terawave работают с APON, в то время как AllOptic и OnePath предпочитают EPON — технологию без издержек, свойственных ATM. Так, на выставке SuperComm в июне должны были быть представлены еще несколько новых разработок из области PON.

Quantum Bridge и Terawave предлагают оборудование, обеспечивающее передачу с симметричными скоростями 622 Мбит/с, а ряд других производителей, включая Alcatel, Marconi и NEC eLuminant, планируют в течение лета объявить и продемонстрировать FSAN-совместимые продукты. Компания Quantum Brid-ge выпустила в марте этого года продукт класса DWDM (Dense WDM) под названием QB8000 с интерфейсом PON. Система достигает скорости 2,5 Гбит/с на каждой длине волны и обслуживает до 32 сигналов на одной волоконно-оптической линии.

Недавно Terawave объявила о том, что FiberLab, тайваньский системный интегратор, станет первым коммерческим пользователем ее продуктов TeraPON. Намеченные на ближайшее время совместные с Singapore Telecom испытания представляют весьма удобную возможность завоевать авторитет среди традиционных операторов. Дон Сталтер, вице-президент Terawave по маркетингу и развитию бизнеса, утверждает, что следующим пунктом в графике PON значится оборудование симметричных служб 1,2 Гбит/с, а также ретрансляторы для DWDM, обеспечивающие скорость 2,5 Гбит/с на каждой длине волны при общей пропускной способности 80 Гбит/с.

«Спецификации FSAN критиковались за то, что не гарантировали достаточную пропускную способность; 622 Мбит/с, поделенные между 32 оконечными устройствами, — это не тот масштаб, который может удовлетворить клиента, — отмечает Грир Хэнсон из Current Analysis. — Решения, предоставляемые сейчас или запланированные к выпуску в скором времени, в сущности предлагают нечто вроде FSAN Plus. FSAN — это отправной рубеж, начальная ставка в игре. Чем выше пропускная способность, тем лучше, — именно поэтому Quantum Bridge решила выпустить устройство с поддержкой DWDM, поскольку применение данной технологии позволяет увеличить пропускную способность». Хэнсон считает, что Quantum Bridge наверняка сумеет привлечь на свою сторону кого-либо из региональных операторов.

Том Нолле из CIMI согласен с точкой зрения Хэнсона о роли дохода, связанного с числом поддерживаемых абонентских точек. «Главная проблема PON — это стоимость. Текущими стандартами предусматривается 32-кратное ветвление терминальных соединений, а этого может оказаться недостаточно для успешного развития бизнеса».

Системы на базе Ethernet еще не обзавелись своим стандартом, что, безусловно, делает их уязвимыми в глазах операторов. Тем не менее компании AllOptic и OnePath, работающие соответственно на рынках бизнес-систем и жилого сектора, предлагают любым клиентам, которых не пугает работа на нестандартизованным оборудовании, скорость 1 Гбит/с в направлении к пользователю и 800 Мбит/с — к центральному узлу. Предприятия, скорее всего, будут привлекать в EPON практически одинаковые симметричные скорости в обоих направлениях, причем выше, чем у APON. Сторонники EPON, говоря о недостатках APON, постоянно напоминают о накладных расходах ATM. Операторы, судя по всему, готовы взять EPON на вооружение, но только после того, как появится стандарт и будет проведено тщательное тестирование. Отсутствие надежной поддержки QoS ограничивает возможности Ethernet в части передачи голоса и видео.

Учитывая минимальное распространение PON, число производителей весьма велико. Алан Безоза, директор CIBC World Markets по вопросам исследования рынка акций, считает, что по мере созревания PON ряды производителей будут редеть. «Сейчас поставщиков слишком много, рынок не в состоянии выдержать столько. Не думаю, что все они выживут, — на мой взгляд, лишь некоторым из них удастся преодолеть начальную стадию, которая продлится еще пару лет, но большинство компаний просто сойдет со сцены».

ДАЛЬНЯЯ ДОРОГА

Операторы планируют оснастить волоконно-оптической инфраструктурой все свои территории — можно считать, что это вопрос времени. PON — не статическая среда. Производители данной отрасли принимают участие в продолжающейся работе над стандартами, обсуждая возможности повышения скорости и увеличения числа поддерживаемых абонентов (этому было посвящено, например, совещание членов ассоциации FSAN, прошедшее в апреле 2001 г. в Японии). Небольшие операторы станут развертывать PON, когда сочтут это наиболее уместным, а традиционные операторы будут продолжать следовать своей собственной политике. Кто знает, возможно, к тому времени операторы окажутся готовы отдать PON главенствующее место в сфере доступа, технология EPON уже достигнет стадии полной работоспособности. Пока же системы PON продолжают понемногу проникать в сети доступа, и более широкого их распространения можно ожидать лишь в 2002—2003 гг. или позже.

Ресурсы Internet

Спецификации стандарта ITU-T G.983 и прочую техническую информацию о пассивных оптических сетях можно найти на узле Web ассоциации Full Service Access Network (FSAN, http://www.fsanet.net).

Издательство Light Reading (http://www.lightreading.com) предлагает подборку материалов об основных принципах устройства PON под названием «Сети PON: Пассивная агрессия» («PONs: Passive Aggres-sion»).