Телеком: тенденции 2011

Операторам связи сегодня не позавидуешь. Им приходится удовлетворять все возрастающие аппетиты пользователей в отношении пропускной способности, при этом доходы от дополнительного трафика несопоставимы с его ростом — «спасибо» безлимитным тарифам! А впереди дальнейшее увеличение числа пользователей, к которым, среди прочего, относятся интеллектуальные датчики, роботы, подключенные к Интернету автомобильные системы, «умные» дома, медицинская аппаратура и многое другое. Да и запросы трехмерного видео будут только увеличиваться — как предполагается, для перспективного формата HQ 3D HDTV потребуется примерно 300 Мбит/с. Наконец, централизация вычислительных ресурсов и средств хранения данных, а также перенос все большего числа сервисов в «облака» только повышают необходимость расширения сетевых магистралей.

Именно высокая спектральная эффективность — один из основных аргументов, который приводят сторонники технологии LTE, называя ее будущей «королевой» сотовой связи. По этому показателю она значительно превосходит системы предыдущих поколений, в связи с чем и вызывает большой интерес со стороны операторов, ведь радиочастотный спектр — ресурс дорогостоящий и дефицитный. Кроме того, LTE позволит существенно упростить сетевую инфраструктуру, ибо технология ориентирована только на IP — от терминала до сервера приложений — без каких-либо инородных (TDM или ATM) «вкраплений».

Но даже 100-мегабитных скоростей, обещанных LTE, будет недостаточно, чтобы утолить жажду скорости сполна. Без проводов на последней миле не обойтись. Точнее, без оптических волокон, которые по соотношению пропускная способность / цена оставляют далеко позади системы электрической связи. Борьба за лидерство в области оптического доступа развернулась между системами PON и Ethernet. Первые «козыряют» своей телекомовской родословной и энергоэффективностью, вторые — более широкой распространенностью и доступностью.

А можно ли получить все преимущества высокоскоростного кабельного доступа, сохранив при этом определенную мобильность и не перегружая радиосегмент сети сотовой связи? Несмотря на кажущуюся неразрешимость задачка совсем не сложная. Всего этого можно достичь при помощи фемтосот, которые, будучи частью сети сотовой связи, подключаются напрямую к ее ядру по каналам сети фиксированного доступа. Развертывание фемтосот позволит оператору избавиться от перегрузки макросот и чрезмерных расходов на их модернизацию. Другие аргументы «за» фемтосоты, LTE и решения PON вы найдете в разделе по широкополосному доступу (ШПД).

На магистралях оптические технологии постепенно «сращиваются» с пакетными, но процесс идет непросто. «Айпизация» всего и вся чревата превращением телекоммуникационных магистралей в большие «доисторические» локальные сети, а каждого узла — в мощный маршрутизатор с оптическими интерфейсами. Все происходящее, безусловно, радует поставщиков данных устройств, но оптимальна ли такая инфраструктура для операторов? И есть ли альтернатива? С мнениями на этот счет вы сможете ознакомиться в разделе, посвященном магистральному транспорту. — Александр Барсков

ШПД. Наперегонки со скоростью

Все эксперты предсказывают стремительный рост объемов трафика, передаваемого по сетям мобильной связи. Так, согласно исследованию Visual Networking Index (VNI), проведенному компанией Cisco, с 2009 по 2014 год его совокупный объем вырастет в 39 раз и достигнет уровня 3,6 эксабайт (3,6 × 10¹⁸ байт) в месяц (см. Рисунок 1). Причем основной вклад (66%) в этот объем будет вносить видеотрафик, а на голосовой (VoIP) придется только 4%. Эта тенденция определяет повышенный интерес к новым технологиям широкополосной мобильной связи.

Рисунок 1. Прогноз роста объема трафика, передаваемого в сетях мобильной связи в течение месяца.

Год назад, впечатленные стремительным развитием сети Yota (компания «Скартел»), в качестве «горячей» технологии на 2010 год мы выбрали WiMAX. Но в 2010 году руководители Yota заявили о планах перехода на технологию LTE. В конце августа был проведен пилотный запуск сети LTE в Казани, однако из-за отсутствия необходимых разрешительных документов ее эксплуатация пока прекращена. Пример Yota показателен: в пользу LTE склоняются даже операторы WiMAX.

Большинство крупных операторов сотовой связи по всему миру рассматривают внедрение LTE в качестве следующего шага развития своего бизнеса: согласно информации Global Mobile Suppliers Association (GSA), 113 операторов в 46 странах официально заявили о желании внедрять LTE. Российские операторы «большой тройки» также проявляют активность в области LTE (см. статью «Рост трафика данных как стимул перехода к LTE»). Правда, звучавшие год назад прогнозы, что к концу 2010 года в мире будет реализовано около 20 коммерческих проектов LTE, пока не оправдываются. В ноябре было известно только о LTE-сетях TeliaSonera (введена в эксплуатацию в декабре 2009 года в Осло и Стокгольме), MetroPCS (сентябрь 2010 года, Лас-Вегас, США) и о совместном проекте Tele2 и Telenor (ноябрь 2010 года, Швеция).

Хотя продвижение LTE несколько выбивается из «графика», Владимир Шапоров, руководитель направления «Бизнес-решения» департамента стратегического маркетинга компании Nokia Siemens Networks, подчеркивает, что комплексные решения для построения сетей LTE оказались среди самых востребованных в прошедшем году. По его мнению, в 2011 году наиболее интенсивно будут развиваться технологии самоорганизующихся сетей (Self Organized Network, SON). Это обусловлено тем, что по мере внедрения и расширения сетей LTE вопросы эксплуатации и оптимизации самих сетей LTE и многосистемных сетей GSM/UMTS/LTE будут выходить на первый план, а технологии SON позволяют решать их на качественно более высоком уровне.

Многие эксперты обращают внимание на недостаток предложений на рынке терминального оборудования LTE: абонентам упомянутых выше сетей предлагаются в основном модемы, и только клиентам MetroPCS доступен смартфон с поддержкой LTE. Однако, как уверен Дмитрий Хлыбов, заместитель директора департамента продаж беспроводных решений связи компании Huawei в России, Украине и Белоруссии, уже в ближайшем будущем на рынке появится широкий спектр терминалов данного стандарта, в том числе GSM/UMTS- и CDMA-терминалы со встроенными наборами микросхем LTE для работы в сетях нескольких стандартов одновременно.

По прогнозу ABI Research, к 2015 году число базовых станций LTE составит 600 тыс. При этом ясно, что переход к LTE не произойдет «в одночасье». Компании, построившие сети 3G (UMTS), продолжат их развитие, а возможность поддержки технологии LTE, предусмотренная в поставляемых сейчас базовых станциях UMTS, позволит осуществлять эволюционный переход к более скоростным решениям по мере появления спроса на них.

Уже упомянутое исследование Cisco VNI показывает, что, находясь в помещении (дома или в офисе), абоненты используют мобильный Интернет более интенсивно, чем при движении. Например, в США примерно 40% времени пользования мобильным Интернетом приходится на те часы, когда абонент находится дома, а еще 20% — когда он на работе. Схожие данные зафиксированы и для других стран. Поскольку квартиры и офисы, как правило, имеют скоростные проводные подключения к Интернету, логично перевести часть трафика в эти соединения, разгрузив сети сотовой связи. Для этого необходимо оборудование, обслуживающее мобильные устройства внутри помещения и связывающие их с сетью оператора по скоростным проводным каналам. Основных вариантов два: точки доступа Wi-Fi или фемтосоты.

Включение фемтосот в число «горячих» технологий обусловлено прежде всего значительным упрощением процедуры их развертывания. В феврале 2010 года Государственная комиссия по радиочастотам (ГКРЧ) приняла решение, разрешающее использовать фемтосоты в сетях UMTS (частоты 1900 и 2100 МГц) без оформления отдельных решений ГКРЧ для каждого конкретного юридического или физического лица. До этого фемтосота приравнивалась к обычной базовой станции, а потому ее развертывание было сопряжено с продолжительными и дорогостоящими процедурами выделения частот, получения разрешения на их использование, проверки электромагнитной совместимости и т. п., что ставило барьер на пути внедрения фемтосот. Сейчас этот барьер частично устранен. Правда, следует учесть, что ГКРЧ ограничила величиной 25 мВт максимальную мощность фемтосот, развертываемых в двух районах: в зоне радиусом 110 км от Серпухова и в зоне радиусом 300 км от Комсомольска-на-Амуре — на остальной территории России максимальная мощность составляет 100 мВт.

Зачем нужны еще и фемтосоты, если сегодня почти все домашние интернет-шлюзы оснащаются точкой доступа Wi-Fi, а все больше мобильных устройств поддерживают эту радиотехнологию? Изначально фемтосоты предназначались для того, чтобы улучшить качество приема сигнала сетей сотовой связи внутри помещений и устранить «дыры» в покрытии: это их базовая задача. Но применение этих решений позволяет также расширить набор предлагаемых услуг. Технологии сотовой связи позволяют определить, где (в какой соте) находится в данный момент абонент, следовательно, ему можно предложить сервисы, учитывающие его местоположение. Например, развернув фемтосоты, оператор сотовой связи может сформировать выгодные тарифы для абонентов, находящихся дома или в офисе, а родители будут автоматически получать уведомления о том, что их ребенок пришел из школы домой (когда его сотовый телефон попадет в зону обслуживания домашней фемтосоты). Весь мобильный трафик, генерируемый при нахождении абонентов дома, пойдет через проводную сеть доступа, что разгрузит макросоты, а следовательно, позволит оператору сократить затраты на покупку нового оборудования радиосети, его развертывание и обслуживание.

У фемтосот есть еще ряд преимуществ над точками доступа Wi-Fi. Например, динамическое управление мощностью сигнала существенно экономит заряд аккумуляторов (устройства Wi-Fi всегда «шпарят по полной»), а централизованное управление из сети оператора автоматизирует процедуры конфигурирования и обслуживания. Но и у Wi-Fi есть свои достоинства: в частности, максимальная скорость устройств 802.11n (600 Мбит/с) выше скорости UMTS HSPA+ (56 Мбит/с). Поэтому, скорее всего, будущее за интегрированными шлюзами, совмещающими функции Wi-Fi и фемтосот. Кроме того, появление на рынке фемтосот LTE по сути неизбежно.

По данным на октябрь 2010 года, всего в мире в коммерческую эксплуатацию введено 17 проектов с фемтосотами, а еще 60 находятся в стадии опытной эксплуатации. По прогнозу Informa Telecoms & Media, к 2014 году число инсталлированных фемтосот приблизится к 50 млн, а работать через них будут около 114 млн пользователей. Российские операторы занимаются регистрацией ряда объектов с установленными фемтосотами (по состоянию на ноябрь 2010 года).

Рынок проводного ШПД, как считает Константин Самосенко, директор департамента по продажам оборудования доступа Huawei в России, Украине и Белоруссии, стоит на пороге тотального перехода от меди к оптике, так как только оптика позволяет поддерживать высокие скорости для реализации современных услуг (видео по требованию, HDTV, зарождающееся 3DTV). Он полагает, что «последняя миля» станет полностью пассивной, и в качестве основы для построения сети доступа будет использоваться технология GPON (впоследствии 10GPON). По его мнению, преимущества этой технологии заключаются в экономии волокон, отсутствии промежуточных активных узлов (как следствие, низкое энергопотребление в пересчете на абонента) и высокой плотности оборудования (на площади 600×600 мм можно разместить «спина к спине» два статива, обслуживающих примерно 32 тыс. абонентов). Сдерживающим фактором развития сетей PON является высокая стоимость абонентского модема ONT (по сравнению с модемами ADSL2+), а также небольшой выбор таких модемов на российском рынке. К тому же, как указывает Константин Самосенко, до сих пор не решены окончательно проблемы совместимости концентраторов OLT и модемов различных производителей. Тем не менее в Huawei уверены, что именно GPON, а значит архитектура FTTH, постепенно заменит такую популярную технологию, как ADSL2+.

По данным Михаила Воробьева, директора департамента «Решения для операторов связи» компании «ZyXEL Россия», в 2010 году медные каналы связи оставались доминирующим средством для подключения конечных пользователей к сети оператора на уровне доступа. Он отметил, что ряд операторов перешли с технологии ADSL2+ на более скоростную VDSL2 (скорость до 60 Мбит/с), которая, по оценке ZyXEL, имеет очень хорошие перспективы на российском рынке операторов связи и интернет-провайдеров.

При этом Михаил Воробьев согласен, что свою стратегическую задачу многие операторы видят в построении пассивных оптических сетей доступа GPON/GEPON. «Операторы прекрасно понимают, что домашний пользователь не станет прокладывать два или три волокна в свою квартиру, и тот, кто первым заведет оптическое волокно в дом или квартиру абонента, будет обслуживать его в последующие десятилетия», — говорит он. По его мнению, распространению оптических сетей до конечного абонента по-прежнему препятствуют большие финансовые затраты, связанные не столько со стоимостью самого волокна, сколько с решением организационных и технологических вопросов его прокладки. Зачастую имеющиеся коммуникации, например кабельные шахты в домах, не имеют свободного пространства для прокладки дополнительных кабелей.

Важным событием 2010 года в области проводных систем ШПД стало принятие организацией ITU стандарта на технологию 10GPON. Это уже второй стандартизированный вариант 10-гигабитной пассивной оптической сети (PON); первый (10GEPON) был принят институтом IEEE в сентябре 2009 года. Кроме этих двух технологий к решениям PON следующего поколения относят различные фирменные варианты систем, где используется принцип спектрального разделения канала (WDM PON). Именно использование технологий WDM может, среди прочего, способствовать дальнейшему повышению скорости сетей PON — вплоть до 40 Гбит/с. Впрочем, есть и другие варианты, например применение алгоритмов CDMA или OFDMA.

Хотя сегодня большинство операторов ориентируются на развитие сетей с помощью более скоростных технологий Ethernet (архитектура FTTB), интерес к решениям NG-PON тоже растет (см. Рисунок 2). Объем статьи не позволяет подробно проанализировать плюсы и минусы всех вариантов, отметим лишь, что PON отличается высокой энергоэффективностью. Для работы сети GPON на 1 Мбит/с требуется около 0,01 Вт электроэнергии, тогда как для сетей Ethernet — минимум в три раза больше. При эксплуатации крупных проектов это приводит к существенному сокращению расходов на электроэнергию, к тому же меньше средств требуется на приобретение самого энергетического оборудования, систем кондициониро-вание и т. п. — Александр Барсков

Магистральный транспорт. Оптика и пакеты

Рост объемов трафика и стремление операторов расширить набор услуг (и способов доступа) на базе единой транспортной сети оказывают существенное влияние на выбор технологий для ее построения и модернизации. Большинство экспертов отмечают увеличение спроса на решения со спектральным уплотнением каналов (xWDM).

По словам Михаила Ленко, директора по продажам оптических сетей в Северо-Восточном регионе компании Nokia Siemens Networks, в 2010 году требования к оборудованию магистрального транспорта DWDM на сетях мобильных и фиксированных операторов связи основывались на таких факторах, как падение тарифов на пропуск трафика и снижение доходности магистральных операторов связи.

«В результате возникла ситуация, когда инвестиции в сети росли быстрее, чем доходы операторов, что негативно отражалось на показателях прибыльности. Поэтому на рынке были востребованы максимально оптимизированные по цене системы WDM с возможностью легкого наращивания линейной скорости каналов от 10 Гбит/с до 40 Гбит/с в процессе эксплуатации без перерыва связи», — говорит он.

Представители ведущих производителей фиксируют и рост интереса к оборудованию DWDM с канальной скоростью 100 Гбит/с. Как сообщил Сергей Фишкин, генеральный директор московского офиса Ciena, его компания, поставив в 2010 году оборудование для десятков новых 40-гигабитных спектральных каналов в России и на Украине, предлагала в проектах и решения 100G. Он считает, что российские операторы уже «созрели» для такой пропускной способности. Кирилл Касавченко, менеджер по продажам продуктов и решений для сетей передачи данных Huawei, ожидает в 2011 году продолжения модернизации крупных сетей до уровня поддержки 40G и 100G. «Очевидно, решения 40G зачастую будут служить предварительным этапом для перехода на более дорогие решения 100G», — прогнозирует он. А по мнению Михаила Ленко, в 2011 году «некоторые российские операторы проведут опытную эксплуатацию сетей DWDM с каналами 100 Гбит/с».

Кроме того, Кирилл Касавченко отмечает, что эволюционное расширение каналов связи не является единственной мерой, предпринимаемой операторами в стремлении соответствовать растущему аппетиту пользователей. Понимая необходимость архитектурной модернизации мультисервисных сетей, операторы все чаще рассматривают варианты использования высокопроизводительного унифицированного оборудования на уровне агрегации, сервисной границы и ядра. В качестве примера такого оборудования он приводит универсальные маршрутизаторы с различными линейными картами, функциональность которых оптимизирована для решения задач на разных уровнях сети — они позволяют как организовать каналы 40G/100G, так и обеспечить контроль сервисов (функциональность BRAS).

В транспортных сетях конвергенция оптических и пакетных технологий неизбежна. Такая конвергенция предусматривает несколько сценариев реализации. Один из них, IP поверх WDM, предполагает оснащение IP-маршрутизаторов интерфейсами WDM и использование между маршрутизаторами оптических линий связи со спектральным мультиплексированием каналов. В этом случае каждый узел обладает «интеллектом» третьего уровня (L3), который задействуется при пересылке трафика. На первый взгляд, это самый естественный вариант построения транспортной сети в современной ситуации, когда все переводится на IP. Однако оснащение каждого сетевого узла высокопроизводительным маршрутизатором со скоростными интерфейсами WDM требует слишком больших капитальных затрат (CAPEX). Как считает большинство экспертов, для многих операторов неприемлемо высокими окажутся и эксплуатационные расходы (OPEX) на обслуживание такой сети. При этом большая часть узлов транспортной сети вполне может обойтись без «интеллекта» L3, и зачем в таком случае за него платить?

Другой вариант связан с решениями Packet Optical Transport Network (P-OTN). Ключевыми характеристиками узлов P-OTN являются функции перенастраиваемого оптического мультиплексора ввода-вывода (ROADM), поддержка технологий OTN и Automatic Switched Optical Network (ASON). Мультиплексоры ROADM, применяемые как в городских сетях, так и в сетях дальней связи, позволяют извлекать из потока, добавлять в него и мультиплексировать индивидуальные спектральные каналы без регенерации передаваемого по ним сигнала. Это не только уменьшает число сетевых элементов (меньше капитальные затраты, ниже задержка трафика и пр.), но и упрощает переход на более высокие скорости передачи: системы DWDM, изначально рассчитанные на передачу каналов 10 Гбит/с, легко переводятся на технологии 40 Гбит/с и 100 Гбит/с.

Архитектура OTN, известная также как оптическая транспортная иерархия (OTH), определяет оптические интерфейсы, пропускная способность которых превышает скорости классической синхронной цифровой иерархии (SDH). Это, в частности, интерфейсы 40 и 100 Гбит/с. Формат транспортных блоков OTN позволяет эффективно переносить трафик TDM и Ethernet. Например, оптический транспортный блок уровня 4 (OTU-4) оптимизирован для передачи потоков 100G Ethernet. В отличие от SDH, OTN не нуждается в синхронизации от центрального источника, но позволяет переносить синхросигналы, в том числе для SDH и синхронного Ethernet. Механизмы автоматизации коммутации в оптических сетях (ASON) базируются на наборе протоколов Generalized MPLS (GMPLS). Если эти механизмы дополнить настраиваемыми лазерами и коммутаторами ROADM, то можно будет минимизировать необходимость посещения инженерами мест установки оборудования — принцип Zero Touch Photonics.

Узел P-OTN объединяет функционал реализуемых ранее раздельно сетевых элементов, включая системы DWDM, ROADM, SDH, OTN, Ethernet (см. Рисунок 3), что повышает эффективность транспортных сетей, сокращая стоимость передачи единицы информации. В узлах P-OTN возможности ROADM по коммутации оптических потоков без преобразования сигналов в электрический формат (архитектура O-O-O) дополняются возможностями электрических коммутаторов SDH/OTN/Ethernet (архитектура O-E-O). Тем самым значительно расширяется функциональность сетевых узлов и повышается гибкость инфраструктуры.

Рисунок 3. Структура узла P-OTN.

Как считает Михаил Ленко, посредством промежуточного уровня коммутации OTN операторы смогут более эффективно использовать емкость маршрутизаторов, освободив их от обработки так называемого транзитного трафика, что позволит снизить общую стоимость решения за счет уменьшения количества задействованных дорогостоящих портов опорных маршрутизаторов. Более того, Сергей Фишкин называет коммутацию OTN коммутацией «следующего поколения» и настаивает на том, что эта технология, наряду с механизмами самомаршрутизации и самовосстановления оптических транспортных сетей, поможет существенно оптимизировать расходы на расширение и обслуживание таких сетей.

При этом следует иметь в виду следующий факт: чем ниже уровень (модели OSI) обработки трафика, тем выше степень надежности сети: отказоустойчивость низкоуровневого транспорта (читай P-OTN) составляет «пять девяток» (99,999%), тогда как надежность сети, все узлы которой представляют собой маршрутизаторы, обычно не превышает 99,9%. — Александр Барсков