Беспроводной гигабит на магистрали

Анализируя имеющиеся на рынке предложения, Станислав Рыбалко, руководитель направления беспроводных технологий компании «КомпТек», обратил особое внимание на решения для E-диапазона (E-band). К этому диапазону относятся частотные полосы 71–76 ГГц и 81–86 ГГц, для работы в которых в России не требуется получать частотные лицензии — достаточно простой регистрации оборудования.

ПРОГНОЗ ПОГОДЫ ДЛЯ E-ДИАПАЗОНА

Безлицензионный статус — главное, но далеко не единственное преимущество указанного частотного диапазона. Как отметил Борис Майзель из компании Siklu, в этом диапазоне можно задействовать широкую полосу («хоть все 5 ГГц от 71 до 76 ГГц»), что позволяет получить очень высокую скорость передачи. При этом гигабитные скорости достигаются даже при работе в полосе 500 МГц. А узкая направленность антенн радиорелейных станций (РРС), работающих в E-диапазоне, гарантирует низкий уровень помех для других радиосистем.

Основным ограничением на использование таких РРС является влияние погодных условий. По мнению Алексея Якимова, руководителя группы беспроводного оборудования «NEC Нева Коммуникационные Системы», главный их враг — сильный дождь с крупными каплями: «Волна Е-диапазона имеет длину примерно 4 мм и может быть рассеяна частицами аналогичного размера, например большими дождевыми каплями. Поэтому влияние на работу соответствующих РРС оказывают только ливневые дожди с крупными каплями. Объекты меньшего размера, например небольшие капли дождя, песчинки, пылинки, водная взвесь (туман) и т. п., слишком малы, чтобы вызвать рассеивание волны».

Длина пролета РРС E-диапазона зависит от региона развертывания и требуемого коэффициента готовности канала связи. Например, в условиях Нью-Йорка на пролете протяженностью в 3 км можно добиться готовности 99,99% (простой не более 50 мин в год). Для средней полосы России специалисты компании «NEC Нева Коммуникационные Системы» рекомендуют такую же дальность — 3 км. При этом у компании есть инсталляция, где гигабитный поток пробрасывается на расстояние 7 км. Тестирование проводилось и для более протяженных пролетов — до 13 км. В обоих названных случаях решалась задача по передаче высокоскоростного потока трафика через Волгу. В более сухом климате протяженность канала может достигать 16 км при коэффициенте готовности более 99,9%. Для E-диапазона NEC предлагает РРС ePasolink с пропускной способностью до 1200 Мбит/с: полноскоростной поток Gigabit Ethernet плюс канал на 200 Мбит/с.

Любопытный опыт использования РРС, работающих в диапазоне 71–76 ГГц, представил на конференции Генрих Бахман, руководитель направления «Беспроводные сети» компании «ЭР-Телеком». Рассмотрев различные технические варианты организации высокоскоростных беспроводных каналов связи (WiFi, WiMAX, FSO, РРС E-диапазона), специалисты этого оператора, обслуживающего более 4,7 млн абонентов в 42 городах России, остановились на последней из указанных технологий. Решающими факторами стали упрощенная регистрация (не надо платить за частоты) и требуемая (гигабитная) пропускная способность. Первый пролет на оборудовании Siklu был введен в коммерческую эксплуатацию в декабре 2011 года, а на сегодня уже установлено 30 пролетов и заказано оборудование еще для 80 пролетов.

«ЭР-Телеком» использует РРС Е-диапазона производства компании Siklu для различных целей: организации «последней мили» и разнообразных выносов, подключения точек доступа WiFi, резервирования проводной городской сети, организации временных каналов. Дальность подключений варьируется от 150 м до 3,2 км. При этом оператор выработал следующее правило: для расстояний до 1,5 км используются РРЛ с однофутовой антенной, с 1,5 до 3,2 км — с двухфутовой.

Одной из причин выбора продукции Siklu специалист «ЭР-Телекома» назвал очень привлекательную цену. Siklu была основана в 2008 году с амбициозной целью создать недорогую беспроводную систему связи, решающую проблемы с пропускной способностью. Компанией были разработаны собственные микросхема, где реализованы все необходимые функции радиопередачи, а также широкополосный модем и антенна. Как отметил Борис Майзель, «обычная антенна для рассматриваемого диапазона стоит 600–700 долларов, нам удалось уложиться в несколько десятков долларов». Единственный компонент, который Siklu закупает у сторонних поставщиков, — это сетевой процессор, выполняющий функции коммутации на втором уровне (L2) (путем обновления ПО он может быть наделен функциями L3). В России оборудование Siklu обслуживает уже более 1000 пролетов, что составляет свыше 30% всех продаж компании.

По данным, которые привел Станислав Рыбалко, стоимость пролета (комплект РРС Siklu) составляет от 4700 долларов, что в несколько раз дешевле по сравнению с конкурирующими технологиями. Правда, за указанную сумму заказчик получает решение на 700 Мбит/с, однако, как показывает опыт, для большинства задач этой скорости достаточно. Те же, кому все-таки нужен гигабитный канал, могут приобрести модель EtherHaul1200, которая стоит несколько дороже. Следует также заметить, что это решение работает в режиме временного дуплекса (TDD). Специалисты Siklu считают его оптимальным для несимметричного трафика — система позволяет делить пропускную способность между каналами вверх и вниз в разных пропорциях (например, 50/50, 25/75, 10/90).

К преимуществам режима TDD они относят более низкую стоимость решения (по сравнению с системами, реализующими частотный дуплекс — FDD) и более экономное расходование частотного ресурса, а также большую надежность решения благодаря меньшему числу компонентов. Вследствие высокой степени интеграции компонентов, разработка Siklu имеет малую массу (внешний блок с однофутовой антенной весит менее 3 кг) и низкое энергопотребление (менее 25 Вт) — последнее обстоятельство позволяет подавать питание дистанционно по технологии PoE+. Однако даже представители Siklu признают, что для передачи симметричного трафика лучше подходит режим FDD, и уже анонсировали модель 1200F, которая выйдет в конце этого года.

Свою новинку для Е-диапазона — РРС WTM 3300 — представила на конференции компания Aviat Networks (по состоянию на сентябрь 2012 года данный продукт был доступен только для тестирования). Это решение использует частотную полосу 250 МГц и работает в режиме FDD. В зависимости от типа модуляции оно обеспечивает пропускную способность от 350 Мбит/с (QPSK) до 950 Мбит/с (64-QAM). Если необходимо гарантировать доступность связи на уровне 99,99%, производитель рекомендует не превышать дальность 2,2 км (при коэффициенте усиления антенны 38 дБ) или 2,9 км (43 дБ) — эти данные приведены для модуляции QPSK и скорости 360 Мбит/с.

Согласно данным аналитического агентства Infonetics, в 2011 году на рынке РРС E-диапазона (70–90 ГГц) компания Siklu c долей 20% занимала второе место, лидерство же принадлежало компании BridgeWave (49%). За названными двумя компаниями следуют E-Band (11%), Proxim (7%) и LightPointe (5%). Более подробный анализ решений Е-диапазона, представленных на российском рынке, вы можете прочитать в статье Юрия Писарева, опубликованной в мартовском номере «Журнала сетевых решений/LAN» за текущий год.

ВНИЗ ПО ЛЕСТНИЦЕ ЧАСТОТ

Основные сценарии применения высокоскоростных РРС — организация распределительной сети (backhaul) в инфраструктуре мобильной связи и использование в качестве альтернативы оптических кабелей там, где оптику прокладывать экономически нецелесообразно или вообще невозможно — например, когда между зданиями проходит железная дорога или протекает речка.

Имеющиеся на рынке РРС Е-диапазона отлично подходят для подключения классических (макро) базовых станций сотовой связи. Однако наличие в составе этих РРС одно- или двухфутовых антенн (диаметр 30 или 60 см) представляет серьезное препятствие для подключения набирающих популярность малых сот (микро, пико, нано), которые должны хорошо вписываться в городской ландшафт, а в идеале — сливаться с элементами такого ландшафта. Для беспроводного подключения базовых станций таких сот требуются более компактные решения. Для создания соответствующих решений производителям пришлось «спуститься вниз» — на частоты 60 ГГц.

Рисунок 1. Решение компании Siklu для подключения малых сот работает в диапазоне 60 ГГц, потребляет менее 15 Вт и обеспечивает гигабитную пропускную способность при типичной дальности подключения 200–300 м. Заявленная стоимость — менее 2000 долларов.

В большинстве стран, включая Россию, разрешено безлицензионное использование диапазона 60 ГГц — в декабре 2011 года ГКРЧ принял соответствующее решение в отношении диапазона 58,25–63,25 ГГц. Особенностью указанного диапазона является наличие максимума затухания на молекулах кислорода и водяных паров, что приводит к ограничению реальной дальности передачи величиной в 1 км.Однако при подключении малых сот типичное расстояние составляет несколько сот метров.

Решение для подключения малых сот уже разработано Siklu (см. Рисунок 1), но его коммерческий релиз намечен только на вторую половину следующего года. По словам Бориса Майзеля, эта интегрированная система работает в диапазоне 60 ГГц, потребляет менее 15 Вт и обеспечивает гигабитную пропускную способность при типичной для малых сот дальности подключения 200–300 м.Заявленная стоимость — менее 2000 долларов. Данное решение уже испытывается оператором Vodafone в Лондоне, причем с целью «вписать» РРС в городской пейзаж Siklu пришлось перекрасить продукт в типичный для лондонских зданий краснокоричневый кирпичный цвет.

Рисунок 2. Одна из недавних новинок NEC — РРС iPasolink SX — рассчитана на диапазон 60 ГГц. При работе в полосе 50 МГц скорость передачи данных составляет до 320 Мбит/с.

Одна из недавних новинок NEC — РРС iPasolink SX — тоже рассчитана на диапазон 60 ГГц (см. Рисунок 2). Как и другие производители подобных систем, компания позиционирует ее как решение для организации коротких пролетов (до 600 м), при этом в полосе 50 МГц скорость составляет до 320 Мбит/с. Интегрированное исполнение со встроенной антенной обеспечивает компактность (размер 230×230×110 мм) и малый вес (менее 3 кг). Электропотребление не превышает 40 Вт, что позволяет подавать питание дистанционно по технологии PoE+. Как отмечают представители «NEC Нева Коммуникационные Системы», при использовании данного решения с внешней антенной «дальнобойность» увеличивается до 2–3 км.

Рисунок 3. Канадская компания DragonWave для подключения малых сот предлагает РРС Avenue Link.

Канадский производитель РРС компания DragonWave для подключения малых сот разработала решение Avenue Link. Под «капотом» этого продукта (см. Рисунок 3) — пакетная РРС Horizon Compact+, дополненная компактной (диаметр 15 см) антенной. Данное решение работает не только на частотах 60 ГГц, но и в более привычных для радиорелеек диапазонах 24–42 ГГц. Как утверждает Андрей Виноградов, директор по продажам DragonWave в России и СНГ, при дальности в несколько сот метров Avenue Link обеспечивает гигабитную пропускную способность.

Диапазон 60 ГГц интересен еще и тем, что в нем будут функционировать системы стандарта IEEE 802.11ad (WiGig).

Оборудование должно появиться в следующем году. Обещаны скорости до 7 Гбит/с, однако дальность будет совсем небольшая — WiGig позиционируется для передачи видео высокой четкости в пределах комнаты. Ясно, что это вовсе не магистральное решение, рассмотрение которых мы продолжим, опустившись на еще более низкие частоты.

КЛАССИКА ЖАНРА

Традиционные РРС функционируют в диапазонах от 4 до 42 ГГц. Характеризуя прогресс в развитии этих решений, Станислав Рыбалко отметил, что передовые модели обеспечивают скорости вплоть до 1400 Мбит/с (в полосе 56 МГц). Кроме того, все основные производители таких систем наряду с гибридными (TDM + Ethernet) предлагают и полностью пакетные решения All-IP. Типовой для этого класса оборудования стала и поддержка технологии синхронного Ethernet (стандарт IEEE 1588).

Возможные варианты работы РРС показаны на Рисунке 4. В полностью пакетном режиме сигналы TDM преобразуются в кадры Ethernet посредством технологии Pseudowire, и в результате весь трафик передается с помощью сервисов Ethernet. Первые три показанных на Рисунке 4 варианта типичны для решений большинства производителей. Системы NEC iPasolink, помимо этих режимов, поддерживают четвертый вариант, который представляет комбинацию гибридного и пакетного режимов.

Рисунок 4. Различные режимы работы РРС.

По мнению специалистов компании «NEC Нева Коммуникационные Системы», на современном этапе транспортная сеть должна быть именно гибридной, то есть уметь одинаково хорошо справляться и с трафиком TDM (потоки Е1 никуда не делись), и с трафиком Ethernet. Решение iPasolink компании NEC интересно еще и тем, что может использоваться для организации не только радиорелейных, но и проводных (медных и оптических) каналов.

Эта конструктивная особенность решения подчеркивает одно из важных применений РРС — в качестве временного канала для оперативного решения задачи по организации связи. Впоследствии заказчик может проложить оптику и перейти на нее, не меняя внутренний блок iPasolink.

Рисунок 5. При использовании технологии сжатия РРС Horizon Compact+, работающая в диапазонах от 6 до 38 ГГц (а также 60 ГГц), способна обеспечить передачу до 1 Гбит/с в полосе 28 МГц.

Для повышения пропускной способности РРС производители задействуют механизмы сжатия. Например, компания DragonWave применяет технологию Bandwidth Accelerator, позволяющую увеличить пропускную способность в 1,3–2,5 раза (в зависимости от типа трафика). При этом, как утверждают представители DragonWave, максимальная задержка не превышает 60 мкс. При использовании этой технологии сжатия уже упомянутая РРС Horizon Compact+, работающая в диапазонах от 6 до 38 ГГц (а также 60 ГГц), способна обеспечить передачу до 1 Гбит/с в полосе 28 МГц (при вдвое более широкой полосе скорость удваивается). Эта РРЛ представляет собой компактное решение: радиочасть и модем интегрированы в один внешний блок (см. Рисунок 5).

В арсенале канадского производителя есть и еще более скоростная РРЛ — Horizon Quantum. Используя на каждой стороне пролета по два внутренних (IDU) и два внешних (радио) блока, она позволяет получить пропускную способность до 4 Гбит/с в полосе 56 МГц (фактически при этом происходит объединение четырех каналов). Это решение также работает в полосах от 6 до 38 ГГц.

Юг Наварина из компании Aviat Networks, поставившей в «ВымпелКом» около 14 тыс. пролетов радиорелейных линий, считает, что для задач, стоящих перед российскими операторами «большой тройки», РРС с пропускной способностью 300 Мбит/с вполне достаточно. Классические РРС этой компании, работающие в диапазонах от 6 до 42 ГГц, способны обеспечить пропускную способность 500 Мбит/с на один канал и до 1 Гбит/с при объединении двух каналов.

Подводя итог, можно сказать, что беспроводные гигабитные соединения сегодня стали вполне доступны, причем развертывание решений небольшой дальности даже не требует временных и денежных затрат на получение частот (Е-диапазон). Значит, как операторы связи, так и корпоративные заказчики получили эффективный и удобный инструмент для оперативного решения своих сетевых задач.

Александр Барсков — ведущий редактор «Журнала сетевых решений/LAN». С ним можно связаться по адресу: ab@lanmag.ru.