Рынок атмосферных линий — и оптических, и миллиметровых — вступает в период зрелости. Впереди, скорее всего, серьезные перемены: развитие сегмента стимулируют активный спрос на беспроводные распределительные сети со стороны операторов мобильной связи и угроза запрета на использование воздушных кабельных линий.

Ограничения на подвесные линии уже действуют в Казани. В ноябре возможность принятия аналогичных мер должны были рассматривать власти Москвы. Не исключено, что в результате нововведений российские операторы смогут использовать только кабельную канализацию и… беспроводные коммуникации. При этом они вовсе не будут одиноки: по оценкам ABI Research, в 2016 году около 58% базовых микростанций сотовых операторов будут подключены по беспроводным каналам.

В активе обеих технологий — отсутствие необходимости получения частотных разрешений (в России действует упрощенный, практически заявительный, порядок регистрации миллиметровых линий диапазона 75–86 ГГц, а для оптики частотные разрешения вообще не требуются), минимальные сроки инсталляции и высокие скорости передачи данных. Среди недостатков — ограниченная дальность, зависимость от атмосферных условий и относительно высокая цена.

Потенциальный выигрыш оператора, компании или даже частного лица от использования любой из этих технологий — быстрое развертывание сетей, экономия на платежах за аренду каналов (которые могут достигать 15–20% в структуре расходов и, с учетом перспективы тотальной кабельной канализации, вот-вот станут обязательными) и относительная мобильность связи. Последнее свойство позволяет использовать атмосферные линии даже для коммуникации с судами, находящимися на рейде.

Ширина диаграмм направленности миллиметровых мостов (ММВ) диапазона 75–86 ГГц, как правило, не превышает одного градуса. Дальность связи большинства моделей, представленных на рынке, составляет 2–3 км при коэффициенте доступности линии 99,995%. Использование антенн диаметром 90 см позволяет компании ?ДОК? говорить о трассах длиной 9 км с коэффициентом доступности 99,95%. (Более подробно возможности и характеристики миллиметровых линий связи описаны в статье автора ?Беспроводные миллиметровые линии? в декабрьском номере «Журнала сетевых решений/ LAN» за 2010 год.) Как утверждает Филипп Иванов, генеральный директор ?ДОК?, в условиях Москвы при дальности до 2 км ММВ-линии могут годами работать без перерывов в передаче данных.

До недавнего времени цены на гигабитные линии диапазона 75–86 ГГц, в зависимости от требуемой дальности и надежности связи, находились в диапазоне от 20 до 35 тыс. долларов. С появлением на российском рынке продукции израильской компании Siklu порог вступления снизился до 10–12 тыс. долларов. В перспективе, по мере развития технологий, увеличения объемов производства и роста конкуренции, тенденция сохранится.

Наибольшее влияние на надежность связи ММВ-линий оказывают дожди, но, как отмечает Филипп Иванов, в нашей стране сильные ливни редко продолжаются дольше 15 мин. Благодаря относительно большой длине волны ММВ-мосты, в сравнении с оптическими, менее чувствительны к загрязнениям антенн и ?объективов?. Еще одно отличие от оптики: несмотря на ?карандашные? диаграммы направленности, при расчете трасс миллиметрового диапазона необходимо учитывать не только условие прямой видимости, но и первую зону Френеля — препятствия вдоль линии визирования, оказавшиеся в этой зоне, могут отрицательно сказаться на качестве связи даже при сохранении прямой видимости.

Гигабитные атмосферные оптические линии сегодня производят по крайней мере три российские компании — ?Мостком? (Рязань), ?Оптические Телесистемы? (Санкт-Петербург) и ?Лазер АйТиСи? (Екатеринбург).

Несмотря на общий принцип действия и гигабитные скорости, модели имеют заметные отличия — и конструктивные, и маркетинговые, и функциональные (см. Таблицу 1).

Таблица 1. Гигабитные атмосферные оптические линии связи российского производства.

 

?Оптические Телесистемы? предлагают три модели гигабитных атмосферных линий с дальностью связи 500, 1500 и 2000 м и заявляют о рекордном бюджете потерь (запасе по мощности), достигнутом благодаря использованию помехозащищенного кодирования и приемников на лавинных фотодиодах, обеспечивающих ?чувствительность на пределе возможного?. Кроме того, потенциальным клиентам прямо на сайте предлагается программа рассрочки сроком на год, при участии в которой ежемесячные платежи сопоставимы с затратами на аренду гигабитных линий и не превышают 13 тыс. рублей для любых линий и схем оплаты. С практическим опытом применения линий ?Оптических телесистем? можно ознакомиться, например, на сайте nag.ru.

Гигабитная модель компании ?Мостком? рассчитана на расстояния до 400 м. В середине 2011 года ?Мостком? подготовила проект, направленный на развитие атмосферных оптических линий связи нового поколения (не имеющих мировых аналогов), и получила статус Участника инновационного центра ?Сколково?.

Оборудование компании ?Лазер АйТиСи? использует пассивные оптические антенны (активная часть устанавливается внутри здания и подключается к выносному модулю по оптическому волокну длиной до 30 м). Благодаря переходу в более длинноволновый диапазон 1500–1550 нм стало возможным применение распространенных эрбиевых волоконных усилителей, обеспечивающих усиление передаваемого сигнала. Излучение этого диапазона не достигает сетчатки, полностью поглощаясь роговицей и хрусталиком, поэтому мощность передатчика может достигать нескольких ватт.

Спектральное уплотнение каналов позволило упростить конструкцию оптического тракта и обойтись одним объективом. Кроме того, прием и передача ведутся на разных длинах волн, они не мешают друг другу, переотражаясь от тумана, дождя и снега. Благодаря использованию упрощенной оптической схемы облегчается настройка, повышаются стабильность и надежность, снижаются время на установку канала и себестоимость устройства. Среди других преимуществ компания называет полную защиту от атмосферного электричества и вандалоустойчивость: выносной оптический модуль заметно дешевле всего устройства.

Принципиальных ограничений у оптических линий всего два.

Во-первых, очень узкие диаграммы направленности шириной несколько мрад (1 мрад соответствует диаметру пятна засветки 1 м на расстоянии 1 км) заставляют с особой тщательностью подходить к выбору места установки антенн. Так, по результатам исследований, проведенных в Сиэтле, выяснилось, что вследствие тепловых расширений и ветровой нагрузки оси более 20% зданий могут отклоняться более чем на 4 мрад в течение одного дня. Для решения этой проблемы в АОЛС используются схемы автоматической компенсации, устанавливаемые в приемопередающих оптических модулях. О планах реализации таких схем заявляет и ?Лазер АйТиСи?, причем необходимая для работы микрозеркал энергия будет поступать от солнечной батареи, встроенной непосредственно в оптический блок.

Более принципиальным ограничением для оптических линий является затухание на взвешенных аэрозолях и тумане, которое в отдельных случаях может достигать 300 дБ/км и иногда ограничивает дальность оптических линий несколькими сотнями метров.

Благодаря тому, что туман и дождь очень редко встречаются вместе в одно и то же время, на длинных линиях может оказаться экономически целесообразным использование гибридных каналов, объединяющих миллиметровые и оптические мосты. В оптимальных условиях такое решение позволяет вдвое увеличить пропускную способность канала, а в неоптимальных —обеспечить бесперебойную передачу данных практически без потери скорости основного канала. Как следствие, механизмы переключения на резервный радиоканал реализованы почти во всех упомянутых устройствах.

Увы, если задача состоит в сохранении гигабитной скорости, то реализация этих механизмов практически вдвое увеличивает стоимость законченного решения. При этом само оборудование представляет собой два раздельных блока —оптический и радиорелейный, что усложняет монтаж и обслуживание всей системы. Между тем в пределах одного-двух километров надежность ММВ-линий уже сегодня достаточна для большинства приложений. Как следствие, гибридные линии пока не получили широкого распространения.

Производители АОЛС стремятся максимально повысить доступность и параметры оптического канала и снизить себестоимость устройств. Как заявляет Евгений Шароварин, ИТ-продюсер ?Лазер АйТиСи?, на текущий момент компания предлагает уже три гигабитных системы: на 400, 1000 и 1500 м с коэффициентом доступности 99,99% и без снижения скорости связи при ухудшении атмосферных условий. Сокращение расстояния вдвое позволяет говорить уже о ?пяти девятках?. Стоимость 400-метровых систем, которая сегодня составляет около 6000 долларов, в двухлетней перспективе, с учетом роста объемов производства, может снизиться вдвое.

 

Радио плюс оптика: операторская надежность

Туман, гарь лесных пожаров и другие взвешенные аэрозоли — главные факторы, оказывающие негативное воздействие на работу оптических линий. При превышении определенных параметров их влияние становится критическим. По статистике, продолжительность метеоявлений такого масштаба в России может достигать от 0,1 до 1% времени в течение календарного года, из-за чего операторская доступность атмосферной линии не может составлять «5 девяток» на дистанциях выше 300–400 м.

Для компенсации воздействия факторов окружающей среды в системах «ЛАНтастИКа3Speed» реализованы три механизма: лавинные фотодиоды для увеличения бюджета потерь, уникальная функция адаптивного (в зависимости от текущей атмосферной обстановки) автоматического выбора скоростного режима 10/100/1000 Мбит/с и возможность очень быстрого переключения (около 1 с) на резервный радиоканал, работающий в низкоскоростном режиме.

Когда клиенту нужна 100-процентная доступность, «Оптические ТелеСистемы» предлагают резервирование с помощью недорогого WiFi-радиооборудования 2,4 / 5 ГГц, которое будет мгновенно включаться в условиях тумана. 99% времени в году такая система обеспечивает транспорт данных на гигабитной скорости, время работы резервного радиоканала в течение года не превысит 0,1–1% времени. Все остальное время система находится в радиомолчании. Такой симбиоз позволяет получить операторскую доступность беспроводного канала с одновременным дублированием связи и существенно повышает ее надежность.

Эти же соображения справедливы и для радиолиний миллиметрового диапазона, для которых критическим фактором являются сильные дожди и ливни. Как нам видится, беспроводной гигабитный канал на основе атмосферных линий вне помещений в настоящей и ближайшей перспективе будет реализовываться именно как гибридный.

Сергей Никулин — генеральный директор компании «Оптические ТелеСистемы».

 

Запас по себестоимости миллиметровых линий, думается, существенно выше. Микросхемы для диапазона 60 ГГц и внутриквартирных линий связи уже скоро могут стать массовым продуктом. Практически те же технологические процессы можно использовать и при производстве микросхем для городских линий диапазона 60 ГГц. Тем не менее ?ДОК? даже не планирует осваивать эти частоты, считая диапазон 75–6 ГГц более перспективным для российского рынка, а механизмы формирования цен на чипсеты и технологии их производства для столь близких диапазонов —достаточно общими.

При массовых внедрениях себестоимость станет решающим фактором, который и определит победителя: оптику или миллиметры. Тем временем ведущие зарубежные производители АОЛС —например, fSONA —уже включили в свои линейки оборудование ММВ-диапазона.

Георгий Башилов — научный редактор «Журнала сетевых решений/LAN».