Радиотехника и электроника

Появление «Конкорда» в конце 60-х годов XX века ознаменовало начало новой эры в индустрии воздушных перевозок. Сверхзву­ковой самолет был настолько быстрее и мощнее предшественников, что он. без сом­нения, должен был стать технологией буду­щего. Но надежды его создателей не оправ­дались — он не смог стать коммерчески жизнеспособным, хотя реактивные самоле­ты меньших размеров достаточно успешно продаются и сейчас. В области авиаперево­зок сегодня господствуют широкофюзеляж­ные «воздушные автобусы».

В телекомму­никационной промышленности сейчас остро стоит вопрос: станут ли 40-гигабитные сис­темы передачи новым «воздушным автобу­сом» или новым «Конкордом»? Основные преимущества технологии пере­дачи информации со скоростью 40 Гбит/с, по словам ее сторонников, заключаются в том, что 40-гигабитные системы занимают на 50% меньше пространства, чем эквива­лентные 10-гигабитные системы, требуют на 20% — 40% меньшие энергии и обладают более простым управлением (так как ис­пользуют на 75% меньше длин волн).

И все эти преимущества должны привести к мень­шей стоимости системы, иначе операторы связи вообще не станут иметь с ними дело. В основе этих общих преимуществ 40-гига-битных систем лежат конкретные техноло­гии. Например, оказывается, что IP-маршру­тизаторы работают гораздо эффективнее при прохождении через них высокоскорост­ных суммарных информационных потоков, чем нескольких демультиплекисированных сигналов с меньшими скоростями передачи. И производители маршрутизаторов уже продемонстрировали системы с 40-гигабитными интерфейсами.

Переход на скорость передачи 40 Гбит/с да­ет возможность развития новых рынков, например, рынка транспондеров для приме­нения в тестовом оборудовании или в под­водных системах. Но, несмотря на то, что сетевое оборудование нового поколения, без сомнения, сможет удовлетворить требо­ваниям операторов связи по совместимос­ти, сколько таких высокоскоростных интер­фейсов на самом деле будет установлено в течение нескольких следующих лет? Важнейшим фактором, влияющим на пот­ребность в 40-гигабитных системах связи, служит рост трафика. Если количество пере­даваемой информации будет продолжать расти такими же темпами, как сейчас, или чуть медленнее, не придется ждать много лет. прежде чем возникнет острая потреб­ность в новых, более производительных сис­темах. И тогда операторы не захотят запол­нять все свои стойки 10-гигабитными кана­лами.

В такой ситуации неизбежное повыше­ние спроса на системы со скоростью переда­чи 40 Гбит/с ожидается в 2009 или 2010 году. С другой стороны, если рост трафика так или иначе ослабнет, операторы смогут неко­торое время обходиться скоростью 10 Гбит/с. и это отрицательно скажется на потребнос­ти в новых системах. По прогнозам Strategies Unlimited, компании, занимающей­ся маркетинговыми исследованиями, к кон­цу 2009 года уменьшится рост числа новых линий дальней связи, но суммарное количе­ство новых сетей связи все еще бу­дет расти с достаточно большой ско­ростью (см. рис. 1).

Можно найти и более смелые предположения, но даже по этому прогнозу ожидается огромный рост потребности в пропу­скной способности сетей связи в2008 — 2010 годах. Увеличение пот­ребности в полосе предвещает боль­шой спрос на 40-гигабитные систе­мы. На рис. 2 показан прогноз компании Strategies Unlimited относительно про­даж 2,5-, 10- и 40-гибатных трансиверов для систем дальней связи, основан­ный на ожиданиях роста трафика.

Се­годня продается еще достаточно много 2,5-гигабитных устройств, хотя все современ­ные системы способны работать при скорос­тях 10 Гбит/с. Учитывая, что продажи 10-ги-габитных передатчиков идут полным ходом, количество 40-гигабитных систем тоже нач­нет расти, и этот рост будет только ускорять­ся на протяжении нескольких следующих лет. Следует еще раз подчеркнуть, что все будет зависеть от темпов роста трафика. Не последним фактором, влияющим на строительство 40-гигабитных систем, станет простота введения их в эксплуатацию — а в данной технологии тоже существует ряд своих трудностей. Переход на более высо­кие скорости передачи информации, оче­видно, сопряжен с преодолением некоторых технологических трудностей:

1. При одинаковой оптической мощности на высоких скоростях передачи на каждый бит будет приходиться меньше фотонов, что снизит отношение сигнал/шум. А это значит, что длинная 40-гигабитная линия окажется более дорогой, чем эквивалент­ная Ю-гигабитная.
2. Переход со скорости 10 Гбит/с на скорость 40 Гбит/с приведет к увеличению хромати­ческой и поляризационной модовой диспер­сии соответственно в 16 и в 4 раза, и это притом, что 40-гигабитная полоса пропуска­ния пока не будет целиком востребована.
3. Существуют также некоторые связанные с этим переходом скрытые затраты, включа­ющие в себя подготовку новых специалис­тов, модернизацию операционных систем, разработку более дешевого тестового обо­рудования.

Другой камень преткновения — это электро­ника (фосфид индия или SrGe). которая все еще очень дорога, на пределе своих воз­можностей CMOS-технология (Complementary Metal-Oxiae Semiconductor, комплементарная структура металл-оксид-полупроводник) тоже может работать при скорости передачи 40 Гбит/с, но она не обя­зательно окажется дешевле, чем SiGe. из-за высокой стоимости литографических тех­нологий.

Кроме того, затраты на электрони­ку сильно зависят от цены тестового обору­дования, поэтому при высоких скоростях пе­редачи CMOS не дает особых преимуществ, и. наконец, несмотря на заверения произво­дителей, поддерживать работу 40-гигабитной системы вовсе не будет так просто.

Управле­ние высокоскоростной системы связи можно сравнить с управлением мощным спортив­ным автомобилем или даже «Конкордом», несмотря на все эти трудности и тот ц>акт. что еще несколько месяцев назад 40-гига­битные системы были запретной темой, они все равно получили широкую рекламу и час­то демонстрировались. Развивая технологии распределенных усилителей на основе вынужденного комбинационного (рамановского) рассеяния, прямой коррекции ошибок, методы компенсации дисперсии, используя более совершенные схемы модуляции, та­кие, как RZ с подавлением несущей (CSRZ), дуобинарную схему, а также другие схемы с фазовой модуляцией, производители созда­ют работающие 40-гигабитные системы. Они также доказали возможность передачи сигналов со скоростью 40 Гбит/с по станда­ртным одномодовым волокнам, хотя этот факт и был проверен на линиях, построен­ных после 1998 года.

Длинные и короткие.

Итак, какие сети прежде всего нужно пере­вести на скорость 40 Гбит/с? С одной сторо­ны, проще установить 40-гигабитные систе­мы на более коротких расстояниях — а боль­шинство линий от одного маршрутизатора до другого располагаются вблизи централь­ного офиса на расстоянии не более 2 км. С другой стороны, самыми высокоскоростны­ми линиями обычно являются линии даль­ней связи, агрегация данных 8 которых дос­таточно высока, что оправдывает увеличе­ние полосы пропускания, в том числе и с экономической точки зрения.

Однако рынок сетей дальней связи доста­точно медленно развивается, и производи­тели устремляют свои силы в третье русло — к муниципальным сетям. Здесь появится некоторая потребность в межмаршрутизаторных линиях, а также в расширении суще­ствующей инфраструктуры. При этом в му­ниципальных сетях осуществить переход на более высокую скорость проще.

Короткодействующие транспондеры найдут применение в центральных офисах и в более длинных линиях, потому что они используют­ся при подключении к транспортному обору­дованию и маршрутизаторам. Получается, что производители короткодействующих транспондеров в любом случае остаются в выигрыше, в то время как производителям стоек для дальней связи необходимы магист­ральные сети или линии дальней связи.

Часто утверждается, что для того, чтобы 40-гигабитные системы стали конкурентоспособ­ными по отношению к 10-гигабитным, цена одного 40-гигабитного канала должна стать меньше утроенной стоимости 10-гигабитного канала, но на самом деле это не обязатель­но, ведь сначала стоимость 10-гигабитного канала более чем в 4 и даже в 1 о раз превы­шала цену 2.5-гигабитного канала. Кроме то­го, это зависит от степени использования ка­нала 40 Гбит/с. Если сеть расширяется, из­бавляя оператора от прокладывания новых волокон, то переход на 40 Гбит/с вполне оп­равдан.

Рассмотрим короткодействующий транспондер, цена которого сейчас составляет около 30 ООО долл. США притом, что продажи его весьма малы. Покупателям для поддержа­ния конкурентоспособности требуется цена в районе 8-10 тыс. долл. Следует отметить, что и эта цена намного превышает стои­мость 10-гигабитного короткодействующего транспондера. которая составляет 500 долл. при покупке партии устройств. Основываясь на вполне оправданных ожиданиях сниже­ния стоимости, можно сделать вывод, что рост продаж 40-гигабитных короткодейству­ющих транспондеров наступит приблизи­тельно к 2010 ГОДу.

Поскольку барьер в 40 Гбит/с для скоростей передачи уже установлен, каким будет сле­дующий? За последние 20 лет ввод новых высокоскоростных каналов в телекоммуни­кационную систему ежегодно увеличивался на 26%. Это эквивалентно удвоению скорос­ти передачи каждые 3 года или переходу с10 на 40 Гбит/с за 6 лет. Такой рост полосы пропускания привел некоторых людей к зак­лючению, что переход с 40 к 160 Гбит/с бу­дет происходить похожим образом. С другой стороны, принятие новой скорости передачи может следовать более классичес­кой S-кривой. По этому сценарию получает­ся, что каждый год скорость будет увеличи­ваться на 19%. а удваиваться каждые 4 года. Тогда окажется, что следующим логическим шагом будет 80 Гбит/с. так как при такой ско­рости еще можно применять привычную электронику и 10О-гигагерцовые фильтры.

Взрывной рост скорости передачи .

На проходивших  технических кон­ференциях (OFC/NFOEC-2005. SUPER-СОММ-2005) некоторые презентации были посвящены новейшим разработкам в облас­ти 160-гигабитных скоростей передачи. В июне 2004 года Oki Electric продемонстри­ровала в Японии 160-гигабитную линию протяженностью 640 км. использующую оп­тическое временное мультиплексирование (OTDM, см.)на длине 640 км. Уже встре­чались статьи, обсуждавшие возможность передачи информации со скоростью 640 Гбит/с в стандартных коммерческих ли­ниях.

Однако нельзя неограниченно увели­чивать полосу пропускания, так как всегда есть фактор стоимости, например, существуют физические ограни­чения оптической мощности, передаваемой по волокну, связанные с нелинейными иска­жениями оптических сигналов. Учитывая, что для передачи одного бита нужен по крайней мере один фотон, в какой-то мо­мент скорость достигнет своего теоретичес­кого предела — это где-то 6 Тбит/с. А умень­шение зоны схвата, соответствующее уве­личению скорости, ведет к тому, что эконо­мический предел наступит гораздо раньше.

Модель, построенная в 2003 году Берлинским техническим университетом, рассматривала три 160-гигабитные сети: 4×40 Гбит/с. 16×10 Гбит/с и один канал 160 Гбит/с. В плане сете­вого управления 160-гигабитный канал был. без сомнения, лучшим, но линия 16×10 Гбит/с вышла на первое место по уровню модуль­ности и суммарной стоимости компонентов. Поэтому, если мы дойдем до канальной ско­рости 160 Гбит/с, то это случится не скоро. Важно отметить, что лучшая система будет определяться желаниями оператора, а не тем. каких высот может достичь технология в увеличении скорости передачи.

Операторы не обязательно окажутся в выигрыше, если будут просто увеличивать пропускную спо­собность линий. Технология WDM. например, открывает много новых возможностей. Тех­нология оптического TDM, используемая для получения скорости 160 Гбит/с, на самом де­ле предлагает очень похожие решения — это просто другой вид оптического мультиплек­сирования, но если 160 или 40 Гбит/с не бу­дут обязательно выбраны в качестве каналь­ных скоростей передачи, эти рынки не станут расти, и вряд ли удастся снизить цены на со­ответствующее оборудование.

Сегодняшние настроения Возвращаясь к сегодняшнему дню. можно утверждать, что 40 Гбит/с уже не за горами. Производители медленно, но верно движут­ся к цели, и, возможно, спрос на 40-гигабитное оборудование начнет расти, компания Strategies Unlimited прогнозировала к 2004 году появление первых операторов, установивших системы, совместимые со скоростями 40 Гбит/с, и 40-гигабитные интерфейсы маршрутизаторов. Если все пойдет хорошо, то к 2008-2009 годам про­дажи существенно возрастут.

Если прогнозы не оправдаются, то 40 Гбит/с станет «Конкордом» телекоммуникационной промышленности. Вместо более быстрых победят небольшие модульные системы. В конце концов, зачем покупать быстрый са­молет, если невозможно заполнить все мес­та? Однако более вероятно, что 40 Гбит/с окажется последней — серийной- скоростью, а 80 и 160 Гбит/с станут «Конкордами». Рост трафика — очень важный фактор, за ко­торым нужно следить.

Пока  он увеличивается — хотя и со скоростью гораздо меньшей, чем 100% в год как полагают некоторые, — это большой плюс в пользу 40-гигабитньи систем. Но особенно важно, как к этому относятся операторы и насколько сложен для них пере­ход на новую скорость, конечно, операторы хотят, чтобы их новое оборудование было совместимо с 40 Гбит/с, и. если оно у них есть, то существует большая вероятность, что оборудование будет использоваться. С другой стороны, целые индустрии терпели неудачи, когда отталкивались от предположения, что быстрее — обязательно значит лучше.

Рекомендуем ресурс с интересными статьями по темам нейронные сети, экспертные системы для управления различными устройствами и процессами и др.

Метки: Волокно, Конкорд, Маршрутизатор, Оптическая мощность.