Сорокагигабитные оптические сети: зачем, как и когда ?
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:
- 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.
- 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.
- 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.
Добавить комментарий