Когда говорят «конец света», значит, хотят продать кукурузные хлопья,
а вот если говорят «без паники», тут уж дело серьезнее.
Стивен Кинг. «Буря столетия»
Говорят, что наиболее оптимистичные пессимисты верят в счастливый конец света. Применительно к телекому эта мысль имеет второе дно. Все учебные пособия по телекоммуникациям сходятся в одном: когда взамен медных линий стали применяться волоконно-оптические линии связи (ВОЛС) вкупе с лазерами, для отрасли наступило долгожданное и практически вечное счастье, по крайней мере в части обеспечения высокой пропускной способности для почти мгновенной (буквально со скоростью света) доставки множества информационных потоков. Так в отрасли началось время чудес. Да будет свет!
Однако сегодня пропускная способность оптических транспортных сетей стремительно приближается к своему пределу. Дальнейшее ее наращивание потребует организации новой инфраструктуры ВОЛС и – новых инвестиций. Об этом и предлагаем поговорить ниже.
Наперегонки к пределам
Меж тем природа регулярно напоминает нам, что ничего вечного в ней нет. И «пределы беспредельности» оптического транспорта также не за горами, хотя дату «конца света» в ВОЛС удавалось не единожды отодвигать.
Конечно, такую простую неприятность, как отключение электричества, связисты научились преодолевать в первую очередь. Следующая неприятность, а именно непрерывное сокращение безрегенерационного (без промежуточных оптических регенераторов) промежутка на магистральных ВОЛС по мере увеличения скорости передачи, грозила было серьезными проблемами всей отрасли. Спасение пришло в лице когерентных систем класса N x 100 Гбит/с. Системы плотного спектрального волнового уплотнения (DWDM) позволили справиться с этой убийственной для отраслевого бизнеса неприятностью, обеспечив безрегенерационную дальность порядка 5–6 тыс. км в наземных линиях связи и более 10 тыс. км – в подводных (в зависимости от применяемых схем модуляции и кодирования – QPSK, QAM и пр.).
Ныне на очереди – физические пределы пропускной способности оптического волокна вкупе с ростом в них задержек распространения сигнала. И это на фоне текущего и грядущего роста информационных потоков, вызванного развитием интернета вещей и сетей мобильной связи пятого поколения (5G). Стоит напомнить, что сети 5G должны будут иметь не только сверхвысокие скорости передачи информации (до 1 Гбит/с и выше), но и чрезвычайно малые задержки передачи сигнала (порядка 1 мс и менее). Наиболее сильное влияние на суммарное значение задержки оптического сигнала в системе передачи оказывает длина оптоволокна. С учетом того, что в современном мире практически не осталось транспортных и магистральных сетей, организованных не на базе ВОЛС, получение сверхмалых задержек, если речь идет о чем-либо протяженном за границы стран, регионов и даже городов, становится невозможным.
Прежде всего, повышение эффективности ВОЛС с помощью DWDM значительно увеличивает задержки непосредственно в элементах сети DWDM, где сигнал подвергается различным преобразованиям. Также в канальном слое DWDM большое внимание с необходимостью уделяется дисперсионным характеристикам оптической линии, заставляя прибегать к компенсаторам дисперсии, которые в своем нынешнем исполнении вносят дополнительную задержку. К счастью, использование когерентных систем класса N x 100 Гбит/с позволило от компенсаторов дисперсии отказаться. Это существенно улучшило качество оптического тракта и снизило потери в нем, что благотворно сказалось на предельных дистанциях передачи сигнала. Вместе с тем вопреки утвердившемуся мнению, скорость распространения оптического сигнала в оптоволокне существенно ниже скорости распространения электрических сигналов в медных линиях связи и радиосигналов в атмосфере*.
Собственно, поэтому МСЭ-T и разработал рекомендации по допустимым уровням задержки. В большинстве случаев она не должна превышать 150 мс в одну сторону, что вполне приемлемо, например, для VoIP. Задержки от 150 до 400 мс также могут быть приемлемыми, если принимать в расчет и экономические характеристики (в первую очередь стоимость разговора).
Таким образом, с точки зрения минимальных задержек современные ВОЛС не могут считаться чем-то особенным, что существенно повлияет на физическую и логическую топологии оптических транспортных сетей будущего. Уже сегодня динамика роста наземных и подводных кабельных сетей различается – в силу разницы в стоимости права прохода и строительства, а также вносимых задержек сигнала.
«Смерть волокна»?
Приход в отрасль связи таких глобальных «возмутителей спокойствия», как Google и Facebook, создал дополнительный стимул для развития инфраструктуры оптических систем передачи континентального и межконтинентального классов, обладающих предельной пропускной способностью «на вырост», с учетом очень высоких темпов роста интернет-трафика вообще и доли видеотрафика в нем в частности. Поэтому отраслевая литература пестрит победными реляциями о запуске новых линий, очередных рекордах пропускной способности, создании международных консорциумов для прокладки новых трансокеанских подводных кабельных систем и т.п.
Стремительная динамика ИКТ-отрасли заставила также говорить и о «смерти волокна», поскольку стало понятно, что недалек тот день, когда развитие связи на базе ВОЛС упрется в физические пределы пропускной способности оптических линий. А это означает, что на уже проложенных ВОЛС нельзя будет сделать ничего нового, кроме как уплотнить их по максимуму, и следует прокладывать новые кабели, что весьма недешево. Всяческие технологические улучшения сделали сегодня «обычной» возможность создавать системы связи, позволяющие передать поток 100 Гбит/с и даже 400 Гбит/с (4 х 100 Гбит/с) по одной оптической несущей («лямбде»). Однако далее дело застопорилось, поскольку эмпирический предел спектральной эффективности для подобных оптических систем составляет примерно 5 бит/с/Гц и он уже практически достигнут, вследствие чего одно оптическое волокно имеет предельную пропускную способность порядка 25–50 ТБод в зависимости от задействованных оптических диапазонов. Впрочем, практический предел символьной скорости передачи по одному оптическому волокну, определяемый физическими характеристиками используемого материала, сейчас равняется 12–25 ТБод в зависимости от типа модуляции и пр.
С появлением систем 100 Гбит/с с когерентным приемом была достигнута почти предельная эффективность использования независимых параметров светового излучения (фазы и поляризации), и усложнение модуляции неизбежно приведет к существенному падению дальности передачи**. То есть снова встает проблема безрегенерационной дальности. Впрочем, новых успехов в системах DWDM можно добиться уплотнением каналов, расширением спектрального диапазона (т.е. подбором других оптопрозрачных материалов), более изощренными методами модуляции и детектирования (называемыми пробабилистическими), а также применением «фотонных кристаллов», многосердцевидных волокон и пр. Нетрудно видеть, что большинство этих решений сопряжено с организацией новой инфраструктуры ВОЛС и соответственно с новыми инвестициями. Разве что помудрить еще со способами модуляции.
Таким образом, в скором времени во всей отрасли дальней связи начнутся серьезные перемены, обусловленные исчерпанием ресурса проложенных кабельных линий. Этот «ползучий» процесс исчерпания емкости наследованной оптической инфраструктуры вкупе с падением тарифов и маржинальности магистрального бизнеса в целом может в ближайшие годы создать новую интригу в развитии этого сегмента и запустить «качели» «спрос – предложение». Ожидаемый результат – интенсификация работ по уплотнению уже существующего оптического волокна и строительству новых оптических линков всех классов.
Так что, господа, без паники!
*Салифов И. Расчет и сравнение сред передачи современных магистральных сетей связи по критерию латентности (задержки). T-Comm № 4 2009 с. 42.
**Трещиков В., Наний О., Леонов А. особенности разработки DWDM-систем высокой емкости. T-Comm № 9 2014 с. 83.
Авторы публикации:
Александр ГОЛЫШКО, системный аналитик ГК «Техносерв»
Виталий ШУБ, заместитель генерального директора, бизнес-направление «Телеком», IPG Photonics Russia (НТО «ИРЭ-Полюс»)
Автор: TS_Telecom
