|
|
  |
Главная страница / Архитектура отрасли Беспроводная передача данных - FSOПомните: чем выше спрос, тем ниже цена, которую нужно платить за свободу. Станислав Ежи Лец «Оптика свободного места» – заголовок статьи и одновременно вариант перевода фразы Free Space Optics (FSO) – термина, обозначающего технологию беспроводной оптической передачи данных и отражающего ее особенности. Для беспроводной оптики, несмотря на растущую конкуренцию и появление все новых решений с существенно улучшенными экономическими показателями и порогами вступления, действительно, остается свободное место, ниша, в пределах которой эта технология не имеет и вряд ли будет иметь конкурентов. В таких условиях – и именно вследствие широкого распространения других беспроводных технологий – беспроводная оптика может оказаться весьма востребованной. Впрочем, к чему эти авансы? Счет успешных инсталляций во всем мире идет уже на десятки тысяч беспроводных оптических линий, а Ближний Восток, Юго-Восточная Азия и Китай стали крупнейшими полигонами для систем беспроводной оптической передачи данных. Более того, FSO находит – притом все более широкое – применение в Северной Америке, Европе, России и во множестве других регионов. В далеком 2001 г. аналитики компании Merrill Lynch &Co предсказывали, что оборот рынка беспроводных оптических линий, стартовав с отметки 100 млн долл., зафиксированной в 2000 г., достигнет 2 млрд долл. Кризис в телекоммуникациях внес свои коррективы: через год, в марте 2002 прогнозы пришлось пересмотреть – теперь рынку пришлось расти с 71 млн долл., зафиксированных в 2001 г., к 2005 г. обещан оборот всего 215 млн долл., т. е. почти в десять раз меньше первоначальных планов! Сегодня компания LightPonte, один из признанных лидеров индустрии, ежегодно удваивает обороты и оценивает размеры глобального рынка FSO в 400 млн долл. в 2005 г. и 1,3 млрд – в 2007 г. Цифры, что и говорить, не маленькие – как, впрочем, и темпы роста. Согласно исследованиям других аналитиков, самое широкое применение FSO нашли в корпоративном секторе, который приносит отрасли около 65% доходов. Второй по популярности – операторский сектор, а замыкает список рынок решений удаленного доступа с символическим одним процентом. Итак, что же такое беспроводные оптические линии, в чем их преимущества и недостатки и каковы, как говорится, перспективы? Скажи мне, кто твой друг... Как следует из определения, FSO используют для передачи данных открытое пространство – оптически прозрачную среду, будь то атмосфера, космос или даже, как мы убедимся к концу статьи, – обыкновенная морская вода. Данные переносятся лучами света. Частота колебаний фотонов, переносящих свет, гораздо выше радиочастотного диапазона, отсюда и большая скорость передачи данных – до 10 Гбит/с в некоторых моделях. Дальность для одномодового оптоволокна при использовании общераспространенного оборудования может достигать 10 километры. Длина рекордных линий может составлять несколько десятков километров, но для обеспечения устойчивой, а главное, предсказуемой работы дальность приходится искусственно ограничивать – в одних моделях единицами километров, в других – сотнями, иногда – десятками метров, оставляя существенный запас по мощности на случай непредвиденных обстоятельств: песчаных бурь, ветровых нагрузок и туманов. Наиболее распространенными сегодня являются атмосферные линии передачи данных со скоростями от 10 Мбит/с до 1–2,5 Гбит/с и дальностями от 100 м до 4 км. В отличие от беспроводных радиосетей, допускающих соединения «точка – многоточка» и позволяющих подключить к одной базовой станции несколько десятков, сотен, а иногда и тысяч абонентов, атмосферные оптические линии реализуют двухточечные соединения: данные передаются между двумя оптическими терминалами, в каждом из которых имеются раздельные приемник и передатчик, как правило, с разнесенными оптическими трактами – во избежание возможных помех и переотражений. Необходимое условие для работы – прямая видимость. Данные передаются направленными встречными пучками модулированного света. Источником света служат светодиоды (и тогда для формирования луча используются оптические системы) или лазеры (в этом случае приходится, наоборот, бороться с малыми размерами и параллельностью лучей источника или применять системы динамического наведения). «В отличие от оптоволокна, использующего для реализации полного дуплекса два волокна (по одному для каждого из направлений передачи), данные в FSO могут передаваться одновременно в двух направлениях – в этом, кстати, их принципиальное отличие от беспроводных радиосетей, которые задействуют обычно одну общую радиочастоту и конкурентный доступ к среде. В результате реальная скорость передачи данных оказывается вдвое меньше канальной, а если абонентов несколько, то результирующая скорость еще и делится между ними. Механизмы поглощения света в прозрачной атмосфере во многом аналогичны происходящим в оптоволокне. В атмосфере свет распространяется практически в тех же окнах прозрачности, что и в стекле – 850, 1310 и 1550 нм, что позволяет использовать весьма распространенную элементную базу, применяемую в оптоволоконной оптике (производимую во все нарастающем количестве) и заимствовать большую часть уже разработанных технологий (на создание новых потребовались бы немалые средства – лазеры, фото- и светодиоды, микролинзы, оптические усилители, спектральные маски, голографическая оптика, аттенюаторы и методы спектрального уплотнения каналов) – похожая ситуация, к слову, не так давно наблюдалась в городских Radio-Ethernet-сетях. Общая элементная база и принципы обработки сигнала определяют общий диапазон скоростей – верхний предел определяется скорее платежеспособностью. Более того, в атмосферных оптических линиях используется та же модуляция, что и в оптоволокне: по этой причине FSO «всеядны» по отношению к протоколам перето передавать, будь то потоки E1, Fast, Gigabit Ethernet или ATM. Наглядным подтверждением данного тезиса являются пассивные оптические терминалы, не содержащие активных элементов. На вход такого терминала поступает оптический сигнал из специализированного световода (рассчитанного, вероятно, на большие мощности сигнала). Принятый на другом терминале сигнал усиливается оптической системой и уже по обычному оптоволокну поступает на вход конвертера. Отсутствие активных элементов позволяет кардинально решить проблемы электропитания (для борьбы с выпадением росы, видимо, применяются специальные покрытия), минимизировать стоимость выносного блока (по существу, содержащего только оптическую часть, большая часть ноу-хау сосредоточена в модулях специализированных трансмиттеров, размещаемых в помещениях) и, как следствие, ущерб от вандализма, обеспечив повышенную защиту данных. В качестве наглядного примера можно привести пассивные беспроводные оптические системы TereScope 1 компании MRV. Пара таких устройств вместе со специализированными конвертерами способна передавать данные со скоростью 100 Мбит/с на расстояния до 200–500 м – без проводов и проволочек. В общем случае атмосферные беспроводные оптические системы уже содержат активное оборудование, зачастую весьма и весьма непростое. Сложное внутреннее устройство, прецизионные оптика и механика, относительно малые объемы производства определяют цену. В зависимости от скорости, дальности и надежности передачи данных она может колебаться от нескольких тысяч до десятков тысяч долларов. Между тем простая калькуляция – два медиаконвертера общей ценой примерно 200–300 долл. и набор оптики, максимум 300 долл. за комплект, позволяет предположить, что стоимость атмосферной оптической линии уже сейчас может быть в пределах одной тысячи долларов. Столь впечатляющий разрыв обусловлен, увы, стоимостью входящих в решение ноу-хау, затратами на разработку и продвижение продукции и все еще относительно небольшими объемами производства. Тем не менее иногда эта цена экономически оправданна, особенно если включить в расчет стоимость альтернативных решений – прокладку оптоволоконного кабеля, подключение, абонентскую плату и т. д. Затраты на аренду канала или радиочастот могут составлять, при сопоставимой скорости передачи данных, несколько тысяч долларов в месяц – дальше каждый считает сам. В ряде случаев, например, при проведении разового мероприятия, требующего предоставления мобильной (высокоскоростной) связи, у FSO просто может не оказаться альтернатив... Тем более что весь «букет» дорогостоящих технологий запрятан в жесткий кожух, а управиться с настройкой линии можно за несколько часов даже при минимальной подготовке. Немаловажен и тот факт, что беспроводная оптическая линия может быть перенесена в другое место, скажем, при смене офиса. Оптоволокно за собой, увы, не потащишь. А радио просто может не обеспечить сопоставимой скорости передачи и, по крайней меурсоемкого выделения и лицензирования радиочастот. Преимущества Наряду с малым временем инсталляции принципиальным преимуществом атмосферных оптических линий является самодостаточность. Затраты на установку единовременны, лицензионные отчисления и разрешения на использование частот не требуются нигде в мире. Время службы устройств определяется в основном сроком службы лазера и может до-стигать 20 и более лет – MTBF всего устройства имеет сопоставимые величины. При желании можно обойтись даже без «выхода» на крышу или стену – оптический терминал можно разместить с внутренней стороны окна, не портя внешний вид здания и не привлекая внимания прохожих и заинтересованных наблюдателей. Использование для передачи нескольких лазеров и достаточно большого объектива по-зволяет даже мыть окна, не прерывая сеанса связи (видимо, все-таки соблюдая определенную осторожность и не «загораживая» лучи). Достаточно узкие лучи света дают возможность обойти ограничения, свойственные радиочастотным системам, и компактно разместить несколько приемопередающих терминалов, не озабочиваясь проблемами электромагнитной совместимости. Высокая защищенность (хотя, видимо, все-таки не полная) от перехвата – еще одна характеристика FSO. Некоторые источники сообщают об уровне защиты данных, превышающем реализуемые в оптоволоконных сетях. Что ж, легко представить: беспроводная оптическая линия связи, как говорится, на виду, а оптоволокно – в колодцах, и неизвестно, что еще происходит с данными у оператора – на любом из участков кабельной или сетевой инфраструктуры можно относительно простыми средствами организовать «съем» данных. Применение общей элементной базы с системами оптоволоконной оптики обусловливает: постепенное снижение стоимости конструкции и повышение надежности электроники без значительных инвестиций в разработку и конструкторские работы; постепенное упрощение процедур инсталляции оптических терминалов и использование динамических систем наведения для максимальной простоты установки и снижения требований к несущим конструкциям; высокую скорость передачи данных и автоматическое восстановление связи с улучшением погодных условий. Недостатки, по существу, сводятся к относительно высокой цене, все еще сдерживающей применение FSO на коротких линиях, и относительно низкой надежности связи на длинных линиях, где влияние погодных факторов особенно заметно, а вот цена становится приемлемой. Перечисленные характеристики довольно жестко определяют позиционирование FSO. В первую очередь это высокоскоростные мобильные магистрали и преодоление препятствий, которые трудно обойти обычными способами, – железнодорожные развязки, водные преграды, дороги и т. д. И, разумеется, корпоративный сектор, в котором довольно распространена ситуация с офисами, уже подключенными к Интернету, и становится актуальной организация высокоскоростной сети между филиалами, находящимися в прямой видимости. В этом случае проблемы достодят на второй план, критичный трафик всегда (или почти всегда) можно пустить по низкоскоростным каналам связи. Можно себе представить вариант использования FSO и в сетях 3G – в местах высокого скопления абонентов базовые станции придется размещать довольно часто, на относительно небольшом расстоянии друг от друга. Использование FSO в таком сценарии значительно сокращает сроки реализации проекта и первоначальные затраты на прокладку сети. В дальнейшем, по мере ее роста и востребованности FSO, системы могут перемещаться на периметр сети – если, конечно, возникнет угроза конкуренции со стороны оператора, предлагающего более качественные услуги. Передача данных предъявляет значительно более низкие требования к надежности канала, чем голос. Об этом свидетельствует, к примеру, массовая распространенность Интернета, надежность которого общеизвестна... Окончание статьи читайте в следующем номере ТОЧКА ЗРЕНИЯ Евгений ВИНОГРАДОВ, начальник отдела маркетинга, ООО НПК «КАТАРСИС» В данном обзоре достаточно подробно рассмотрены состояние и перспективы технологии FSO. Однако большинство примеров имеют отношение к системам, выпускаемым в единичных, опытных образцах. Дополнительно хотелось бы отметить некоторые технологические приемы, уже используемые в серийных системах FSO. Например, технологии Super Avalanche (суперлавина) и Hybrid Emission (гибридное излучение). Первая позволяет достигать чувствительности порядка долей нановатт в очень широком температурном диапазоне (-50 Е +500С), благодаря специально разработанной компоновке схемы АРУ-приемников. Вторая технология основана на одновременном использовании двух источников излучения в одной оптической системе – некогерентного светодиода с широким спектром излучения, большим углом расходимости и равномерным распределением энергии в апертуре и когерентного лазерного диода с существенно меньшей угловой расходимостью. Это позволяет достигать соотношения энергий в излучаемых лучистых потоках в диапазоне 20-40 дБ. При этом обеспечиваются: • одновременная трансляция излучений в разных окнах прозрачности; • полная устойчивость к воздействиям в условиях сильного ветра и естественных сезонных подвижек зданий; • устойчивость к сцинтилляциям в атмосфере благодаря широкой спектральной характеристике светодиодного источника; • возможность использования высокоплотного (за счет небольших размеров и малой угловой расходимости) излучения лазера именно в сложных погодных условиях (прежде всего в условиях тумана – в безветренную погоду и при наличии естественного рассеяния лазерного излучения). Главная страница / Архитектура отрасли |