Przełamywanie wąskiego gardła w metrze

W tak zwanym kręgosłupie systemu telekomunikacyjnego, grubych rurach, które przesyłają dane przez kontynenty, gra nosi nazwę surowej prędkości ( zobaczyć Budowanie lepszego kręgosłupa , ). Jednak dane pędzące przez szkielet telekomunikacyjny nie mogą spełnić swojej misji, dopóki nie zostaną przeniesione przez pętlę miejską, złożoną sieć kabli i przełączników, która dostarcza te bity do firm, fabryk, szkół i domów. To tam strumień informacji zawęża się do względnego strumyka, ponieważ pętla metra jest tak samo splątana jak ruch w centrum miasta. Jeśli rewolucja szerokopasmowa ma kiedykolwiek się urzeczywistnić, trzeba przełamać wąskie gardło w metropolii.

Ale to trudne zadanie. Aktualizacje w pętli metra nadchodzą znacznie wolniej niż postępy w sieci szkieletowej. Przyczyny są różne, od większych ograniczeń kosztowych, przez biurokrację miejską, po obecność niejednolitej infrastruktury telekomunikacyjnej sięgającej lat 70. i 80. XX wieku. Ale badania i rozwój ukierunkowane konkretnie na pętlę metra powoli wypychają różne rozwiązania z laboratorium i pod ulice. A jeśli naprawdę chcemy szerokopasmowego łącza, te poprawki lepiej się sprawdzają.

Ta historia była częścią naszego wydania z czerwca 2001 r.

• Zobacz resztę numeru
• Subskrybuj

Słaby link

Aby zrozumieć skalę wąskiego gardła, rozważ miejsce sieci metra w ekologii telekomunikacyjnej. W sieci szkieletowej prędkości transmisji są mierzone w bilionach bitów na sekundę. Po stronie użytkownika szybkie sieci działają z prędkością miliardów bitów na sekundę (gigabitów). Ale systemy metra, które łączą te dwie szybkie sieci, pracują z prędkością zaledwie milionów bitów na sekundę (megabitów). To wąskie gardło, ubolewa Steve Schilling, prezes ds. sieci dostępowych w Nortel Networks. A to ograniczenie pętli metra jest problemem nie tylko dla firm, które zarządzają sieciami. Zwykli ludzie odbierają to jako sygnały zajętości linii miejskiej i zablokowane przeglądarki internetowe.

Jeśli szukasz tutaj winowajcy, nie szukaj w palcach firm telefonicznych, które obsługują pętlę metra. Rozważnie planowali (przynajmniej tak sądzili) stały rozwój komunikacji głosowej, która w tamtych czasach była ich chlebem powszednim. Potem oni, wraz ze wszystkimi innymi, zostali oślepieni eksplozją Sieci. Dwa do trzech lat temu zaczęliśmy mieć problemy z przepustowością na obszarach miejskich, mówi Stuart Elby, który kieruje rozwojem sieci połączonych z Internetem w Verizon, firmie telefonicznej obsługującej Nowy Jork i Nową Anglię. Prędkości 2,5 gigabita na sekundę, wystarczające do obsługi dużego ruchu generowanego przez sieć, są powszechne tylko w sercach dużych miast, takich jak Nowy Jork czy Boston, gdzie Verizon prowadzi kabel światłowodowy z 48 żyłami. Bardziej typowe prędkości pętli metra wahają się od 1,5 do około 600 megabitów na sekundę.

I nie widać przerwy w oblężonych operacjach metra. W miarę zwiększania przepustowości łącza pojawia się coraz więcej aplikacji – mówi Claude Romans, analityk z firmy badawczej RHK z South San Francisco. Jeśli na przykład telewizja cyfrowa kiedykolwiek wystartuje, może pochłonąć ogromne fragmenty przepustowości; transmisja pojedynczego kanału wideo w wysokiej rozdzielczości o studyjnej jakości zajmuje 1,5 gigabita na sekundę (chociaż konsumenci zobaczą tylko skompresowaną wersję z prędkością 20 megabitów na sekundę). Tego rodzaju napływ danych rzuci pętlę metra na kolana bez znaczących ulepszeń technologicznych.

Obecne i przyszłe spowolnienie transmisji wpływa na oba główne elementy struktury hub-and-spoke pętli metra. Część dostępowa sieci — szprychy — promy wysyłają sygnały do ​​dzielnic mieszkalnych i poszczególnych budynków biurowych. Te linie dostępowe łączą się z pierścieniem odbiorczym, który przesyła sygnały do ​​obszaru metropolitalnego, łącząc centra usługowe firm telefonicznych i inne główne ośrodki ruchu, takie jak dostawcy usług internetowych i duże uniwersytety.

Postęp technologiczny pomaga w rozwikłaniu zarówno pierścienia zbiórki, jak i linii dostępu. Światłowody, które już dominują w pierścieniu zbierającym, zastępują coraz więcej miedzi resztkowej w liniach dostępowych, torując polne ścieżki gładkim, nowoczesnym asfaltem. A nowe technologie transmisji optycznej wpychają więcej danych do już istniejących sieci.

Pakowanie bitów i długości fal

Najcięższe podnoszenie w systemie metra jest zwykle wykonywane przez pierścień zbiorczy, który biegnie przez cały region, zapewniając dostęp lokalny. Aby przebić się przez wąskie gardło przepustowości, inżynierowie mają do wyboru dwie podstawowe opcje: mogą zwiększyć szybkość transmisji pojedynczej wiązki światła przechodzącej przez światłowód lub zwielokrotnić pojemność, używając kilku długości fal jako nośników informacji. W drugiej alternatywie, znanej jako multipleksowanie z podziałem długości fali, każde światłowód przenosi wiele wiązek światła o różnych kolorach — z innym sygnałem cyfrowym zakodowanym w każdej wiązce. Im więcej długości fal możesz spakować, tym więcej informacji możesz przenieść. (Te kolory są w rzeczywistości różnymi odcieniami podczerwieni i są niewidoczne dla oka.)

Oba podejścia są obecnie testowane przez firmy obsługujące pętlę metra. Różne problemy techniczne utrudniają zwiększenie szybkości transmisji. Jednak zachęcając do ostatnich osiągnięć, dwóch liderów sieci optycznych — Ciena i Nortel Networks — zademonstrowało transmisję na jednej długości fali na poziomie 40 gigabitów na sekundę na długościach światłowodów typowych dla sieci metra. To duży skok w porównaniu z szybkością 2,5 gigabita na sekundę, przy której działają dzisiejsze najszybsze sieci metra. Jednak przeniesienie tego wyczynu badawczego z laboratorium i pod ulice będzie wymagało postępu w elektronice, która manipuluje sygnałami, ponieważ standardowe chipy nie działają jeszcze tak szybko.

Zagrzebywanie się

Wycieczka po pierścieniu zbiórki metra pokazuje, że jest wypchany błonnikiem; miedź została prawie wygnana. Jednak w liniach dostępowych na obrzeżach sieci — łączach łączących pierścień z domami i firmami — światłowód nadal współistnieje ze swoim staromodnym odpowiednikiem. Światłowód wchodzi coraz głębiej w sieć dostępową każdego dnia, ale przed nami długa droga, mówi Brian McFadden, prezes sieci fotonicznych w Nortel Networks.

To zrozumiałe. Chociaż światłowód jest tańszy w eksploatacji i bardziej stabilny niż miedź, firmy o ugruntowanej pozycji nie mogą sobie pozwolić na jednoczesne wyrwanie wszystkich zainstalowanych kabli. Ilość infrastruktury jest ogromna; nawet zmiana kilku procent rocznie jest ogromną inwestycją, mówi Elby z Verizon. Właśnie dlatego konsorcjum producentów sprzętu telekomunikacyjnego i dostawców usług dąży do opracowania ewolucyjnych ścieżek, aby jeszcze bardziej zbliżyć światłowody do domów i biur korzystających z sieci.

Kluczowa technologia w tej ewolucji, zwana pasywną siecią optyczną, rozszerza zasięg światłowodów na obrzeża. Aby ta technika działała, przynajmniej część usług światłowodowych musi już istnieć; ale pasywne światłowody dostarczają światłowody do części sieci obsługiwanych teraz tylko przez miedź.

Oto jak działa pasywna optyka. Nadajnik w centralnym obiekcie generuje sygnał optyczny z jedną z dwóch standardowych szybkości transmisji danych systemu telefonicznego – 155 lub 622 megabitów na sekundę. Sygnał ten jest kompozytem, ​​który zawiera informacje dla aż 32 użytkowników. Pasywny sprzęgacz optyczny, który nie wymaga zasilania elektrycznego, dzieli ten sygnał między włókna, które łączą się bezpośrednio z użytkownikami końcowymi lub innymi punktami rozgałęzienia. Sprzęt na końcu każdego z tych włókien sortuje sygnały, przekazując tylko te, które są przeznaczone dla lokalnego użytkownika. Centralny nadajnik może niemal natychmiastowo przydzielać pasmo klientom.

Dla firmy telekomunikacyjnej pasywna sieć optyczna oferuje atrakcyjny sposób na zwiększenie zasięgu światłowodu przy minimalnym wysiłku. Konstrukcja pasywna obniża koszty sprzętu, eksploatacji i instalacji. Co więcej, czuły sprzęt potrzebny do nadawania, odbierania i przekierowywania sygnałów optycznych jest bezpiecznie przechowywany wewnątrz budynków na końcach systemu. A ponieważ pasywna sieć optyczna nie wymaga zasilania elektrycznego między punktami końcowymi, na ogół wymaga mniej konserwacji niż sieci oparte na aktywnych komponentach.

Technologia „ciemnego konia”, która niedawno dołączyła do sieci metra, zwana Gigabit Ethernet, jeszcze bardziej podnosi prędkość ante. Systemy te wykorzystują światłowody do przesyłania informacji w formacie Ethernet powszechnie używanym w biurowych sieciach komputerowych. Ich szybkości przesyłania danych wynoszące jeden gigabit na sekundę pozostawiają inne technologie linii dostępowych w kurzu. Gigabit to 1000 megabitów; Na przykład transmisja gigabitowa na sekundę usunęłaby całą zawartość płyty CD w mniej niż sekundę.

W Gigabit Ethernet pojedynczy potok światłowodowy trafia do centralnego punktu przełączania. Ten agregator Ethernet, jak się go nazywa, rozprowadza sygnały aż do 200 włókien. Każde włókno wyjściowe, podobnie jak włókno wejściowe, może przenosić do jednego gigabita na sekundę dla krótkich serii, ale całkowita prędkość wyjściowa nie może przekroczyć wejściowej. Skrzynka agregatora wielkości budki telefonicznej może obsłużyć ponad 200 domów w promieniu do 10 kilometrów. To daleko poza zasięgiem cyfrowych linii abonenckich lub usługi firmy telefonicznej DSL, która zapewnia połączenia szerokopasmowe za pomocą kabla miedzianego.

Gigabit Ethernet może działać jako tani produkt końcowy dla firm telefonicznych w celu zapewnienia dostępu szerokopasmowego. Właśnie dlatego konsorcjum non-profit z siedzibą w Ottawie w Ontario, składające się z firm i uniwersytetów o nazwie Canarie, promuje technologię połączeń szerokopasmowych w szkołach, w których brakuje pieniędzy. W Stanach Zjednoczonych Veradale, firma World Wide Packets z siedzibą w Waszyngtonie, opracowała własną wersję technologii dla telekomunikacji na obszarach wiejskich. Testuje w terenie system w Ephrata w stanie Waszyngton dla okręgu użyteczności publicznej Grant County.

Dieta bogata w błonnik

Samo wplecenie większej ilości włókien do sieci metra nie rozwiąże wszystkich problemów pojawiających się na obszarach miejskich. Dzisiejsze systemy opierają się na czasami niewygodnej kombinacji technologii elektronicznej i optycznej. Małe lasery wprowadzają do światłowodów wiązki światła przenoszące dane. Z drugiej strony światło pada na fotoczujnik, który zamienia błyski włączania i wyłączania na sygnał elektryczny, który przełączniki elektroniczne kierują do właściwego miejsca przeznaczenia. Takie elektroniczne przełączanie działa dobrze przy niewielkich prędkościach 2,5 gigabita na sekundę, które są obecnie powszechnie używane w metrze.

Ale zacznij podkręcać szybkość transmisji danych, a obwody elektroniczne mają trudności z nadążaniem za potencjałem sieci optycznych. Rozwiązanie: całkowicie optyczne przełączniki, które przekierowują sygnały świetlne bez przekształcania ich w elektrony. Im wyższa przepływność, tym większa przewaga optyczna. Rzeczywiście, kiedy dochodzisz do 40 gigabitów na sekundę, nie ma alternatywy dla całkowicie optycznego przełączania, mówi Lawrence Gasman, prezes Communications Industry Researchers.

Dotarcie do całkowicie optycznego systemu metra nie będzie jednak proste, ponieważ będzie wymagało budowy nowych sieci. W przypadku firm telekomunikacyjnych o ugruntowanej pozycji obciążenie może nie być miażdżące, ponieważ większość istniejących podziemnych kabli miejskich jest przeciągana przez zakopane kanały, a firmy telefoniczne często mogą wyciągać stare kable i wciągać nowe — tak jak miało to miejsce przy wymianie kabli miedzianych na światłowodowe w Lata 80. Z drugiej strony nowe firmy muszą budować zupełnie nowe sieci. Jedna z takich firm, Metromedia Fibre Network, planuje do 2004 roku rozszerzyć działalność poza nowojorską bazę i zainstalować prawie sześć milionów kilometrów światłowodów w 67 miastach Ameryki Północnej i Europy.

Jednak niezależnie od tego, czy budują zupełnie nowe sieci, czy też próbują zmodyfikować istniejące systemy w celu zwiększenia ich wydajności, budowniczowie i operatorzy pętli metra, które łączą najbardziej skoncentrowane populacje domów, wykonują kluczowe zadanie. Szkielet i sieci korporacyjne otaczające pętlę metra stają się z roku na rok coraz szybsze. Jeśli wąskie gardło metra nie zostanie zlikwidowane, łącza szerokopasmowe pozostaną niewiele więcej niż sprytnym pomysłem, który kiedyś mieli niektórzy technicy.

ukryć