Światłowody do domu

Jest rok 2020 i Gernsbacks osiedlili się w swoim nowym domu. Tata ogląda piłkę nożną na płaskim ekranie w swoim kinie domowym, ale nie zadowala go standardowe transmisje. Niestandardowy kanał SuperView pozwala mu wybrać cztery bieżące lub natychmiastowe widoki z dowolnej z kilkunastu kamer wysokiej rozdzielczości rozmieszczonych wokół stadionu. Mama pracuje na górze i używa teleobecności do sterowania robotem sprzątającym toksyczne odpady w New Jersey. Ich nastoletni syn gra w trójwymiarowe szachy z przyjacielem w Paryżu; superkomputer w Nowym Jorku oblicza dane używane do wyświetlania elementów na ich cyfrowych wyświetlaczach holograficznych. Tymczasem jego siostra ćwiczy z chórem złożonym z ludzi mieszkających w kilkunastu miastach Ameryki Północnej i Południowej; komputer w Mexico City łączy ich głosy i przesyła muzykę z powrotem do ich komputerów w czasie rzeczywistym, jednocześnie tworząc szereg ich twarzy na jednym ekranie.

Niektóre z tych technologii można dziś znaleźć w dobrze wyposażonych laboratoriach, ale nie w domach. Dzisiejszej autostradzie informacyjnej brakuje przepustowości, aby dostarczyć wymagane sygnały, a gdy dociera do Twojego podwórka, zmienia się w błotnistą ścieżkę. Większość domów łączy się z siecią za pomocą modemów, które dostarczają maksymalnie 56 000 bitów na sekundę. Zaawansowani użytkownicy przechodzą na modemy kablowe i cyfrowe linie abonenckie (DSL), które mogą przenosić kilka megabitów na sekundę. To duży krok naprzód, ale nie wystarczy, by zadowolić rodzinę Gernsbacków: opisany powyżej scenariusz wymagałby 100 do 200 megabitów na sekundę.

Nazwałam naszą futurystyczną rodzinę imieniem Hugo Gernsbacka, technofila i pisarza, który w 1926 roku opublikował pierwszy amerykański magazyn science-fiction. Ale już za kilka miesięcy niektórzy mieszkańcy Palo Alto w Kalifornii poznają te moce, gdy ich domy są podłączone bezpośrednio do światłowodów. Palo Alto nie jest jedynym liderem w dziedzinie włókien. Jesienią ubiegłego roku firma BellSouth zaczęła podłączać światłowody do 400 domów w Dunwoody w stanie Georgia, zamożnych przedmieściach na północ od Atlanty. W przeciwieństwie do innych systemów światłowodowych do domu, które były wdrażane w przeszłości jako próby terenowe, Dunwoody jest instalacją stałą. Na północ od granicy, Futureway Communications, nowa kanadyjska firma telekomunikacyjna poszukująca niszy oferującej usługi wysokiej klasy, łączy światłowody do domów na pięciu przedmieściach Toronto. Optical Solutions, młoda firma z Minneapolis, zaopatruje Futureway w łącza światłowodowe dla 20 000 domów i sprzedała setki łączy domowych innym małym firmom telefonicznym.

Konkurowanie z miedzią

Te najnowocześniejsze systemy są nadal rzadkością. Większość firm telekomunikacyjnych i telewizji kablowej polega na światłowodach tylko jako na technologii szkieletowej do przesyłania sygnałów między ich własnymi obiektami. W rzeczywistości światłowody są standardowymi łączami do iz central obsługujących każdą społeczność i często rozciągają się stamtąd do dużych klientów biznesowych lub sąsiedzkich węzłów dystrybucyjnych. Pojedyncza para włókien może teraz przenosić do setek gigabitów na sekundę, przy czym każde włókno transmituje oddzielne sygnały na dziesiątkach długości fal w jednym kierunku. Jednak reszta sieci dystrybucyjnej to praktycznie cała miedź – jest to inwestycja warta znacznie ponad 100 miliardów dolarów, a firmy telekomunikacyjne i kablowe nie chcą jej porzucić. Pod koniec ubiegłego roku regionalna firma telekomunikacyjna SBC Communications ogłosiła trzyletni program budowy światłowodów o wartości 6 miliardów dolarów w swoim obszarze usług w zachodnich Stanach Zjednoczonych.

Ale konwencjonalna mądrość utrzymuje, że doprowadzenie światłowodu do domu jest zbyt kosztowne, więc światłowody SBC zatrzymają się w węzłach dystrybucyjnych, które zazwyczaj obsługują setki klientów. Dane nadal będą wdzierać się do samego domu na staromodnej miedzi. To tak, jakby sztafeta sprinterów klasy olimpijskiej musiała polegać na pacjencie geriatrycznym podczas ostatniego etapu wyścigu, znanego w żargonie telekomunikacyjnym jako ostatnia mila.

Firmy telekomunikacyjne i kablowe obiecują inne lekarstwo na World Wide Wait, na które cierpią domowi użytkownicy modemów dialup (patrz tabela na ostatniej stronie Bitwa o ostatnią milę). Systemy kablowe dostarczają do 36 megabitów na sekundę przez ten sam kabel koncentryczny, który przesyła CNN i HBO do telewizora. Firmy telekomunikacyjne wymyśliły DSL jako sztuczkę mającą na celu oszukanie zwykłego miedzianego drutu, aby zachowywał się tak, jakby był grubszą rurą informacyjną, przenoszącą do kilku megabitów na sekundę.

Ludzie, którzy przestawiają się ze zwykłych połączeń internetowych na modemy kablowe, zazwyczaj przechodzą przez łuk doświadczeń, który zaczyna się z zachwytem: łącze jest zawsze włączone, tak jak prąd w gniazdku, a informacje przepływają z prędkością, która pozostawia modemy telefoniczne w kurzu. Wtedy wady stają się widoczne: przepustowość kabla jest dzielona między grupę użytkowników, więc błyskawiczne połączenia doświadczane na początku zaczynają się przeciągać, gdy więcej sąsiadów się loguje. Bezpieczeństwo to kolejna kwestia; jeśli udostępnianie plików jest włączone — typowe ustawienie domyślne — każdy użytkownik linii modemu kablowego może uzyskać dostęp do plików. DSL ma inny problem. Wyższe częstotliwości sygnału, które przenoszą cyfrowe dane DSL, zanikają w miarę przechodzenia przez drut miedziany, ograniczając te połączenia do domów w promieniu około pięciu kilometrów od stacji telefonicznej. Systemy bezprzewodowe — pojawiająca się alternatywa o dużej przepustowości — mogą być blokowane przez złą pogodę, drzewa i budynki.

Co więcej, jeśli przeszłość jest jakąkolwiek wskazówką, popyt na przepustowość wkrótce przewyższy możliwości tych alternatywnych rozwiązań przygotowanych przez jury. Już dzisiejsze witryny internetowe z dużą ilością obrazów indeksują się przy oglądaniu z prędkością 56 kilobitów na sekundę. Na przykład film w pełnym ruchu jest wyświetlany jako nierówny obraz o niskiej rozdzielczości w rogu ekranu. Zapotrzebowanie na większą pojemność w domu prawdopodobnie będzie się nasilać, gdy firmy rozwijają się z e-commerce. Po co pokazywać tylko statyczny obraz i specyfikację produktu lodówki, jeśli najlepszy sprzedawca może dostarczyć prezentację wideo, demonstrując ją na ekranie? Rozsądnym celem może być 100 megabitów na sekundę, co powinno umożliwić pełnoekranowe wideo w pełnym ruchu i prawdopodobnie zadowoliłoby Gernsbacków. Z drugiej strony satysfakcja jest ruchomym celem. Przepustowość to narkotyk; kiedy jesteś uzależniony, chcesz tylko więcej. Pojedynczy włókno światłowodowe może z łatwością przesyłać do indywidualnych użytkowników ponad 600 megabitów na sekundę, co znacznie przekracza możliwości DSL lub linii kablowych. Rzeczywiście, modemy DSL i kablowe zaostrzyłyby apetyty konsumentów, dając im przedsmak przepustowości, którą może zaspokoić tylko światłowód.

Teraz nadszedł czas, aby dokonać tej inwestycji, przynajmniej w przypadku nowych instalacji, przekonuje Asim Sabre, prezes Optical Solutions. Sabre twierdzi, że instalacja światłowodów będzie kosztować od 15 do 25 procent dodatkowo, ale twierdzi, że zwrot nastąpi w ciągu kilku lat, gdy zapotrzebowanie na przepustowość wzrośnie. Mówi, że lepiej wydać teraz więcej niż być zmuszonym do niszczenia chodników za 8 lub 10 lat, aby zwiększyć pojemność.

Inny tym razem?

Nie jest tak, że nikt wcześniej nie próbował osadzać włókien w domach. Sceptycy wskazują na wcześniejsze próby terenowe, w których nie udało się znaleźć dużego rynku rodzimego dla ogromnej przepustowości światłowodów. Japońskie Ministerstwo Handlu Międzynarodowego i Przemysłu sfinansowało pierwszy, który rozpoczął obsługę około 150 domów w 1978 roku. Eksperyment pochłonął oszałamiające 80 milionów dolarów w ciągu kilku lat, ale wraz z podobnymi próbami w Kanadzie i Francji nie udało się zidentyfikować atrakcyjnych nowych usług, które uzasadniałby wysoki koszt instalacji światłowodu.

Dziesięć lat temu BellSouth i kilka innych amerykańskich firm telekomunikacyjnych myślało, że znaleźli usługę o wysokiej przepustowości, za którą konsumenci zapłacą: wideo na żądanie. W całym kraju zainstalowano próbne systemy światłowodowe w dziesiątkach domów, ale iskra nigdy się nie pojawiła: poziom zainteresowania konsumentów uznano za niewystarczający, aby uzasadnić zakup kosztownych serwerów wideo i sprzętu światłowodowego. Firmy kablowe szybko zareagowały, dodając więcej kanałów i usług pay-per-view do swoich istniejących kabli koncentrycznych. Ale od czasu, gdy ostatnio włókno zostało rozwinięte do miejsc zamieszkania, wydarzyła się śmieszna rzecz: Internet. Gwałtowny rozwój sieci WWW nagle sprawił, że miliony ludzi zapragnęły przepustowości – towaru, o którym ledwie wiedzieli, że istnieje kilka lat wcześniej.

Przez nadchodzącą dekadę obserwatorzy światłowodów w Stanach Zjednoczonych będą chcieli skupić swoją uwagę na południowym wschodzie. BellSouth — firma telekomunikacyjna obsługująca ten region — przewodzi w Ameryce Północnej za okablowanie domu — mówi Richard Mack, wiceprezes KMI, firmy badawczej z siedzibą w Newport, RI. Zainteresowanie nowymi technologiami odzwierciedla szybki rozwój jej obszaru usług. Większość nowych społeczności chce instalacji podziemnych i znacznie taniej jest układać dodatkowe włókna do przyszłej ekspansji teraz, niż wracać po latach, aby wykopać ulice i podwórka w celu wymiany przestarzałych kabli.

Mieszkańcy Dunwoody będą nadal korzystać z usług telefonii głosowej na istniejących liniach miedzianych, a klientom zaoferowane zostaną dwie nowe usługi światłowodowe. Jednym z nich jest transmisja danych na poziomie DSL za 50-60 USD miesięcznie. Drugi to serwis wideo oferujący 120 kanałów cyfrowych i 70 kanałów analogowych. W przyszłym roku firma spodziewa się, że takie systemy światłowodowe staną się standardem dla dużych nowych pododdziałów. Do tego czasu klienci posiadający łącza światłowodowe w swoich domach mogli samodzielnie instalować sprzęt. W ogóle nie musimy toczyć ciężarówki, mówi Dan Spears, dyrektor ds. badań w BellSouth Science & Technology.

BellSouth przyznaje, że instalacja systemu światłowodowego Dunwoody jest droższa niż instalacja miedziana, ale twierdzi, że celem jest zdobycie doświadczenia z tą technologią. Ponieważ koszt światłowodu do domu spada, BellSouth wdroży go w nowych sytuacjach, ponieważ teraz wdrażamy światłowód do krawężnika, mówi Dave Kettler, wiceprezes BellSouth Science & Technology.

W zamożnych amerykańskich miastach pojawiają się rozproszone studnie gruntowe, które są interesujące dla domowych połączeń światłowodowych. W Concord w stanie Massachusetts Komitet ds. Infrastruktury Komunikacyjnej Concord, miejski panel doradczy, zasugerował miastu zbudowanie własnej cyfrowej sieci światłowodowej do domów. Modemy kablowe jeszcze nie dotarły do ​​miasta, wiele domów jest poza zasięgiem DSL i oba mają ograniczone możliwości rozbudowy, skarży się Marc Daigle, inżynier i członek komitetu.

Rada miasta Palo Alto zatwierdziła już wydanie 380 000 USD na budowę sieci światłowodowej obsługującej prawie 700 domów w starszej części miasta w pobliżu centrum miasta. Mieszkańcy uzyskają połączenia z szybkością 10 lub 100 megabitów na sekundę. Zapłacą około 70 procent kosztów, w tym opłaty miesięczne plus opłaty instalacyjne w wysokości 1200 USD lub 2400 USD, w zależności od szybkości transmisji danych. Ponad 70 osób zarejestrowało się, zanim miasto ustaliło stałą cenę, mówi Manuel Topete, który zarządza systemem światłowodowym w miejskim wydziale użyteczności publicznej.

System zaoferuje transmisję danych z prędkością nieosiągalną w inny sposób. Próba opiera się na dostawie przez Internet, mówi Michael Eager, konsultant Palo Alto aktywny w projekcie. Nie sądzę, że ludzie byliby znacząco zainteresowani, gdybyśmy rozmawiali tylko o 500 kanałach telewizyjnych.

Duże zainteresowanie wzbudziły również rozwiązania optyczne. Firma sprzedała sprzęt światłowodowy do domu dwunastu przewoźnikom w siedmiu stanach, mówi prezes Asim Sabre-plus, który zamówił od Futureway w Concorde w Ontario sprzęt do obsługi 20 000 domów na pięciu przedmieściach Toronto. Założona w 1994 roku firma Optical Solutions przyspieszyła swój wzrost z 13 pracowników pod koniec 1998 roku do 65 rok później; Sabre spodziewa się, że jeszcze tej wiosny liczba osób wyniesie 120 osób. W zeszłym roku firma Optical Solutions, która stawia swoją przyszłość na światłowody do domu, również zainwestowała 16 milionów dolarów w ofertę prywatną.

Futureway reprezentuje nowy, ale obiecujący rynek rozwiązań optycznych - nowe firmy telefoniczne konkurujące o biznes oferując wysokiej klasy usługi niedostępne dla dużych firm o ugruntowanej pozycji. Podobne przedsięwzięcia zaczynają pojawiać się gdzie indziej. W grudniu firma WideOpenWest z Littleton w stanie Kolorado ogłosiła plany budowy systemów typu „światłowód do krawężnika” w rejonach Denver i Portland w stanie Oregon. Pozostali klienci Optical Solutions to niezależne firmy telekomunikacyjne, które chcą oferować usługi szerokopasmowe na obszarach wiejskich. Rye Telephone z Colorado City w stanie Kolorado instaluje światłowód w 500 domach w rozległej 80-kilometrowej społeczności o nazwie Hatchet Ranch. DSL nie radzi sobie z takimi odległościami, a firmy kablowe zazwyczaj unikają takich rozległych obszarów.

Standaryzacja Elastyczności

Aby światłowody mogły przeniknąć do znacznej liczby domów, firmy telekomunikacyjne muszą pogodzić się ze standardami technicznymi. Właśnie taki wysiłek jest w toku. Przedstawiciele 20 firm, w tym British Telecom, BellSouth, France Telecom, Nippon Telegraph and Telephone, GTE i SBC, połączyli siły, aby opracować sieć Full Service Access Network (FSAN) obejmującą od firm telefonicznych po domy i firmy. FSAN został już zaakceptowany przez Międzynarodową Unię Telekomunikacyjną i może przyspieszyć wprowadzanie światłowodów do domu, zapewniając zestaw standardów dla masowo produkowanego sprzętu transmisyjnego. Architektura FSAN obejmuje szereg zastosowań światłowodów, od przesyłania sygnałów do węzłów sąsiedzkich i klientów biznesowych po obsługę poszczególnych domów. FSAN mógłby zatem pozwolić włóknom na infiltrację sieci kawałek po kawałku.

To ważne, ponieważ błonnik powoli zmierza do domu. Projekt Pronto SBC Communications o wartości 6 miliardów dolarów przyniesie ponad 20 000 kilometrów nowego kabla światłowodowego, rozszerzając sieć optyczną do 2,7 kilometra od większości domów obsługiwanych przez firmę. SBC nie jest sam; US West układa światłowód z dokładnością do 1,2 kilometra, a Bell Canada do 900 metrów, mówi Claude Roman, analityk w firmie badawczej RHK w południowym San Francisco.

A nawet przed Dunwoody, BellSouth rutynowo wykorzystywał włókna na każdej ulicy w nowych projektach. Do końca zeszłego roku firma zainstalowała hybrydową usługę światłowodowo-miedzianą w pół miliona domów. Zakopane kable światłowodowe biegną do skrzynek serwisowych, które leżą jak grube, kwadratowe hydranty przeciwpożarowe wzdłuż krawężnika, a miedziane przewody rozchodzą się z każdej skrzynki do kilku domów. W Dunwoody firma nakłada włókna światłowodowe równolegle z istniejącymi przewodami miedzianymi do domów.

FSAN ułatwia tę rozbudowę dzięki konstrukcji zwanej pasywną siecią optyczną. Pomysł polega na utrzymywaniu na końcach systemu kosztownych i wrażliwych elementów aktywnych, takich jak nadajniki i odbiorniki. Zamiast kierować sygnały przez przełączniki pośrednie, system po prostu dzieli światło między aż 32 włókna wyjściowe. Żadne elementy między centralnym przełącznikiem a końcem światłowodu nie wymagają zasilania elektrycznego, co pomaga obniżyć koszty budowy i konserwacji.

Aktualizacje do systemu FSAN powinny być łatwe i generalnie wiązać się ze zmianami tylko w sprzęcie na końcach światłowodu. Prędkości danych można zwiększyć, dzieląc pojemność światłowodów między mniejszą liczbę klientów. W dłuższej perspektywie każde światłowód może przenosić jeden kanał długości fali na klienta – technika znana jako multipleksowanie długości fali (patrz Wavelength Division Multiplexing, TR marzec/kwiecień 1999).

Firmy, które opracowały standard FSAN, między innymi Lucent Technologies, NEC i Hewlett-Packard, podkreślają jego adaptacyjność. Niektórzy już projektują produkty. „Opracowujemy system, który zapewni tani dostęp do światłowodów dla małych i średnich firm, ponieważ uważamy, że to właśnie tam najbardziej oczywistym sprawdzi się światłowód przez całą drogę do klientów”, mówi Ed Harstead, który zarządza łączami światłowodowymi do sieci. - badania domowe w Lucent. Rzeczywiście, sprzedaż światłowodów do firmy pomoże obniżyć ceny sprzętu do bardziej oszczędnych aplikacji, co jest kluczem do uruchomienia domowych systemów światłowodowych. British Telecom i France Telecom, dwie firmy stojące za tym standardem, chcą zastosować FSAN do abonentów biznesowych; Firma BT planuje wprowadzić światłowody do dzielnic handlowych, przy czym światłowody będą rozgałęziać się między firmami, tak jak w przypadku domów. Nippon Telegraph and Telephone, który testował światłowody do domu i współpracuje z BellSouth, koncentruje się teraz również na klientach biznesowych. Z technicznego punktu widzenia trudno jest odróżnić światłowód do biznesu od światłowodu do domu, mówi Kenji Okada, kierownik NTT Access Network Service Systems Labs.

Standardy techniczne, takie jak FSAN, nie są w stanie pokonać wszystkich przeszkód, które mogą utrudniać rozwłóknienie domów. BellSouth ma tę zaletę, że obsługuje region, który przechodzi szybki wzrost gospodarczy i populacyjny. Oznacza to wiele nowych osiedli mieszkaniowych, z których każdy jest stosunkowo łatwą okazją do rozwłóknienia, ponieważ grunt jest już wykopany pod wszelkiego rodzaju infrastrukturę energetyczną i telekomunikacyjną. To nie jest sytuacja w większości Stanów Zjednoczonych, gdzie instalacja światłowodu oznacza nową konstrukcję. Nie wspominając o bólach głowy w Europie. Spears z BellSouth mówi, że kolega z Telecom Italia był zdumiony zdjęciem krajobrazu ogołoconego przez dewelopera. Spears przypomina sobie, jak Włoch powiedział mu: Kiedy wjedziemy do Rzymu i zaczniemy kopać na ulicy, możemy natknąć się na jakiś artefakt, który otaczają płotem i wstrzymują budowę, dopóki archeolodzy nie wykonają swojej pracy.

Rynek światłowodów do domu jest młody, a analitycy unikają prognozowania jego wzrostu. Jeff Kagan, analityk branżowy w Marietta w stanie Georgia, mówi, że trudno jest robić prognozy na podstawie usług, które jeszcze nie istnieją. telewizji, która pożera przepustowość jak nic, co do tej pory nie widzieliśmy. W dłuższej perspektywie dalszy rozwój Internetu spowoduje wzrost popytu cyfrowego. Statyczne obrazy powszechne na wielu stronach internetowych ładują się powoli z prędkością 56 000 bitów na sekundę, zwiększając zapotrzebowanie na modemy DSL i kablowe w zakresie megabitów na sekundę. Ponieważ coraz większa liczba projektantów witryn internetowych ulega pokusie wyświetlania ruchomych obrazów, nawet te błyskawiczne połączenia mogą zacząć wydawać się powolne.

Ekstrapolacja 20-krotnego wzrostu przepustowości modemów z lat 90. przeskoczyła z 2400 do 56 000 bitów na sekundę, co prowadzi do prognozy, że do 2020 r. 100 megabitów na sekundę będzie rutyną. A to może być konserwatywne. Adel Saleh, główny architekt sieci w Corvus w Kolumbii w stanie Maryland, mówi, że 100 megabitów na sekundę może docierać do domów już w 2005 roku. Saleh przewiduje, że do 2010 roku systemy z multipleksowaniem fal zapewnią przepustowość rzędu 1000 megabitów na sekundę. Przy takiej pojemności największym problemem będzie wymyślenie, jak wykorzystać nasz wewnętrzny Gernsback.

Bitwa ostatniej mili

Technologia Sposób działania Przepustowość (Mbit/s) Zaleta Ograniczenia Światłowód do domu Światłowód przenosi dane do domów. Może również transmitować wideo w tym samym sygnale lub na innych długościach fal. Kilkaset, do 1000 Najwyższa prędkość Koszt budowy Cyfrowa linia abonencka (DSL) Przesyła dane cyfrowe liniami telefonicznymi na częstotliwościach wyższych niż używane dla głosu. Częstotliwości są rozdzielone w domu. Poszczególne domy otrzymują dedykowane linie. Downstream: 6-8
Upstream: do 1,5 Możliwość korzystania z istniejących linii telefonicznych Brak usługi dla domów znajdujących się w odległości większej niż 5,5 km od węzła przełączania telefonicznego Maksymalne prędkości możliwe tylko na krótkich liniach Niedostępne dla wszystkich klientów telefonicznych Modem kablowy Przesyłanie danych do domu za pomocą kabla telewizyjnego (koncentrycznego) na częstotliwości pasmo używane dla jednego kanału wideo. Transmisja w górę odbywa się na niższej częstotliwości lub na przewodach telefonicznych. Downstream: zazwyczaj ~1
Upstream: zazwyczaj 0,1-0,5 Wykorzystuje istniejący kabel koncentryczny Indywidualne spadki szybkości transmisji danych wraz z liczbą użytkowników Słabe bezpieczeństwo Niedostępne we wszystkich systemach kablowych Bezprzewodowe (naziemne) Antena lokalna emituje mikrofale, odbierane przez antenę domową. Emituje sygnały wideo i może przesyłać dane. Porównywalne z DSL Brak instalacji kablowej Zakłócenia wielościeżkowe z budynków Drzewa, teren i deszcz mogą blokować sygnały Możliwe zakłócenia z innych komórek Sygnały podróżują na ograniczoną odległość (np. telefon komórkowy) Bezprzewodowe (satelita) Satelitarne transmisje sygnałów danych; poszczególne odbiorniki odbierają swój sygnał. Może być dodany do bezpośredniej usługi satelitarnej lub usługi mobilnej na niskiej orbicie ziemskiej, takiej jak Teledesic. Do określenia Brak kabla, brak lokalnych anten nadawczych Lepiej nadaje się do nadawania ze względu na duży zasięg satelitów Prawdopodobne ograniczone szybkości transmisji danych

ukryć