Rambler's Top100
Статьи ИКС № 6 2005
А. М. МЕККЕЛЬ  01 июня 2005

Перспективы развития магистральных транспортных сетей

Международный трафик и абонентская база

Временны ее зависимости объема телекоммуникационного трафика и его составляющих хорошо известны и довольно подробно прокомментированы в технической литературе.

Представленные в табл. 1 данные говорят о существенном снижении темпов роста трафика после 2000 г., на который приходится «точка перелома». Это явление – следствие глобального кризиса. Однако важно отметить, что кризис привел к снижению именно темпов роста, а собственно тенденция роста трафика сохранилась. То же можно сказать и о росте телекоммуникационных сетей.



Представляет интерес большая разница влияния кризисных явлений на состояние телекоммуникаций в различных регионах мира (рис. 1). Наиболее резко кризис проявился в промышленно развитых странах. Так, в Северной Америке в 1999 и 2000 гг. относительный рост трафика составлял соответственно 17,8 и 27,4% (самый высокий показатель в мире), а через год фактически прекратился – всего 0,8% (самый низкий показатель). В то время как в африканском регионе в этот же период влияние кризиса почти не ощущалось: рост трафика в 2001 г. – 14,1% (самый высокий показатель в мире за год).

Экстраполяция роста международного трафика до 2000 г. на последующий период породила оптимистический прогноз (рис. 2). После кризиса рост замедлился, и повторная экстраполяция уже фактических данных на два последующих года позволила сделать новый, умеренный прогноз, который впоследствии в основном подтвердился.

Если на трафик кризис оказал заметное влияние, то на развитии абонентской базы он практически не отразился (рис. 3). Увеличение количества стационарных абонентов происходило плавно, мобильных – имело прогрессирующий характер. В результате в 2002 г. мобильных абонентов в мире стало больше, чем стационарных.

Надо сказать, что сделанные до кризиса прогнозы относительно трафика данных (в основном Интернета) и мобильной связи в целом подтвердились: данные превалируют над другими видами информации, активизируется процесс «пакетизации» сигналов (табл. 2).

Следует иметь в виду, что развитие подвижной связи (сотовой и спутниковой) и радиосредств в целом так или иначе увеличивает нагрузку на фиксированные, т. е. кабельные, сети, стимулируя тем самым рост пропускной способности магистральных транспортных сетей.

Продажи оборудования

В наибольшей степени глобальный телекоммуникационный кризис сказался на капиталовложениях в развитие сетей (Compound Annual Growth Rate – CAGR) и объемах продаж оборудования (см. «ИКС» №12 ’2004, с. 81).

Как и в случае с международным трафиком, пострадали прежде всего промышленно развитые страны (табл. 3).

Динамику рынка оборудования транспортных сетей иллюстрирует рис. 4. Под СЦИ здесь подразумеваются все виды аппаратуры синхронной цифровой иерархии, соответствующие европейским, американским (SONET) и японским стандартам. «Оптика» объединяет оптические системы и отдельные изделия, не входящие в состав аппаратуры СЦИ (оптические усилители, аппаратура WDM, оптические кросс-коннекторы).

Объем продаж достиг своего пика в 2000 г. ($34 млрд) и за два последующих года снизился почти втрое ($12 млрд). В послекризисный период прогнозировался определенный подъем, однако, согласно оценкам экспертов, уровень 2000 г. не только не будет достигнут к 2007 г., но и вообще неизвестно, будет ли достигнут в обозримом будущем. Одна из важных особенностей послекризисных лет – перераспределение приоритетов в продажах различных видов оборудования. Рост объемов продаж определяется в основном за счет новых моделей, предназначенных для работы в условиях формирования NGN.

Уровень продаж традиционной аппаратуры СЦИ после резкого падения вследствие кризиса продолжает снижаться и в последующие годы (рис. 5). Совершенно другая картина наблюдается и прогнозируется на ближайшее будущее для аппаратуры СЦИ нового поколения (Next-Generation СЦИ). В этой области происходит бурный рост, и предполагается, что в 2005 г. объем продаж превзойдет аналогичный показатель для традиционной аппаратуры СЦИ. Но опять-таки неясно, когда удастся добраться до уровня 2000 г. по суммарному объему продаж.

Что касается динамики продаж компонентов ВОЛС, то в докризисный период были востребованы прежде всего те из них, которые использовались главным образом на супермагистралях. Особенностью данного вида оборудования, рассчитанного на большие расстояния и большое количество оптических каналов (аппаратура DWDM), является линейная (цепочная) конфигурация. После резкого спада в 2001 – 2002 гг. интерес к нему начал возвращаться, однако достижения прежних масштабов продаж пока не предвидится. Гораздо более высокими темпами растет спрос на новую аппаратуру оперативного переключения оптических каналов (оптический кроссконнектор) и так называемую аппаратуру Metro WDM, объем продаж которых уже в 2005 г. превысит продажи традиционного оборудования СЦИ. Как ожидается, в 2006 г. суммарный показатель продаж оборудования СЦИ превзойдет пиковые показатели докризисной эпохи.

Оборудование для NGN

Как следует из изложенного, рост поставок оборудования в послекризисные годы происходит за счет аппаратуры нового поколения, предназначенной для работы в период формирования NGN и полностью оптических транспортных сетей.

В презентации семинара МСЭ-Т «Сети следующего поколения: что, когда, как? » (ITU-T Workshop on «Next Generation Networks: What, When and How? ». Encompassing Services, Transport Convergence, mobility issues and more... Geneva, 9 – 10 July 2003) дано следующее определение NGN: сети связи следующего поколения – это всеохватывающее понятие для инфраструктуры, реализующей перспективные услуги, которые в будущем должны быть предложены операторам мобильных и фиксированных сетей, одновременно с продолжением поддержки всех существующих на сегодняшний день услуг. Сети следующего поколения используют технологии пакетной передачи и коммутации, базируются на физическом слое оптических каналов, обеспечивают полноценное взаимодействие с существующими сетями.

Аппаратура нового поколения должна быть совместима с существующими сетями и создавать предпосылки для формирования NGN. Однако надо понимать, что «аппаратура нового поколения» – понятие весьма условное, поскольку четкой границы между поколениями не существует (как, кстати, не существует нумерации поколений для большинства видов аппаратуры). Новые функции вводятся, как правило, постепенно.

Аппаратура СЦИ нового поколения, как ни парадоксально, оказалась востребованной в эпоху экспансии пакетных технологий.

На базе физического слоя оптических волокон в телекоммуникационных сетях с помощью спектрального уплотнения начал формироваться новый специфический слой прозрачных оптических каналов. Эта прозрачность позволяет передавать сигналы любых форматов в пределах скорости, определяемой шириной полосы пропускания. Таким образом, прозрачность каналов, казалось бы, делает присутствие СЦИ излишним или, по крайней мере, существенно уменьшает претензии этой технологии на универсальность.

Действительно, пакетные технологии, лежащие в основе NGN, могут опираться непосредственно на слой прозрачных оптических каналов и даже просто на физическую среду передачи, однако при этом речь может идти лишь о небольших сетях или их участках. Дело в том, что аппаратура, построенная с использованием большинства новых популярных технологий (главным образом, пакетных), имеет недостаточно развитые транспортные функции, в частности – функции передачи.

Итак, из-за того, что в настоящее время в оптическом слое недостаточно «интеллекта», а у таких «интеллектуальных» технологий, как ATM и IP, слабо развиты функции передачи, приходится прибегать к технологиям-посредницам. Такой универсальной технологией, выполняющей роль посредницы, является СЦИ. Она оживляет относительно пассивную сеть оптических каналов, которую иногда называют сетью виртуальных волокон. Основные операции (регенерация сигналов, конфигурация сетевых фрагментов, управление и контроль, переключение на резерв и т. д. ) в существующих транспортных сетях приходится производить на электронном уровне. Именно эти функции берет на себя технология СЦИ.

Все перечисленные обстоятельства обусловили возникновение так называемых технологических цепочек, например ОК – WDM – СЦИ – ПТ (ОК – оптический кабель, ПТ – пакетные технологии). Можно сказать, что ОК и технология WDM в совокупности с СЦИ образуют некую универсальную среду передачи, подходящую как для сетей с коммутацией каналов (например, ТфОП), так и для пакетных сетей.

Что же представляет собой аппаратура СЦИ нового поколения? Технология СЦИ сегодня наиболее широко распространена и является самым мощным инструментом создания высоконадежных универсальных транспортных сетей, на базе которых можно организовывать как специализированные (по видам услуг), так и мультисервисные телекоммуникационные сети. Интересно проследить эволюцию аппаратуры СЦИ.

Пути эволюции аппаратуры СЦИ:
  • Увеличение скорости агрегатного сигнала и реализация таким образом все более высоких иерархических уровней. В рамках этой ветви эволюцию можно считать законченной. Реализация аппаратуры с электронной обработкой сигналов на скорости выше 40 Гбит/с весьма проблематична и вряд ли целесообразна.
  • Повышение эффективности передачи линейных сигналов СЦИ по оптическому кабелю, т. е. увеличение пропускной способности системы передачи и длины кабельного участка. Аппаратура СЦИ последнего поколения оснащена оптическими усилителями и встроенными устройствами спектрального уплотнения (WDM).
  • Расширение номенклатуры интерфейсов компонентных сигналов. Наряду с обычным набором интерфейсов сигналов ПЦИ (Е1, Е3, Е4) и STM-N, характерных для традиционных систем СЦИ, появляются интерфейсы сигналов, сформированных в соответствии с протоколами ATM и IP, интерфейсы Ethernet, Fast Ethernet и Gigabit Ethernet, Frame Relay, интерфейсы видеосигналов, сигналов типа xDSL и др.
  • Универсализация аппаратуры. Аппаратура путем программирования и комплектации соответствующими сменными блоками может приобретать функции любого члена семейства СЦИ. Уже появилась аппаратура, выполняющая функции сетевого узла (Node).
  • Миниатюризация аппаратуры. Появляются малогабаритные изделия с упрощенной комплектацией, предназначенные для работы в небольших сетях, в сетях доступа и даже в качестве терминалов пользователей. Такая аппаратура получила название «компакт» или «микро».
Эволюция аппаратуры СЦИ по всем направлениям, кроме первого, не завершена. Отличительными признаками условного нового поколения СЦИ являются функции, реализуемые в рамках третьего, четвертого и второго (в порядке важности) путей эволюции. Оптическая аппаратура нового поколения. Довольно часто к оптическому относят любое оборудование, работающее по оптическому кабелю. Это не совсем правильно, так как во многих таких устройствах оптическими являются только интерфейсы (стыковые устройства), «удельный вес» которых невелик по сравнению с ядром аппаратуры, осуществляющим обработку сигналов в электронном формате. В статье под оптической подразумевается чисто оптическая автономная аппаратура, а не оптические стыковые устройства оборудования СЦИ, ATM, IP и т. д.

В оптическом оборудовании все операции (или подавляющее большинство) осуществляются на оптическом, или фотонном, уровне. Это оптические усилители и кросс-коннекторы, а также компоненты систем WDM (оптические транспондеры, мультиплексоры, демультиплексоры и др. ).

К условному новому поколению оптической аппаратуры – NG-оптике – следует отнести устройства, обеспечивающие постепенный переход к полностью оптической транспортной сети. Данное обстоятельство предопределяет такие дополнительные требования, как наличие элементов коммутации на оптическом уровне и достаточно высокую степень интеллектуализации. В этой связи к NG-оптике можно отнести оптические кросс-коннекторы и аппаратуру Metro WDM, которая разрабатывалась для сетей мегаполисов. Первоначально NG-оптика обеспечивала связь на относительно короткие расстояния (порядка 100 км), используя технологию так называемого неплотного мультиплексирования с разделением по длинам волн (Coarse Wavelength Division Multiplexing – CWDM). Затем аппаратура этого класса постепенно адаптировалась для работы в условиях разветвленных участков магистральной сети. Как следует из рис. 5, спрос на оптику нового поколения растет достаточно быстро.

Оптическая транспортная сеть

Прослеживается довольно четкая тенденция в направлении образования полностью оптических транспортных сетей – ОТС (подробнее см. «ФотонЭкспресс» за 2004 г. ). Следует отметить, что кризис вызвал пессимистичность оценки ОТС некоторыми специалистами как по финансовым соображениям, так и из-за сомнений в необходимости дальнейшего увеличения пропускной способности *.

Однако перспективность ОТС определяется не только и не столько возможностью реализации очень высокой пропускной способности. Следует иметь в виду, что сами по себе оптические каналы, образованные методом спектрального уплотнения, являются аналоговыми, а передача по ним цифровых сигналов осуществляется с помощью своего рода модемов, роль которых выполняют соответственно электронно-оптические и оптоэлектронные преобразователи. Аналоговая природа ОК ограничивает их протяженность, поэтому в среднем через каждую тысячу километров необходимо преобразовывать оптический сигнал в электронный и производить полную регенерацию цифрового сигнала. В традиционных сетях такая операция возможна только для электрических сигналов. Кроме того, существующим сетям присуща необходимость создавать упомянутые выше технологические цепочки.

В ОТС перечисленные недостатки отсутствуют. Функции, характерные для систем СЦИ, реализованы в них на оптическом уровне. Поэтому практически любые телекоммуникационные технологии могут опираться непосредственно на ОТС. Архитектура сетей упрощается, поскольку технологические многозвенные ( «одна поверх другой» ) цепочки становятся излишними, что существенно повышает экономическую эффективность.

Наличие полностью оптических регенераторов снимает ограничение по протяженности непрерывных оптических каналов. Отсутствие в пределах ОТС электрических (электронных) фрагментов позволяет оперировать сигналами очень большого информационного объема, недоступного электронной аппаратуре. Перспектива реализации всех достоинств ОТС определяет одно из наиболее важных направлений эволюции современных транспортных сетей связи.

Итак, вернемся к вопросу, поставленному в начале статьи:

Как же развивать магистральные транспортные сети?

Следует принять во внимание тот факт, что, несмотря ни на что, телекоммуникационный трафик из года в год растет, и, как следствие, должна расти пропускная способность линий. Президент МАС Л. Е. Варакин считает, что «сети должны быть готовы к росту скорости передачи информации и увеличению ее объемов» ( «ИКС» №12 ’2004, с. 76). Это подтверждают миллиардные (в долларах США) инвестиции в строящиеся трансокеанские и трансконтинентальные супермагистрали с терабитной пропускной способностью.

Многих наблюдателей волнует «незаполненность» существующих оптических магистральных линий, которые называют иногда кладбищем инвестиций. К сожалению, не все понимают, что такое явление в первые годы функционирования линии – обязательное условие ее эффективного использования в течение всего срока службы.

Важным правилом проектирования сети является создание таких линий, которые не потребуют в дальнейшем (естественно, в пределах срока службы) строительства новых линий того же направления. Это означает, что их потенциальная пропускная способность должна быть рассчитана на те объемы информации, которые будут и через 25 лет. Даже замедленный рост трафика в послекризисный период составлял в среднем 12% в год. Если принять для пропускной способности линии еще меньшую скорость роста, скажем, 10% в год, то через четверть века пропускная способность должна увеличиться по отношению к первоначальной примерно в 11 раз. Кроме того, необходимо еще учитывать резервирование волокон и ряд других факторов. Как показывает опыт, реальные требования к наращиванию пропускной способности линии намного выше. Нужно понимать, что ошибка в прогнозе, в результате которой в линию будет заложен некоторый избыток ресурсов, приведет к несравнимо меньшим потерям, чем если ресурсов не хватит. Строительство линии на конкретном участке может стать предметом конкурентной борьбы в том случае, если технически невозможно протянуть по той же трассе еще одну линию.

В России сети связи еще очень далеки от насыщения. На ряде направлений магистральной сети отсутствуют альтернативные трассы, из-за чего в этих местах невозможно формировать кольцевую топологию. Не до всех сетевых узлов добралась оптика. Требуют замены неэффективные металлические кабельные линии, которых еще очень много. На сетях традиционных операторов все еще много аналоговых систем передачи. Все это говорит о необходимости строительства новых линий и количественного развития магистральной сети.

Что касается качественного развития, то с учетом упомянутых объективных тенденций это должно быть формирование сетей следующего поколения и создание предпосылок для образования полностью оптических транспортных сетей.

Разумеется, приведенные соображения являются усредненными и носят общий характер. Каждый оператор в зависимости от состояния сети, конкретных условий, наличия средств и других обстоятельств должен решить сам, когда и как развивать свою сеть.


Особенности оптических транспортных сетей
  • Отсутствие ограничений по протяженности.
  • Функциональность, подобная СЦИ.
  • Доступ в сеть сигналов различного формата через открытый оптический интерфейс.
  • Оперирование сигналами очень большого информационного объема.

Поделиться:
Заметили неточность или опечатку в тексте? Выделите её мышкой и нажмите: Ctrl + Enter. Спасибо!