Ulaskom u 21. stoljeće, postali smo svjedoci ultrabrzog razvoja telekomunikacijskih tehnologija, koji je uslijedio kao rezultat nastojanja za pružanjem novih usluga korisnicima, koje iz temelja mijenjaju komfor i stil života običnih ljudi. U kompresiji digitalnog signala postignut je također snažan napredak, tako da su do nedavno prezahtjevne usluge, naročito video, postale prihvatljive za efikasan prijenos danas poznatim komunikacijskim tehnologijama. Svijet je kročio u novu informacijsku eru čija je osnovna osobina globalna prespojenost, što danas objedinjavamo jednom riječju: “broadband” ili širokopojasna konvergentna mreža.

Na “broadband” se odmah nadovezuje pojam “Triple Play”, na razini informacijske usluge, a uključuje pojam konvergentne mreže po kojoj se istovremeno obavlja prijenos govora, podataka i videa – naravno, sve u digitaliziranom obliku. Triple Play je danas sveprisutan diljem svijeta - za ovo se tržište danas bore i Telco kuće, sa iskorakom prema prijenosu videa, i privatni davatelji Triple Play usluga, ali i CATV operateri koji se pomiču iz analognog videa ka integriranim digitalnim rješenjima.

U svijetu se danas lome koplja kojom komunikacijskom tehnologijom dostaviti Triple Play uslugu do krajnjeg korisnika, a na vagi su aspekti efikasnosti, pouzdanosti i ekonomičnosti. Rješenja prijenosnog puta su različita, a danas se uglavnom koriste tri dominantne tehnologije: svjetlovodno vlakno (FTTH sustavi), brzi bakreni kabeli (xDSL sustavi) i širokopojasni bežični prijenos (npr. WiMAX sustav), kao i njihove kombinacije, tkzv. FTTx sustavi. Ovdje će se detaljnije razmotriti FTTH rješenje, sa naglaskom na njegovoj PON izvedbi.

2. Što zahtjeva Triple Play od komunikacijske infrastrukture?

Već iz uvoda se može zaključiti da uvođenje Triple Play usluga znači “broadband” okruženje svima i svugdje. Uprkos izuzetno efikasnim kompresijskim postupcima, očito je da su potrebne agregatne brzine prijenosa par desetaka Mbit/s, sa projekcijom i do par stotina Mbit/s. U Tabeli 1 prikazane su neke od Triple Play usluga koje se nude i pripadajući zahtjevi na prijenosni pojas danas i u skoroj budućnosti.

Tabela 1: Zahtjevane prijenosne širine kanala za pojedine Triple Play usluge (Corning 2005)

Jednostavnom matematikom iz Tabele 1 se može izračunati da je već danas minimalni zahtjev prosječnog korisnika na pojas od 25 Mbit/s, a već sutra od 45 Mbit/s. Općenito se smatra da bi minimalna prijenosna širina suvremene “broadband” mreže trebala iznositi 40 Mbit/s, a sve češće se inzistira na brzini Fast Etherneta, dakle 100 Mbit/s, a minimalni zahtjev je 20 Mbit/s.

U magistralama suvremenih širokopojasnih mreža koriste se gdje god je to moguće svjetlovodna vlakna, iz jednostavnog razloga što je to najbrži prijenosni medij. Trenutak kada prijeći sa vlakna na bakrenu paricu je stvar diskusije, a i fizičkog stanja na terenu, pa razlikujemo više rješenja FTTx (Fiber To The x) sustava, od čisto optičkih do pretežito bakrenih, pri čemu oznaka “x” u FTTx označava točku demarkacije između optičke mreže i mreže bakrenih (primarno paričnih) kabela. Iznimak čine HFC (Hybid Fibre Coaxial) kabelski sustavi, koji su nastali kao napor postojećih CATV operatera da pruže Triple Play usluge hibridnom optičko-koaksijalnom tehnologijom.

Na Slici 2 prikazane su do danas prihvaćene topološke izvedbe FTTx kabelskih sustava. Prve dvije izvedbe, PTPF i PON su čisto optičke, tj. monolitne, o čemu je riječ u slijedećem podnaslovu. FTTN rješenje (Fiber To The Node) pretpostavlja rješenje u kojem se pretvorba optika-bakar ostvaruje u postojećem telefonskom komutacijskom čvorištu, tako da su udaljenosti do krajnjih korisnika i do 1.500 metara, pa prema tome treba odabrati sofisticiraniju VDSL tehnologiju. Napajanje prijenosne opreme i njen fizički smještaj, međutim, ovdje nisu problem, iz očitih razloga. FTTC rješenje (Fiber To The Curb) je znatno povoljnije sa gledišta zahtjeva na xDSL (koristi se ADSL), jer se demarkacija obavlja u uličnom prespojnom ormariću, koji se nalazi do max 150 metara od krajnjeg korisnika. Ovakav scenario omogućuje veće prijenosne brzine, ali je smještaj aktivne komunikacijske opreme upitan, kao i njeno napajanje.

U svakom slučaju, i FTTC i FTTN su primamljive operaterima sa stajališta primjene, jer koriste postojeću “last mile” bakrenu kabelsku strukturu, dakle investicija je umjerena. Nedostatak je očigledan – brzina ovih sustava limitirana je brzinom na bakrenom dijelu instalacije koja često nije dovoljna (traži se pojas od 40Mbit/s po korisniku!).

Slika 2. Topološke izvedbe FTTH/FTTx kabelskih sustava

Najjednostavniji, ali i najskuplji način povezivanja korisnika i davatelja usluga svjetlovodnim vlaknom svodi se na trivijalno povlačenje optičkog kabela između njih. Takav način izgradnje optičke infrastrukture povezivanja je poznat pod nazivom PTPF ili Pt-Pt (Point To Point Fiber). Česta inačica PTPF je da se umjesto optičke parice koristi samo jedna svjetlovodna nit, uporabom jednostavnog WDM sprežnika/rasprežnika na obje strane. Takvi WDM uređaji sprežu/rasprežu u dva prozora Tx1310/Rx1550nm i obratno, jeftini su i najčešće su integrirani u terminalnu opremu, pa se njima u konačnici ostvaruje ušteda u odnosu na parični PTPF. U obje varijante problem ovakvog rješenja je visoka cijena u odnosu na hibridne tehnologije, koja se nastoji opravdati praktično nelimitiranim prijenosnim pojasom. Problem ogromnog broja vlakana u magistrali (PTPF “backbone”) je ipak najveći nedostatak ovakvih rješenja i često nepremostiva prepreka, obzirom na limitiran kapacitet podzemnih cijevi i kanala, naročito u urbanim područjima (gdje se zapravo optika i najčešće primjenjuje).

Zagovornici PTPF topologije tvrde da je ona zapravo jedino pravo “broadband” rješenje, koje može odgovoriti na sve potrebe Triple Play okruženja. Prijenosni kanal od 100 Mbit/s ili čak 1 Gbit/s ovdje nije problem, kao niti premostive distance reda više desetaka km. Sva prespajanja se mogu izvršiti pasivno, i najčešće se izvode varenjem vlakana, tako da je pouzdanost ovakvih sustava vrlo velika, a održavanje jeftino. Sustav je tehnički jednostavan i intuitivan. Uporabom nasuvremenijih izvedbi “micro” optičkih kabela, ili čak upuhivanjem golih vlakana u prethodno postavljene mikro-tubice, proširivanje mreže je jednostavno i donekle ekonomski prihvatljivije, ali opet pod uvjetom da je magistrala dovoljno moćna i proširiva. Obzirom na Pt-Pt veze u PTP mrežama, protokol prijenosa je popularni i skalabilni Gigabit/Fast/Ethernet.

Na Slici 3. prikazana je PTPF topološka izvedba optičkog kabelskog sustava. Treba reći, da usprkos činjenici što mnogi Triple Play davatelji usluga odabiru baš ovakav kabelski sustav, da je njegova implementacija često nepredvidljivo skupa. Cijena priključka je to skuplja što je populacija na određenom području rjeđa, pa takva rješenja na kraju vode u neekonomičnu “slijepu ulicu”. Ukoliko se pak ograničite samo na Metro mrežu u gusto naseljenim urbanim područjima, i imate dovoljno prostora u kanalizaciji, PTPF je ne-elegantno rješenje koje ipak možete odabrati.

Problem prepunjene kanalizacije može se Ťvatrogasnoť rješiti uporabom AON rješenja (Active Optical Network), tkzv. Aktivnom Optičkom Mrežom. Ukoliko se na mjestu spajanja magistrale na korisničke linije postavi aktivna oprema (optički preklopnici, često i CWDM multiplekseri), magistrala može biti bitno “tanja”, pa kanalizacija više nije problem. Održavanje AON mreža je međutim složenije, a pouzdanost upitna zbog uporabljenih aktivnih uređaja i kvalitete njihovog napajanja. Primjena AON mreža je stoga ograničena na manje mreže, ili ih susrećemo u početnih fazama razvoja mreže kada se zamjenjuje bitno pouzdanijim PON sustavima (Passive Optical Network).

Slika 3. PTPF “Point To Point Fiber” pasivna širokopojasna mreža

PON je potpuno pasivna optička kabelska struktura, gdje za razliku od AON-a, na mjesto spojišta umjesto aktivne opreme postavljamo pasivne optičke sprežnike, koji razdjeljuju ulazni optički informacijski tok na veći broj fizičkih puteva, najčešće 8-128, kako je prikazano na Slici 4. Zbog složenosti PON-a, posvetit ćemo mu novo poglavlje.

PTPF i AON rješenja predstavljaju trivijalno rješenje kabelskog sustava za širokopojasni prijenos Triple Play usluga, i oba rješenja imaju jedan nedostatak, i to velik, a to je nemogućnost efikasnog proširivanja na rastući broj korisnika, što se tehnički zove loša skalabilnost sustava. Gomilanje “point to point” vlakana ili pak AON aktivnih čvorišta je jednostavno ograničeno fizičkom propusnošću kanalizacije, odnosno pouzdanošću aktivne opreme.

Slika 4. PON pasivna optička širokopojasna mreža

Osnovna zamisao PON-a je P2MP (Point To Multi Point) okruženje, u kojem se kičmeni dio kabelskog sustava efikasnije iskorištava određenim metodama multipleksiranja, npr. vremenskim/paketnim multipleksiranjem ili multipleksiranjem po valnim duljinama. Spajanje magistrale na korisničke optičke linije izvodi se pasivnim optičkim sprežnicima, tipično u omjeru 1:32, što znači da se kod PON-a korisnički signal za isti omjer dijeli na putu od centralnog čvora davatelja usluga (OLT – Optical Line Terminal) do krajnjeg korisničkog priključka ONT (Optical Network Terminal).

Sprežnik može biti izveden centralno, kao jedan element 1:32, kada govorimo o centraliziranom PON-u, a sprežnici se mogu i dislocirano kaskadirati npr. 1:8 + 1:4 = 1:32, kada govorimo o distribuiranom PON-u. Kada primjeniti koju vrstu PON-a, ovisi ponajviše o fizičkom rasporedu korisnika i postojećoj kanalizacijskoj mreži i općenito o strategiji razvoja širokopojasne mreže. Davatelji usluga skloniji su centralizaciji u OLT čvoru, čime se minimizira potreban broj optičkih sprežnika, ali i aktivne komunikacijske opreme u centralnom čvorištu. Dijagnostika kvara u pasivnom dijelu mreže je brža i jednostavnija, a ukupno gušenje PON-a manje, po principu manji broj sprežnika – manje intrinsično gušenje i manje kvarova. U distribuiranom PON-u, sprežnici su pomaknuti bliže ONT opremi, dakle korisnicima. Centralno čvorište OLT je jednostavnije, a broj novih uličnih kabineta se smanjuje, jer se najčešće koriste već postojeći manji komunikacijski ormarići. Dijagnostika i pouzdanost su manje efikasna u odnosu na centralizirani PON.

Glavne prednosti PON-a u odnosu na ostala optička rješenja su ekonomičnost i pouzdanost. Pouzdanost je očito velika jer se radi o potpuno pasivnoj strukturi. Ekonomičnost proizlazi već i same uštede na količini optičkog kabela i jednostavnosti topologije, te izostanku potrebe za napajanjem opreme duže prijenosnog puta. Pored toga, PON raspodjeljuje (multipleksira) prijenosnu širinu svjetlovodnih vlakana u magistrali.

Dodatno pojeftinjenje postiže se time što PON koristi samo jedno vlakno za dvosmjerni prijenos korištenjem WDM multipleksera, najčešće 1310nm za “upstream” prijenos, odnosno 1550nm za “downstream” prijenos (tkzv. WDM PON). Prednost PON-a je i skalabilnost, jer je magistrala “fizički tanka” iz razloga multipleksiranja, pa se može pojačavati. PON-u se zamjeraju dva nedostatka: ograničeni domet i ograničen prijenosni pojas, dakle sama srž širokopojasnosti. Radi ilustracije, i da vidimo da li je to stvarno tako, provest ćemo analizu gušenje i prijenosnog pojasa GPON koji je standardiziran po ITU-T G.984 i kod kojega je agregatna brzina magistrale 2.5 Gbs., a sprezanje/rasprezanje vrši u omjeru od 1:32 do 1:128. /Tabele 2 i 3/

Tabela 2: Maksimalni domet GPON-a glede gušenja za G.652 vlakno

Može se suprotno kritikama reći da PON ima više nego dovoljnu dinamiku za urbana područja, i iznad 20km, po standardu je zajamčeno 20km. Smatra se da u krugu radiusa 20km oko centra živi 98% populacije u većini gradova. PON nije primjenjiv niti projektiran za rijetko naseljena ruralna područja.

Tabela 3: Maksimalne prijenosne širine GPON-a za G.652 vlakno

Može se zaključiti da je prijenosna širina GPON-a također zadovoljavajuća, iako manja od PTPF mreže. Agresivni zahtjevi na brzine 100 Mbit/s po korisniku, pa i veće, mogli bi ugroziti budućnost PON-ova. Ukoliko je konačna maksimalna prijenosna širina glavni razlog upitnosti primjene PON-ova u širokopojasnim mrežama, daljnje ubrzanje treba tražiti u CWD PON tehnologiji. Pri tome glavne prednosti PON-a i dalje vrijede: relativno niska instalacijska cijena po priključku (bitno niža od PTP sustava), te jednostavno i jeftino održavanje uz visoku pouzdanost.

Čitatelju prepuštam da maksimalnu brzinu i krajnji domet ostalih standardiziranih PON-ova izračunaju sami, prema njihovim karakteristikama navedenim u Tabeli 4.

Tabela 4. PON protokoli i standardi

Ako još dodamo činjenicu da i ITU-T i IEEE (802.3av) upravo razmatraju draft tehničke specifikacije budućeg standardiziranog 10G-PON-a agregatne brzine 10 Gbs, tada prigovori na sporost PON-a definitivno ne stoje. Mišljenje je autora, međutim, da je CWDM PON buduće rješenje ultrabzih PON-ova, a ne 10G-PON, ponajviše zbog oštro ograničenog dometa 10G signala (dovoljno je pogledati domete današnjih GBIC/SFP modula za 10G Ethernet).

Od svih navedenih zamjerki PON-ovima ostaje zapravo samo jedna: kompleksnije projektiranje PON-a u odnosu na PTPF trivijalno rješenje, i zatečeno stanje na terenu gdje se širokopojasna mreža obično počne razvijati kao “point-to-point” topologija (pa se tako i razvija dokle ide, što je najčešće politika kratkog daha).

5. CWDM PON (Coarse Wavelenght Divison Multiplexing PON)

U ultrabrzim Metro mrežama topologiju PON-a trebalo kombinirati sa CWDM multipleksiranjem, u tkzv. CWDM PON. Time se osigurava dedicirana valna duljina po svakom korisniku, npr. uporabom 16 kanalnog CWDM-a prema Slici 5. U CWDM PON-u, logički se ostvaruje “point-to-point” komunikacija na relaciji OLT-ONT kao i u PTPF mrežama, samo je razlika što sada logički put određene valne duljine (tkzv. “logical path”) u biti zamjenjuje fizičko vlakno (tkzv. “physical path”).

Bitno je napomenuti da CWDM PON smanjuje, a ne povećava broj vlakana u magistrali, što je osnovna zamjerka PTPF sustava. Pored toga, primjena je jednostavna i direktna, dodavanjem CWDM-ova u postojeću pasivnu PON strukturu. CWDM PON je neovisan o protokolu i kodiranju, vrlo brz i pouzdan, pogotovo ako se ugrade pasivni CMDW sprežnici i rasprežnici. Ovakav PON nudi na prvi pogled idealno rješenje za Metro mreže, a ovaj dobitak dodatno se plaća se investicijom u CWDM opremu.

Slika 5: Princip CWDM za ubrzanje PON sustava

Dodatno povećanje broja kanala postiže se, po preporuci ITU-T G.694.2 za CWDM, za faktor 8-18 puta. Preduvjet za korištenje CWDM jeste da je kabelska instalacija izvedena “dehidriranim” vlaknom, tkzv. “low water peak fiber” po ITU-T G.652d, koje ima linearnu karakteristiku u cijelom području 1270-1625 nm. Kanali međusobno razmaknuti tipično 20-25nm, imaju ogromnu prijenosnu širinu - iznad 200 Gbs, prema Slici 6. , po preporuci ITU-T G.694.2. Za obično vlakno, treba Ťpreskočitiť područje 1370-1430 nm.

Slika 4. CWDM multiplekser po ITU-T G.694.2

Još “gušće” pakiranje kanala (i preko 100-njak) može se ostvariti DWDM (Dence Wavelenght Division Multiplexing) multiplekserom, prema Tabeli 3., ali vrlo visoka cijena i vrlo složeno i osjetljivo održavanje ovog uređaja čini ga neupotrebljivim u Metro okruženju, za razliku od “long haul” aplikacija gdje se često koristi kao akcelerator.

Još “gušće” pakiranje kanala (i preko 100-njak) može se ostvariti DWDM (Dence Wavelenght Division Multiplexing) multiplekserom. Vrlo visoka cijena i vrlo složeno i osjetljivo održavanje ovog uređaja čini ga neupotrebljivim u Metro okruženju, za razliku od “long haul” aplikacija gdje se često koristi kao akcelerator.

U jednostavnom CWDM PON-u, svaki kanal određene valne duljine radi potpuno neovisno od svih ostalih kanala (Ťlogical pathť), pa nikakva dodatna MAC kontrola pristupanja u kanalu nije potrebna. Standardizirani Ethernet MAC protokol u svakom pojedinom kanalu rješava sve potrebne procedure na relaciji OLT-ONT.

U razvijenom CWDM PON-u, koji želi maksimalno koristiti PON, neke valne duljine su jako opterećene, dok neke u istom trenutku nisu upotrebljene – dakle, traži se dinamičko alociranje logičkih puteva-valnih duljina. Time se CWDM PON može značajno ubrzati. U razvoju je nekoliko rješenja protokola dinamičkog alociranja slobodnih ili manje opterećenih CWDM kanala, nakon čega se očekuje i njihova normizacija u smislu postizanja zadovoljavajućeg SLA (Service Level Agreement) statusa.

6. ZAKLJUČAK

CWDM tehnologija je potpuno transparentna glede njene ugradnje u postojeće PON sustave, i kao pasivna oprema uklapa se jednostavno u PON koncept.

U svijetu, danas su prisutne tri FTTH optičke kabelske izvedbe: GPON, EPON i PTPF, i sve koriste Ethernet protokol raspodjeljivanja kapaciteta medija. Korea Telecom (KT) jedan je od najagresivnijih pobornika CWDM PON-a, g.2006 oko 2000 kućanstava je već koristilo taj priključak. NTT je skloniji CWDM rješenju u odnosu na 10G PON. Slično misli i američki Verizon.U Evropi, odluka se donosi između dvije FTTH izvedbe: GPON ili PTPF. U Francuskoj, npr. France Telecom se odlučio za GPON, a privatni davatelj usluga Free koristi PTPF. Slično je i kod nas, Hrvatski Telekom u ovom trenutku testira nekoliko raznih varijanti GPON-a, dok većina privatnih operatera izgrađuje PTPF mreže. Eventualni iskorak na 10G-PON zahtjeva kompatibilnost prema „sporijim“ GPON/EPON rješenjima. Ovo ubrzanje ostvareno u vremenskoj domeni je tehnički kompliciranije i limitiranije od direktne primjene CWDM sprežnika, kada se zadržava normirana agregatna brzina GPON-a od 2.5 Gbs, sa mogućnošću naknadnih ubrzavanja. Oba standarda se očekuju oko 2010. g. Pri tome je primjena CWDM u već postojeći GPON vrlo jednostavna – dodaju se pasivni CWDM sprežnici/rasprežnici na oba kraja, bez obzira koji je GPON protokol odabran i koja je agregatna brzina aktivna. U Hrvatskoj, prave Triple Play i FTTH mreže nastaju tek sa integracijom usluge video prijenosa uz već postojeće VoIP i Internet veze. U ovom trenutku kod nas postoji desetak tisuća FTTH priključaka različitih privatnih pružatelja usluga. Neki koriste i WDM kao rješenje (Metronet). Iako se radi o početnim instalacijama, biti će interesantno napraviti analizu prisutnosti “broadband”-a već krajem g.2009., do kada se planira značajna primjena FTTH priključaka dominantnog operatera T-HT. Kako sada stvari stoje, testiraju se pilot rješenja - očekujem da će T-HT odabrati GPON, sa mogućnošću proširivanja uporabom CWDM-a.

LITERATURA

• /1/ Sead Dubravić ”Tehnološke izvedbe FTTx kabelskih sustava”, , KOM’2007: Zbornik radova sa Savjetovanja, 2007

• /2/ Sead Dubravić ”Primjena optičkih kabela u lokalnim računalnim mrežama po standardima ISO”, , KOM’95: Zbornik radova sa Savjetovanja, 1995

• /3/ Sead Dubravić ”Projektiranje i izgradnja monolitnih optičkih kabelskih sustava” , KOM’97: Zbornik radova sa Savjetovanja, 1997

• /4/ Bob Lund “A Comparison of PON and Point-to-Point Optical Acecess Networks”, www.opticalsolutions.com, 2000

• /5/ M. Klimek, “ATM Passive Optical Network”, Alcatel Telecommunications Review”, 2002

• /6/, Paul Whittlesey “Fiber to the Curb and Beyond”, WaveOptics, 2002

• /7/ W.J.Goralski, “SONET – a Guide to Synchronous Optical Networks”, Macgraw Hill, pp. 371-439,

• /8/ A.Banerjeem, Y.Park „WDM Passive Optical Network technologies for Broadband Access“, Joptical Networking, Vol. 4, No. 11 , November 2005

• /9/ F.Nedvidek, M.Nebeling „Deploying CWDM to Overcome Bandwith Limitations of FTTH Access Networks“, FTTH Conference, October 2006.