CC BY
25
Ограничения пропускной способности существующей волоконно-оптической инфраструктуры связи
Пропускная способность волоконнооптической инфраструктуры японских сетей связи за последние 20 лет (с 1987 по 2007 гг.) увеличилась в тысячу раз - с 1,6 Гбит/с до 1,6 Тбит/с. В целом информационный трафик в стране сегодня превышает 1 Тбит/с, а годовой прирост национального трафика составил 40%, несмотря на беспрецедентный экономический спад. Оценки на ближайшие 20 лет при сохранении темпов прироста трафика позволяют предположить, что Япония будет иметь волоконно-оптическую инфраструктуру связи в тысячу раз более широкополосную, чем сегодня. Таким образом, в ближайшие 20 лет можно ожидать наступления «петабитной эры», поскольку придется передавать изображения ультравысокой четкости по создаваемым сетям нового поколения и использовать ультрареалистические способы отображения видеоинформации. Как это может быть достигнуто?
Все это потребует строительства «петабитной» волоконнооптической инфраструктуры для удовлетворения высоких темпов роста трафика. Однако максимальная скорость передачи по одному оптическому волокну, как показано на рис. 1, быстро приближается к своему пределу из-за ограничений полосы пропускания оптического усилителя и мощности сигнала, вводимого в оптическое волокно. В частности, феномен, именуемый «плавлением волокна», который вызывает размягчение сердечника волоконно-оптической жилы, начинает проявляться при уровнях оптической мощности в пределах 1-2 Вт. Поэтому наращивать мощность возбуждения оптической несущей в режиме WDM или мощность накачки Рамановского усилителя выше определенного уровня нельзя. Кроме того, пропускная способность передачи по волоконно-оптическим подводным кабелям, соединяющим Японию с другими странами, также приближается к своему предельному значению из-за ограничений по мощности электропитания оптических усилителей в подводных кабельных линиях. Таким образом, исключительную важность приобретает задача радикального усовершенствования волоконно-оптической инфраструктуры
связи, включая наземные и подводные кабельные линии,оборудование волоконнооптической передачи и технологические узлы, необходимые для построения ИКТ-инфраструктуры будущего.
Инициатива ЕХАТ и ее задачи
Все указанные соображения и принципы легли в основу инициативы ЕХАТ (Extremely Advanced Transmission), предпринятой в январе 2008 г. Национальным институтом информационных и коммуникационных технологий (NICT) Японии совместно с правительством, представителями промышленности и Академией наук страны. Совместная исследовательская группа (того же названия) начала поиск путей радикального прогресса в области волоконно-оптической инфраструктуры связи. В число ее первоочередных задач вошло исследование ограничений существующих технологий, разработка и освоение перспективных технологий, выявление потенциальных проблем систем связи будущего. Специфика и сложность задач потребовала организации «Международного симпозиума по глобальным оптическим инфраструктурным технологиям следующих десятиле-
тий» (ноябрь 2008 г.), который сыграл роль предварительного слушания для ЕХАТ-инициативы. Организуя мероприятия такого рода, японские ученые и специалисты стремились акцентировать внимание на важности проблемы ограничений, присущих существующей волоконно-оптической инфраструктуре связи.
В процессе своей деятельности группа ЕХАТ должна подготовить обзор других инициатив, предпринимаемых на национальном и международном уровне, для преодоления указанных выше ограничений волоконно-оптической инфраструктуры связи. При этом должны быть выделены три важных момента:
1. Состояние технологий производства оптических волокон и технологий, разработанных для преодоления существующих ограничений.
2. Состояние и перспективы дальнейшего развития технологий многоуровневой модуляции.
3. Состояние и перспективы развития подводных волоконно-оптических кабелей.
Далее эти технологии должны быть детально описаны экспертами в каждой области. Что касается вопросов, обозначенных в п. 1, то проблеме, соз-
48
век| КАЧЕСТВА № 3 • 2010
5
HG
ИЗ ЗАРУБЕЖНЫХ ИСТОЧНИКОВ ПРАКТИКА
□ С G
даваемой феноменом плавления оптического волокна, группа ЕХАТ собирается противопоставить огромный прирост пропускной способности, получаемый благодаря использованию оптических волокон с несколькими сердечниками. По п. 2 программы будут рассмотрены когерентные системы передачи, которые имеют высокую спектральную эффективность. Наконец, по вопросам, указанным в п. 3 программы, исследовательской группы должны быть разработаны и описаны наиболее инновационные технологии производства волоконно-оптических кабелей, позволяющие быстро наращивать их пропускную способность по мере необходимости.
Следуя вышеуказанной программе исследований, группе ЕХАТ предстоит найти три М-технологии, которые потребуются для реализации «петабит-ной» системы волоконно-оптической связи в короткие сроки и без проблем. Первой М-технологией должно стать оптическое волокно с многими сердечниками, в котором применяется мультиплексирование с пространственным разделением каналов (SDM). Второй М-технологией является мультиплексирование с разделением мод (Mode Division Multiplexing - MDM), которое используется совместно с первой М-технологией. В области радиосвязи недавно были разработаны технологии типа MIMO, позволяющие повысить объем информации, который может быть передан с использованием среды передачи с многими входами и выходами. Поэтому важно изучить каждую из перспективных технологий передачи с точки зрения способа разделения каналов при мультиплексировании, использующим мультимоды. К третьей М-технологии относится многоуровневая модуляция, которая позволяет добиться высокой эффективности использования полосы частот передачи, сравнимой с эффективностью беспроводных систем. Эта технология требует сложных и даже оригинальных методов обработки сигнала и совершенно новой архитектуры сетевых узлов. Будущая глобализация волоконно-оптических сетей ставит вопрос о преодолении ограничений существующих инфраструктур еще более остро, поскольку эти ограничения становятся особенно значимыми для перспективных межконтинентальных волоконно-оптических кабельных линий связи.
Всем миром
Описанные выше направления развития оптоволоконной связи сформировались не только в Японии. На
Рост трафика в сети Интернет
1Е
1Р
ЕХАТ
технологии
It
-Ч V
SDM, MDM
1Т
1G
юом
и
„—Первый бустер -
TOYUnnnrMM
1980
1G
2020
Рис. 1. Прирост пропускной способности оптического волокна и цели инициативы ЕХАТ
Морской подводный кабель
Необходим радикальный прогресс волоконнооптической инфраструктуры связи, включая новое поколение подводных кабельных волоконнооптических технологий для преодоления мощностных ограничений
Три различных области передающих технологий, объединенных для достижения 1000-кратного увеличения пропускной способности
Наступление «петабитной эры»:
- предел пропускной способности волоконно-оптической передачи;
- предел по мощности электропитания оптоволоконного подводного кабеля
1ри мульти-технологии
Рис. 2. Три М-технологии, необходимые для достижения 1000-кратного увеличения скорости передачи
международной конференции по волоконно-оптической связи 0РС’2009, которая проходила в прошлом году в Сан Диего (США), заключительная сессия называлась «Проблема нехватки ресурсов пропускной способности». Зал, в котором проходила сессия, был переполнен специалистами, а представленные доклады, вызвавшие у них живой интерес и дискуссию, полностью совпадали с целями и задачами японского проекта ЕХАТ. Специалисты в Европе и США полностью разделяют точку зрения участников проекта ЕХАТ относительно будущего волоконно-оптической инфраструктуры связи. Таким образом, исследования, проводимые в рамках данного проекта, и поиск решений ука-
занных выше проблем имеют большое значение для развития телекоммуникаций во всем мире. Тем не менее инициатива ЕХАТ является первой в сфере волоконно-оптических сетевых технологий, поставившая вопрос о том, каким должно быть новое оборудование передачи по волоконно-оптическим линиям, которое должно поддерживать новое поколение инфраструктуры связи?
Публикуя общую информацию об инициативе ЕХАТ и исследованиях, проводимых в его рамках, японские специалисты выражают уверенность, что она послужит основой для разработки новых волоконно-оптических технологий связи, необходимых телекоммуникационной отрасли в течение 20-30 лет. ■
№ 3 • 2010 ВеК| КАЧЕСТВА
