Nasazení optických bezdrátových sítí

V minulých dvou článcích jsme se zabývali principy přenosu optických signálů volným prostorem (FSO, Free Space Optics) a potenciálními konfiguracemi optických bezdrátových sítí, které lze mimo jiné využít pro řešení první míle, srovnatelné kapacitou (a cenou) jen s optickou přípojkou (FTTH/FTTB).

Podívejme se na výhody a nevýhody FSO ve srovnání s jinými technologiemi v přístupových a metropolitních sítích a na otázku spolehlivosti. Pro referenci připojuji odkazy na přední výrobce FSO zařízení, kde lze získat podrobné technické informace.

FSO a poskytovatelé služby

Ve srovnání s jinými bezdrátovými sítěmi není optická bezdrátová síť (pozn.: odborníci se někdy přou, zda se jedná spíše o optickou nebo bezdrátovou síť, většinou se přiklánějí k první variantě právě z dále uvedených důvodů) závislá na omezeném a regulovaném spektru a kmitočtové licenci, jako jsou rádiové sítě. Konvenční rádiové sítě jsou založeny na technologii vysílání do éteru (broadcast), všichni uživatelé v rámci buňky sdílejí dostupnou šířku pásma, buňky musí být dostatečně malé a výkon základnových stanic omezený, aby se mohly stejné kmitočty opětovně používat i v sousedních buňkách. Rádiové sítě tedy nejsou zrovna snadno rozšiřitelné a počet jejich uživatelů je omezen. Optické bezdrátové sítě podobné problémy nemají: technologie založená na přímé viditelnosti se vyhýbá nehospodárnému využívání spektra i prostoru, které je vlastní technologiím založeným na vysílání do prostoru.

Bezdrátové optické spoje mohou být velmi úzce zaměřené, takže nedochází ani k takovým nežádoucím postranním lalokům vyzařování jako u dvoubodových mikrovlnných spojů. S tím sice souvisí jedna z možných nevýhod, kdy u zařízení FSO umístěných na střechách výškových budov je třeba počítat s výkyvy, které by jinak (při vyšších rychlostech kolem 2,5 Gbit/s a vzdálenostech nad 1 kilometr) mohly znamenat ztrátu komunikace (řešením je divergence paprsku a vyvážené pole FOV, Field-of-View), ale v České republice takové problémy příliš nehrozí. Mimoto lze instalovat FSO zařízení také před nebo za okno.

U FSO nedochází k rušení typickému pro rádiové sítě, takže bezdrátové optické sítě nijak nenarušují nebo neovlivňují jiné komunikační infrastruktury. Nepotřebují ani žádné anténní věže a nemusí u nich být obavy z nežádoucích vlivů základnových stanic na zdraví, podobně jako u mobilních sítí.

Navíc ve srovnání s rádiovým přenosem se jedná o technologii velmi ekologickou, která neznečisťuje životní prostředí dalšími elektromagnetickými vlnami (nevytváří žádný elektrosmog, viz článek Elektrosmog a bezdrátová komunikace). Současně také optický bezdrátový přenos není náchylný k rušení jakýmikoli rádiovými vlnami.

Cena i rychlost instalace bezdrátových optických spojů je příznivá (doba instalace v řádu maximálně dní), protože nevyžaduje pokládku optických kabelů (a s tím spojená povolení) a počáteční instalaci infrastruktury, takže umožňuje snadné změny na straně zákazníka; z pohledu provozovatele sítě tak neznamená nebezpečí zmrazení pořizovacích nákladů. Optickou bezdrátovou službu pak lze poskytovat prakticky na požádání: k zákazníkovi se instaluje optický transceiver komunikující s místním uzlem, takže každý zákazník má nezávislou komunikační optickou cestu.

V metropolitní síti se náklady na implementaci FSO pohybují na úrovni jedné pětiny nákladů optické přístupové sítě a instalační doba je v porovnání s instalací optických kabelů desetinásobně kratší. FSO se uplatňuje nejen v metropolitních a přístupových sítích, ale také jako záloha pro veřejné bezdrátové přístupové sítě WiFi. FSO s WiFi pracuje bez jakéhokoli vzájemného rušení. Obrázek 1 ukazuje všechny momentální segmenty trhu, kde se FSO uplatňuje.

Obrázek 2 znázorňuje, jak si FSO stojí v porovnání s jinými technologiemi co do dosahu a kapacity.

Výhody bezdrátové optické komunikace – shrnutí

• vysoké přenosové rychlosti (10 Mbit/s – 2,5+ Gbit/s)
• žádné vzájemné rušení
• žádná potřeba kmitočtových licencí, povolení ke kopání ulic
• jednoduchost instalace, přenositelnost a flexibilita řešení (interní i externí umístění zařízení)
• malá spotřeba energie
• odolnost vůči změnám teplot i počasí (vyjma mlhy)
• bezpečnost provozu i přenosu
• nákladově výhodnější než klasická optická infrastruktura (rychlá návratnost vložených prostředků) – 1/3 – 1/5 nákladů na pokládku optických kabelů
• žádný další požadavek na mosty nebo směrovače u produktů, které v sobě zahrnují přepínač/směrovač pro IP/ATM
• (pro produkty pracující výhradně na fyzické vrstvě) transparentnost pro používané protokoly (IP, IPX atd.) a navazující sítě (Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, SONET/SDH, ATM nebo FDDI)

Spolehlivost ještě jednou

Přes zřejmé výhody optických bezdrátových sítí se FSO od 80. let spíše uplatňovalo v podnikových instalacích a provozovatelé neměli o tuto technologii zatím velký zájem. Důvodem je jejich obava z toho, že bezdrátová optika nedokáže splňovat současné požadavky na spolehlivost sítě vyjádřené „pěti devítkami“ (99,999 procenta), tj. výpadek maximálně v délce pět minut za celý rok.

Ve skutečnosti se tak vysoká spolehlivost vyžaduje pouze od páteřní přenosové sítě. Pro potřeby realizace podnikové sítě s FSO se většina uživatelů spokojí se spolehlivostí na úrovni 99,99 procenta (výpadek do celkem 53 minut za rok) a pro potřeby první míle (přístupu na Internet) dokonce s ještě o řád menší spolehlivostí, 99,9 procenta (jak ukazuje také výsledek ankety u minulého článku), tj. výpadek v délce maximálně devíti hodin za rok.

Připomeňme si ještě, že největším nepřítelem optiky bez kabelů je mlha, a na tu v českých podmínkách zatím ve většině lokalit nijak výrazně netrpíme. Mlha působí na FSO stejně jako déšť na venkovní rádiové systémy.

Spolehlivost systému FSO lze zvýšit:

• hybridním řešením se zálohou prostřednictvím RF sítě;
• širšími laserovými paprsky;
• více laserovými paprsky.

Závěr

Bezdrátové komunikační sítě mají nesporně budoucnost i přes své nevýhody, kterými je běžně nedostatek bezpečnosti, nespolehlivost komunikace a nedostatečná přenosová kapacita. To není případ bezdrátových optických sítí, které nabízejí maximální bezpečnost, spolehlivost komunikace a širokopásmový symetrický přenos k uživateli. A to nejen pro komerční zákazníky, ale i pro domácí uživatele nebo domácí kanceláře, kterým umožní cenově výhodně řešit problematickou a různě omezovanou komunikaci v přístupové síti. Ovšem za předpokladu požadavku na vysokou propustnost přístupové sítě a vysokou bezpečnost a ochoty si za ně příslušně připlatit, protože cenově se jedná o řešení srovnatelné s optickou přípojkou, které ovšem velice konkuruje.

Přední výrobci FSO (v abecedním pořadí, za poslední dva roky se jejich řady ztenčily a dá se předpokládat další úbytek):

• CableFree Solutions (UK)
• Canon USA
• CBL, Communication by Light (Německo)
• CommConnect LLC (US)
• Dominion Lasercom (US)
• fSONA Communications (Kanada) (podíl ve firmě má British Telecom)
• Furtera (US)
• Holoplex Technologies (US)
• iRLan (Israel)
• LightPointe (US) (nejbohatší zdroj informací o technologii)
• Miracle Networks (CZ)
• MRV Communications (USA)
• Omnilux (US)
• Optel (Německo)
• Optical Access (US)
• Optical Crossing (US)
• PAV Data Systems (UK)
• Plaintree Systems (Kanada)
• SpaceBridge Semiconductor (Kanada)
• Terabeam (US) (podíl ve firmě má i Lucent)
• UlmTech, Inc. (simulace povětrnostních podmínek)

Hybridní systémy FSO/RF dodávají MRV Communications (TeraScope Fusion), Terabeam (GigaLink), německý Communication by Light (AirLaser IP100), AirFiber (Hybrid FSO/Radio), IRLan (Izrael).