Какую скорость интернета поддерживает оптоволокно

500 Гбит/с — рекорд скорости в оптоволоконных сетях

Инженерам из Германии удалось добиться рекордной скорости передачи данных по оптоволокну в реальных, не лабораторных, условиях — 500 Гбит/с в одном канале.

Кто установил рекорд

По данным ОЭСР, через три года количество устройств интернета вещей может достигнуть 50 млрд. С ростом числа гаджетов вырастет и объем трафика в мобильных сетях — по некоторым оценкам, примерно в четыре раза. В Deloitte говорят, что существующая оптоволоконная инфраструктура, которая станет основой для 5G-сетей, не справится с подобной нагрузкой.

По этой причине все больше компаний и исследовательских организаций работают над технологиями, повышающими пропускную способность «оптики». Одной из таких организаций является Мюнхенский технологический университет (TUM). Его сотрудники еще пять лет назад разработали алгоритм вероятностного формирования сигнального созвездия — Probabilistic Constellation Shaping, или PCS (подробнее о нем расскажем далее). В 2016 году с её помощью удалось впервые достичь терабитной скорости передачи данных в лаборатории.

В феврале этого года та же группа ученых поставила другой рекорд — они осуществили передачу данных на скорости 500 Гбит/с, но сделали это в «полевых» условиях. Для тестов использовали сигнальный процессор Nokia PSE-3, который внедрили в сеть немецкого оператора M-Net.

Как работает алгоритм

PCS — это метод, который дополняет квадратурную амплитудную модуляцию (QAM) в оптоволоконных сетях. В классическом случае QAM все точки (значения амплитуды сигнала) имеют равные веса и используются с одинаковой частотой.

Алгоритм PCS, разработанный инженерами из TUM, каждый раз выбирает оптимальную группу точек, которая лучше всего подходит для текущего состояния канала. Для каждой из точек созвездия высчитывается вероятность искажения данных и значение требуемой на отправку сигнала энергии. Чем меньше искажение сообщения и энергозатраты, тем чаще используется конкретная амплитуда. То, насколько часто использовать точку созвездия, определяют функции распределения вероятности. Они выводятся опытным путём для каждой конкретной сети на основе данных о среднем уровне шумов в оптическом канале.

/ Wikimedia / Splash / CC BY-SA / Сигнальное созвездие для 16-QAM

Обычно PSC реже задействует сигнальные точки с большой амплитудой. По словам разработчиков, это позволяет повысить устойчивость сигнала к шумам и увеличить скорость передачи. Например, для 16-QAM «прирост» составляет от 15 до 43%.

Применение и потенциал технологии

По словам президента Nokia Bell Lab Маркуса Велдона (Marcus Weldon), в будущем PCS позволит оптоволоконным сетям передавать большие объемы данных и динамически адаптироваться под текущие потребности в трафике (например, в 5G-сетях).

Технологию уже поддерживает провайдер сетевого оборудования Infinera. Компания использует вероятностную модуляцию в цифровых сигнальных процессорах серии ICE. В Infinera заявляют, что устройства смогут увеличить пропускную способность сетей до 800 Гбит/с, но пока их возможности еще не были протестированы. Представители компании говорят, что технология поможет мобильным операторам и интернет-провайдерам сократить расходы на развитие инфраструктуры и строительство новых линий.

Но на популярность вероятностной модуляции может повлиять один недостаток: она плохо оптимизирована для работы с существующими методами прямой коррекции ошибок (FEC) при передаче данных. FEC-методы рассчитаны на то, что все комбинации в канале используются одинаково часто. В случае с PCS некоторые точки созвездия выбираются чаще других, что может сказаться на производительности сети. Для решения этой проблемы разрабатывают более совершенные FEC-методы, например «распараллеливают» схемы коррекции и проводят несколько проверок одновременно.

О чем мы пишем в нашем корпоративном блоге:

/ Flickr / Groman123 / CC BY-SA

Аналог вероятностной модуляции

Есть ещё один вид модуляции сигнального созвездия — геометрический. Он отличается от вероятностного тем, что меняет не частоту использования конкретной точки, а форму созвездия. Для этого к амплитудной модуляции сигнала добавляют фазовую, что позволяет «сдвинуть» точки относительно друг друга. Как и вероятностная модуляция, геометрическая помогает добиться более эффективного использования оптического канала: расположение точек в созвездии выбирается так, чтобы в каждой из них отношение сигнал/шум (SNR) было максимальным.

Преимущество геометрического вида перед вероятностным — меньшее количество возможных значений амплитуды. Эта особенность снижает шанс искажения сигнала. Однако у геометрической модуляции есть недостаток: на практике она оказывается менее эффективной в уменьшении искажений сигнала, чем вероятностная.

Специалисты надеются улучшить геометрическую модуляцию с помощью методов машинного обучения, используя их для определения оптимальной формы сигнального созвездия. Результаты пока не очень впечатляют: в исследовании 2018 года простая однослойная нейросеть помогла повысить значение SNR на один процент. Однако инженеры планируют продолжать работу и поэкспериментировать с рекуррентными нейронными сетями.

Пока что геометрическая модуляция сигнального созвездия проигрывает вероятностной при работе в реальных сетях, и поэтому последнюю считают наиболее перспективным методом увеличения пропускной способности интернет-каналов. Ожидается, что в ближайшем будущем вероятностная модуляция принесёт пользу интернет-провайдерам в создании высокоскоростных линий fiber to the home, а также облачным провайдерам, например при переносе данных между разными дата-центрами.

Дополнительное чтение в нашем блоге на Хабре:

Источник

LTE, оптоволокно, VDSL: что быстрее?

VDSL, LTE и оптоволокно — самые популярные типы соединений для передачи данных. Но какой из них на самом деле самый быстрый? Мы сравнили скорость трех способов связи и выяснили, что теория сильно отличается от практики.

Что означает информация о скорости

Ниже в статье вам часто будут встречаться данные о скоростях в Мбит/с (мегабитах в секунду). Расшифруем, что это значит, ведь без этого нам будет сложно разбираться дальше.

Чтобы быстро получить наглядное представление о количестве данных, разделите декларируемую скорость примерно на 10. Для соединения с 16 Мбит/с вы получите значение 1,6. Это примерно соответствует скорости загрузки со скоростью 1,6 МБ/с (мегабайт в секунду). Строго говоря, делить необходимо на 8 (так как в одном мегабайте содержится 8 мегабит). Таким образом, скорость загрузки (Downstream) для линии с 16 Мбит/с точно будет равна 2 МБ/с. Правда, такие значения можно достичь только в теории: фактические скорости обычно выглядят по-другому.

3 место: VDSL2

VDSL (Very High Speed Digital Subscriber Line) — это, пожалуй, самый распространенный способ передачи данных. Теоретически с VDSL2-соединением вы сможете получить скорость загрузки до 250 Мбит/с. Скорость выгрузки в интернет у него составляет, напротив, до 40 Мбит/с, что несколько лет назад почти соответствовало максимально возможному значению. На практике все выглядит немного по-другому: стандарт позволяет использовать только 70-80% скорости.

На профессиональном жаргоне VDSL называется Fiber to the Curb (по-русски — «оптоволокно до бордюра», то есть до микрорайона, группы домов). Это означает, что самый длинный путь сигнал проходит через оптоволокно, но этот путь заканчивается в DSLAM, сером распределительном ящике на улице. Последний участок пути до вашего дома сигнал проходит по медному кабелю. Соответственно, чем дальше вы находитесь от DSLAM, тем медленнее ваши входящая и исходящая скорости интернета.

Однако у VDSL есть одно неоспоримое преимущество: по сравнению с другими технологиями передачи данных, он доступен почти везде. Возможности подключения постоянно расширяются даже в сельских районах.

2 место: беспроводная сеть LTE

Практически каждый новый смартфон поддерживает LTE (Long Term Evolution — он же 4G). Но какие преимущества есть у преемника медленной сети UMTS?

Теоретически, скорость LTE может достигать до 300 Мбит/с при загрузке и 50 Мбит/с при выгрузке. Но для этого вы должны быть единственным человеком, который будет подключен к сети в конкретный момент, так как фактическая скорость зависит от количества подключенных пользователей. Таким образом, чем больше смартфонов использует интернет одновременно, тем хуже пропускная способность сети.

Именно поэтому операторы предлагают скорость загрузки от 10 до 50 Мбит/с, а реальная скорость выгрузки составляет в лучшем случае 15 Мбит/с. Конечно, все зависит от провайдера, загрузки сети и степени покрытия вашего района, но в среднем картина одинаковая для всех крупных операторов. Для примера, в нашем тесте скорость 4G у MTC в Москве составила около 13 Мбит/с при загрузке и 0,41 Мбит/с при выгрузке.

Еще одна особенность мобильной связи — как правило, после определенного лимита трафика скорость снижается, и вам приходится либо обновлять пакет, либо мириться с более медленным стандартом EDGE. Но преимущество 4G очевидно: это беспроводной стандарт, которому не нужна куча кабелей, как VDSL.

1 место: оптоволокно

Среди всех типов соединения лидерство явно принадлежит оптоволоконной связи — по крайней мере, в теории. На практике оптоволоконное соединение совсем немного быстрее, чем LTE или VDSL2.

Источник

Какая пропускная способность у современных волоконно-оптических линий связи?

Каждая сотовая сеть нуждается в надёжной транспортной сети с достаточной пропускной способностью. Её можно сравнить с кровеносной системой, без которой передача данных абонентов, звонков, сообщений просто невозможна.

Основу современных транспортных сетей составляют ВОЛС — волоконно-оптические линии связи . Их эволюция столь же стремительна как и развитие стандартов сотовой связи.

Буквально за 3 десятилетия скорости передачи данных в них выросли на тысячи или даже в миллионы раз. Давайте посмотрим: с какой пропускной способностью работают ВОЛС сегодня .

Итак, максимально просто ВОЛС можно представить как тонкое волокно, выполненное из стекла, с одной стороны которого лазер передаёт световой поток, а с другой стороны — приёмник его принимает.

В зависимости от того на какое расстояние нужно передать данные может быть выбран разный метод модуляции — то как информация закодирована в световом потоке. Кроме того, можно выбрать разную ширину канала для передачи, например, от 50 до 100 ГГц.

При разном сочетании ширины канала и модуляции в одном световом потоке или, как правильно его называть, оптическом канале можно передавать данные со скоростью от 100 до 800 Гбит/сек . Но это лишь начало.

В современных ВОЛС сейчас используется технология DWDM — плотного мультиплексирования (объединения) оптических каналов. Это означает, что через одно физическое волокно можно передавать больше сотни оптических каналов с разнесением по частоте.

Понятно, что чем шире каждый оптический канал — тем меньше их количество можно объединить в одном волокне. Но максимальная суммарная пропускная способность, то есть произведение числа волокон на пропускную способность каждой из них может достигать 32 Тбит/сек !

И это не какие-то теоретические изыскания, а готовое оборудование, которое можно купить и установить. Лишь бы были деньги и что передавать с такой скоростью))

Но на этом наши подсчёты не заканчиваются. Мы остановились на одном физическом волокне. Но оптоволоконный кабель, который укладывают в кабельную канализацию, подвешивают на опоры, закапывают в траншею или укладывают на дно моря может содержать несколько десятков физических волокон, и даже более сотни.

Возьмём, например, кабель со 144 волокнами. Такие выпускают и прокладывают. В наших расчётах далее нужно учесть, что волокна в DWDM работают парами: одно на передачу, а другое — на приём. Итого имеем 72 пары х 32 Тбит/сек = 2,3 Пбит/сек .

Думаю, с приставкой «пета» сталкивается не каждый из вас в жизни)) Да и сотовые компании не часто. Поэтому один оптический кабель часто используют сразу несколько компаний. В аренду сдают даже отдельные оптические каналы, ведь 200-400 Гбит/сек — тоже очень высокая скорость передачи сама по себе.

Отмечу ещё раз, что это лишь максимальные скорости передачи данных — по верхнему потолку для магистральных каналов связи. Чем больше будет дистанция передачи — тем ниже пропускная способность, физику не обманешь.

Также итоговые цифры сильно зависят от используемого оборудования, условий прокладки кабеля, наличия повреждений, чистоты сварки волокон и множества других нюансов. Тем не менее, потенциал ВОЛС огромен .

В итоге можно сказать, что несмотря на рост объёмов передаваемых данных в системах связи, в том числе и в сотовых, в геометрической прогрессии, ВОЛС уже сейчас готовы удовлетворить потребность даже на десятилетие вперёд.

Именно благодаря технологиям ВОЛС, сотовые стандарты могут развиваться так быстро, а сотовые компании стремительно наращивать количество базовых станций, в том числе и 5G.

Присоединяйтесь к каналу в Дзен и Telegram и ставьте 👍

Источник