RLC

Optické vlákno až na stůl

Autor: Ing. Jaromír ŠÍMA

(Přepis článku, který byl publikován v příloze časopisu Sdělovací technika 7/2009. Stažení této přílohy ve formatu *.pdf je možno kliknutím na ikonu umístěnou nad tímto textem vpravo.)

Inteligentní digitální domácnost se stává skutečností. Jedná se o trend, který zahrnuje celkovou architektonickou a technologickou koncepci sdružující do jednotného systému všechny funkce, aplikace a koncová zařízení moderní domácnosti. Základem integrace je vzájemná komunikace prostřednictvím externích a interních širokopásmových komunikačních sítí, které podstatně přispějí ke zvýšení kvality a zjednodušení našeho každodenního života. O vývojových trendech v této oblasti jsme hovořili s ing. Jaromírem Šímou, vedoucím vývoje společnosti RLC Praha a.s.

Můžete nám krátce představit Vaši firmu?

Firma RLC Praha a.s. byla založena v roce 1993 jako spol. s.r.o. třemi inženýry elektrotechnické fakulty a název RLC vychází z elektrotechniky a nejedná se o iniciály jejich jmen, jak jste asi čekal – R = odpor, L = indukčnost, C = kapacita – jednoduché že? V roce 2000 byla firma převedena na akciovou společnost. Původně jsme se věnovali instalacím počítačových sítí a hlavní směr vývoje firmy byla vláknová optika. S tím souvisí vlastní výroba optických propojovacích kabelů a pigtailů, velkoobchod s optickými kabely
a komponenty pro výstavbu optických sítí. Poskytujeme i komplexní služby včetně instalací v oblasti vlnových multiplexů (sítě WDM, CWDM a DWDM) v páteřních sítích a řešení pro optické přístupové sítě až do jednotlivých domů a bytů (FTTH). Úzce spolupracujeme s partnery, kterými jsou známé i méně známé firmy v oblasti vláknové optiky, jako 3M, Acome, Allied Telesis, Cisco, Exfo, Furukawa Electric, KDP, Silec Cable, Transmode, Tyco Electronics, ZweiCom, a další.

Do oblasti komplexních služeb realizovaných naší firmou patří např. instalace systémů WDM švédské firmy Transmode v páteřních sítích společností SLOANE PARK Property Trust, a.s., SELF servis, spol. s r.o. a UPC Česká republika a.s. Zajímavou referencí sítí FTTH jsou dodávky a služby pro probíhající výstavbu optické sítě RIO Media, a.s., kdy je optické vlákno přivedeno až do jednotlivých bytů zákazníků.

Páteřní sítě jsou beze sporu doménou optických vláken. Jsou však včera a dnes instalovaná vlákna i zítra perspektivní?

Optické vlákno samotné (zde mám na mysli jednovidové optické vlákno) má šířku přenosového pásma cca 50 THz. V dnešní době tak současnými technickými prostředky stále neumíme plně využít tuto přenosovou kapacitu. Použití vlnového multiplexu WDM (Wavelength Division Multiplexing) přináší možnost lepšího využití této kapacity. Prakticky to znamená, že lze přenášet až několik
desítek, ve větších systémech až několik set nezávislých komunikačních kanálů s rozdílnými vlnovými délkami, každý o rychlosti 10 nebo 40 Gbit/s. V blízké době bude na jednom dnešním optickém vláknu běžné, při nasazení systémů DWDM s 80 kanály po 100 Gbit/s, dosažení celkové přenosové kapacity 8 Tbit/s.

I když je optické vlákno, jak říkáte, instalováno již včera a je jednovidové, máte vyhráno. Stačí jen zkontrolovat – změřit jeho  parametry, zejména vložný útlum a disperzi. V případě nevyhovujícího typu optických konektorů (s velkým útlumem odrazu) je nutné tyto konektory vyměnit za nové. I na „včerejším“ optickém vlákně můžeme běžně přenášet signály o rychlosti 2,5 Gbit/s na  vzdálenosti několika desítek kilometrů a po změření parametrů polarizační vidové disperze (PMD) je ve většině případů možné
využít toto mnohdy i 15 let staré optické vlákno pro systém DWDM a přenos několika desítek kanálů s rychlostmi 10 Gbit/s.

Nasazením vlnového multiplexu WDM lze na existujícím vláknu dosáhnout zvýšení přenosové kapacity. Co je dražší – WDM nebo položení nového kabelu?

Nelze obecně prohlásit, jestli instalace některé verze systému vlnového multiplexu WDM bude levnější nebo dražší, než položení nového optického kabelu. Záleží zde na mnoha faktorech, zejména na délce úseku optického kabelu a „připravenosti“ trasy. V případě, kdy můžeme využít stávající optické vlákno, tak s prodlužující se délkou optického vlákna bude instalace WDM systému výhodnější. Podle přenosových požadavků většinou volíme mezi tzv. hrubým nebo hustým vlnovým multiplexem (Coarse – CWDM versus Dense – DWDM). Pokud si samotné optické vlákno pronajímáme od některého poskytovatele služeb, většinou je cena vlastního instalovaného systému WDMRLC nižší, než cena, kterou bychom zaplatili za pronájem dalších potřebných optických vláken pro přenos požadovaného množství dat.

Jak na dlouhé úseky páteřních sítí?

Při neobvykle dlouhých úsecích používáme výkonnější optické transceivery (aktivní prvky ať už s výměnnými typy transceiverů typu SFP či XFP, nebo fixními typy optického rozhraní). Například pro systém CWDM a přenos gigabitového Ethernetu můžeme volit mezi SFP transceivery s příslušnou vlnovou délkou pro 40, 80, 120 a případně až 150 km, které zasuneme přímo do slotu SFP Ethernet přepínače. Propojovacím optickým kabelem pak pouze tento SFP transceiver spojíme s odpovídajícím vstupem pasivního CWDM
multi/demultiplexoru. Pro ještě větší vzdálenosti a přenosové rychlosti je nutné nasazení optických zesilovačů, případně jako součást celého systému DWDM, typu EDFA anebo i Raman.

FTTH – optické vlákno do domu?

Marketingová bublina nebo perspektivní nutnost? Příchod nových multimediálních interaktivních služeb, práce na dálku (teleworking) či „virtuální dojíždění“ (telecommuting), video na přání, televize s vysokým rozlišením, v budoucnu i 3D televize apod. kladou stále větší požadavky na rychlost uživatelské přípojky. Stávající operátoři pevných přístupových komunikačních sítí většinou „vytěžují“ své instalované měděné telefonní kabely pomocí systémů xDSL. K dosažení přenosové rychlosti v desítkách Mbit/s na běžném krouceném měděném páru nasazují technicky stále náročnější modulační technologie. Dříve nebo později však nebude metalické vedení stačit a bude nutné přejít na optické vlákno do jednotlivých domů a bytů. Již dnes je v optických sítích FTTH běžně nabízena rychlost 100 Mbit/s a ani rychlost 1 Gbit/s není jen vzácnou výjimkou.

Tak jako je dnes běžné, že při výstavbě nového domu nebo bytu se investor zajímá o přípojky vody, kanalizace, elektřiny, plynu a příjezdové cesty, měl by se také zaobírat možnostmi perspektivního datového připojení a Internetu. Optické vlákno přivedené do domu – vysokorychlostní komunikační „dálnice“ a s ní související nové typy služeb – by mělo být stejně běžné a dostupné jako výše uvedené přípojky. Vysokorychlostní komunikační „dálnice“ přinese nezanedbatelné materiálové a časové úspory, celá odvětví služeb budou jinak fungovat. Vzniknou nové typy televizních stanic s přímou zpětnou vazbou od diváků, reklamní sdělení budou moci být adresná podle skutečných zájmů uživatele, atd. Vysokorychlostní komunikační „dálnice“ bude tvořit samozřejmě i nezanedbatelný příjem pro poskytovatele připojení.

Opravdu myslíte, že „starý dobrý“ měděný kabel má i v přístupových sítích vyslouženo?

Porovnáme-li vlastnosti měděného a optického kabelu pro přenos informací, zjistíme, že optický kabel má oproti metalickému měděnému kabelu velké množství výhod. K hlavním výhodám patří obrovská přenosová kapacita, nízký vložný útlum umožňující přenos dat na velké vzdálenosti a menší průměr a hmotnost. Optické vlákno je vyrobeno z křemenného skla, je to dielektrikum (nevede elektrický proud) a dá se proto použít i v prostředích s vysokým elektromagnetickým rušením, například v souběhu s vedením velmi vysokého napětí nebo v prostředích, kde by případná jiskra mohla vyvolat nebezpečí výbuchu nebo požáru. Na rozdíl od metalického kabelu, je odposlech přenášených informací optickým vláknem prakticky nemožný nebo velmi obtížný. Správně instalovaný optický kabel má také dlouhou životnost.

Díky úspoře místa a materiálů v konstrukci optických kabelů a trubek, se dostáváme na celkem zajímavé ceny, které jsou již nižší než cena metalických vedení. Optické kabely se stejně jako metalické, ukládají většinou jako podzemní vedení. Díky nižší hmotnosti a rozměrům se však dají jednodušeji ukládat. Cena optického kabelu je jen cca 10 % celkových nákladů na vybudování optické sítě.

Nejvyšší podíl nákladů na optickou síť není tedy překvapivě v samotné technologii optických kabelů a příslušenství (zemních spojek, optických rozvaděčů apod.), ale stejně jako u metalických kabelů, v ceně samotných výkopových a přípravných pracích. Existuje celá řada technik, jak využít stávající infrastrukturu k vedení optických kabelů. Je například možné uložit optický kabel do úzké drážky v tělese vozovky či chodníku jen pár centimetrů pod povrchem nebo do kanalizačního potrubí. Další zajímavou možností je uvolnění
duše starého, v zemi ležícího metalického kabelu, kdy vznikne „trubka“ kterou tvoří plášť původního kabelu a touto trubkou lze pak zatáhnout mikrotrubičku nebo přímo optický kabel. Nejlevněji z hlediska uložení optického kabelu vychází, tam kde je to možné, využití nadzemních vzdušných tras elektrických nebo telefonních vedení. Díky dielektrickým vlastnostem, nízké hmotnosti a rozměrům optických kabelů nedojde k ovlivnění statiky a funkce existujících vedení. S použitím příslušného typu optického kabelu lze
překlenout i více než 100 m mezi stožáry. Speciální konstrukce optických kabelů umožňují využít i vedení velmi vysokého napětí. Tuto možnost instalace doporučujeme všude tam, kde by cena za přivedení optického kabelu do malého města nebo vesnice byla příliš vysoká a případně znemožnila co nejrychlejší zavedení moderních vysokorychlostních služeb.

Neomezená přenosová kapacita až do domu – vynikající. Co potom?

Pokud je dům napojen přímo optickým vláknem (FTTB – Fiber To The Building), je dalším krokem zavedení optického vlákna až do bytu k uživateli. Tento typ přípojky umožní uživateli prakticky neomezený vysokorychlostní přístup ke všem komunikačním službám. Někteří menší poskytovatelé Internetu začínají přecházet z bezdrátových sítí typu WiFi na pevné sítě, kdy sice do bytového domu dovedou optické vlákno, ale v přízemí domu nainstalují skříň s aktivním prvkem – přepínačem a dále k uživateli pokračují klasickým metalickým kabelem. Velkou nevýhodou tohoto řešení je nutnost zabezpečení napájení a servisu pro aktivní prvky v jednotlivých domech a možný souběh metalických kabelů s vedením silových kabelů. Výhodou tohoto řešení byla dříve cena, ale to se během
posledního roku změnilo. Dnes po kalkulaci řešení optické sítě až do jednotlivých bytů prakticky všichni mění své plány a začínají budovat plně optické sítě typu FTTH/FTTD (Fibre To The Home/Fibre To The Desk).

Moderní, perspektivní výstavba – průmyslová i soukromá – vyžaduje kabeláž se stejnou životností jako celý dům, celá stavba, bez ohledu na to, co přijde v rámci digitalizace médií a nových datových služeb. Jak na to?

Pokud stavíme a vybavujeme dům nebo byt, je to s delší perspektivou než jen pár let. Po pár letech budeme obvykle měnit elektroniku, počítač, televizní přijímač, audiovizuální vybavení apod., ale nebudeme chtít měnit kabelové rozvody v domě. Dosavadní způsob instalace kabeláží v obytných domech se prakticky prováděl pořád stejně již od padesátých let minulého století (typicky zde byl jen telefonní rozvod, domácí telefon+vrátník). S příchodem počítačů, Internetu a systémů domácího kina však potřebujeme již
něco více. Před více než třiceti lety bylo většinou nutné při výměně počítačového systému vyměnit i kompletní kabeláž k tomuto systému. Aby bylo možné tuto kabeláž používat déle, byly vyvinuty standardy pro tzv. strukturovanou kabeláž počítačové lokální sítě LAN. Tato strukturovaná kabeláž je od té doby běžně instalována v každé kancelářské budově a firmě, bez ohledu na typy budoucích připojených počítačových zařízení.

Protože počítače se dostávají i do domácností a bytových domů, byla koncem roku 1999 přijata americká norma ANSI/TIA/EIA 570 (Residential Telecommunications Cabling Standard). Tato norma popisuje telekomunikační kabeláž pro obytné budovy s více byty a pro rodinné domy. Norma EIA/TIA 570 vychází ze specifikací pro univerzální strukturovanou kabeláž, je doplněna o koaxiální kabely pro přenos videosignálů a měla by splňovat všechny požadavky na současné i budoucí potřeby uživatelů obytných domů. Topologie kabeláže je typu hvězda a předpokládá vytvoření jednoho domovního distribučního centra, kam jsou svedeny všechny kabely od všech zásuvek v domě. Teprve toto domovní centrum je přes kabelové venkovní vedení (metalické nebo nejlépe optické) propojeno s vnějšími poskytovateli služeb, ať už se jedná o telefonní operátory, televizní kabelové sítě nebo přípojky na Internet. Celková maximální délka kabelu od domovního distribučního centra, včetně propojovacích patch kabelů, nesmí překročit vzdálenost 100 m. Kabely je možné přivést do všech místností v domě (kuchyně, ložnice, obývací pokoj, pracovna, dětský pokoj, ale i koupelna, toaleta, chodba, prádelna apod.).

V domovním distribučním centru jsou také umístěny další aktivní a pasivní prvky a musí zde být na ně dostatečná rezerva místa. Nalezneme zde aktivní prvky sítě Ethernet (rozbočovače nebo přepínače) a rozbočovače videosignálu
(pasivní nebo aktivní se zabudovaným zesilovačem), které umožňují rozvedení videosignálu kdekoliv je potřeba. Dále zde mohou
být modemy a routery s integrovaným firewallem pro připojení k Internetu, napojení na zabezpečovací systémy a pult centrální ochrany, připojení domovního satelitního přijímače apod.

Další oblastí instalací v bytech a domech je tzv. inteligentní domovní  instalace, kdy jsou propojeny jednotlivé dříve samostatné systémy ovládání vytápění, klimatizace, zabezpečení, požární signalizace, kamerového systému s počítačovou sítí do jednoho celku, který je možné ovládat např. pomocí televizních přijímačů nebo dálkově pomocí Internetu. Zde bohužel ještě existuje celá řada typů a druhů těchto domovních instalací a na skutečně jednotný systém si budeme muset ještě nějakou dobu počkat.

V každém případě ale doporučuji, pokud budete stavět dům nebo si pořizovat byt, abyste se seznámili s nabízeným vybavením v těchto oblastech a případně se obrátili na renomované firmy, které již tyto systémy běžně nabízejí.

Sny a skutečnost – kde je problém? Co je nezbytně nutné rychle změnit?

Největší náklady na výstavbu optické sítě spočívají ve vlastní pokládce optických kabelů do země. Při současné deregulaci trhu a vzniku nových operátorů a poskytovatelů služeb, bude docházet a již dochází k situaci, kdy existuje více možností připojení. Protože ale návratnost investic do náročných výkopových prací při výstavbě nové optické sítě je dlouhá, vzniká zde možnost tzv. Třetí cesty, kdy se sdruží dohromady skupiny uživatelů a přístupovou optickou síť vybudují na vlastní náklady. Tuto síť pak mohou pronajímat
operátorům, kteří budou mít zájem poskytovat hlasové a datové služby a nebudou tak nuceni budovat vlastní infrastrukturu. Velkou šanci tak dostávají obce a města, majitelé a provozovatelé většiny inženýrských sítí, když při budování plynových přípojek, vodovodu či kanalizace do výkopů přidají trubky a chráničky pro budoucí optické kabely. Vhodným návrhem lze při minimálních nákladech a následné minimalizaci dalších výkopových prací zajistit vysokorychlostní připojení dostupné pro všechny obyvatele.

Iniciativa s výstavbou těchto nových optických sítí by tak měla nejlépe vycházet od vedení obce nebo města. Bohužel povědomost o těchto možnostech výstavby není příliš vysoká. Zde nás všechny čeká ještě hodně práce s osvětou a přesvědčováním lidí, že by se o vysokorychlostní komunikační přípojku měli zajímat stejně, jako se zajímají o přípojku elektřiny a ostatních služeb. Pokud se podíváme do zahraničí, tak zejména v severských zemích Evropy sdružení měst a uživatelů fungují velmi dobře.

U nás by bylo třeba tyto snahy přímo podpořit příslušnou legislativou na podporu nezávislých vlastníků optických sítí a modelovými příklady nejen vlastního technického řešení, ale i možností financování např. z evropských fondů.