At bryde metroens flaskehals

I den såkaldte rygrad i telekommunikationssystemet, de fede rør, der hælder data på tværs af kontinenter, er navnet på spillet rå hastighed ( se Opbygning af en bedre rygrad , ). Men de data, der kører gennem telecom-rygraden, kan ikke opfylde sin mission, før de bliver ført gennem storbysløjfen, et komplekst netværk af kabler og switches, der leverer disse dele til virksomheder, fabrikker, skoler og hjem. Det er der, informationsstrømmen indsnævres til en relativ strøm, fordi metrosløjfen er lige så sammenfiltret som myldretidstrafikken i centrum. Hvis bredbåndsrevolutionen nogensinde skal blive en realitet, skal storbyens flaskehals brydes.

Men det er en stor ordre. Opgraderinger i metrosløjfen har været langt langsommere på vej end fremskridt i rygraden. Årsagerne spænder fra hårdere omkostningsbegrænsninger til bybureaukrati til tilstedeværelsen af ​​en patchwork-teleinfrastruktur, der går tilbage til 1970'erne og 80'erne. Men forskning og udvikling rettet specifikt mod metrosløjfen skubber langsomt en række forskellige løsninger ud af laboratoriet og under gaderne. Og hvis vi virkelig vil have bredbånd, var disse rettelser bedre.

Denne historie var en del af vores udgave fra juni 2001

• Se resten af ​​problemet
• Abonner

Svagt led

For at forstå omfanget af flaskehalsen skal du overveje metronetværkets plads i telekom-økologien. I rygraden måles transmissionshastigheder i billioner af bits i sekundet. På brugersiden kører højhastighedsnetværk med milliarder af bits i sekundet (gigabits). Men metrosystemerne, der forbinder disse to højhastighedsnetværk, stikker med kun millioner af bits i sekundet (megabit). Det er flaskehalsen, beklager Steve Schilling, præsident for adgangsnetværk hos Nortel Networks. Og denne metro-loop-indsnævring er ikke kun et problem for de virksomheder, der driver netværkene. Regelmæssige folk oplever det som optaget-signaler på hovedlinjen og fastholdte webbrowsere.

Hvis du leder efter en synder her, skal du ikke fingere på telefonselskaberne, der kører metrosløjfen. De planlagde forsigtigt (i det mindste, så troede de) for en stabil vækst i stemmekommunikation, som på det tidspunkt var deres brød og smør. Så blev de sammen med alle andre forblændet af nettets eksplosion. For to til tre år siden begyndte vi at løbe ind i kapacitetsproblemer i byområder, siger Stuart Elby, der leder udviklingen af ​​internetforbundne netværk hos Verizon, telefonselskabet, der betjener New York og New England. Hastigheder på 2,5 gigabit pr. sekund, nok til at håndtere tung net-genereret trafik, er kun almindelige i hjerterne af storbyer som New York eller Boston, hvor Verizon kører fiberoptisk kabel med 48 tråde. Mere typiske metro-loop-hastigheder varierer fra 1,5 til 600 eller deromkring megabit per sekund.

Og der er ingen stilstand i sigte for den belejrede metrodrift. Flere og flere applikationer dukker op, efterhånden som du har mere båndbredde, siger Claude Romans, analytiker hos markedsundersøgelsesfirmaet RHK i South San Francisco. Hvis digitalt tv nogensinde kommer i gang, for eksempel, kan det opsluge enorme bidder af båndbredde; det tager 1,5 gigabit pr. sekund at transmittere en enkelt højopløsningsvideokanal i studiekvalitet (selvom forbrugerne kun vil se en komprimeret 20 megabit pr. sekund version). Den slags dataangreb vil bringe metrosløjfen i knæ uden væsentlige teknologiske opgraderinger.

Den nuværende og fremtidige transmissionsnedgang påvirker begge hovedkomponenter af metrosløjfens hub-og-eger-struktur. Adgangsdelen af ​​netværket - eger-færgerne signalerer ud til boligkvarterer og individuelle kontorbygninger. Disse adgangslinjer forbinder til indsamlingsringen, som transporterer signaler rundt i et storbyområde, der forbinder telefonselskabers servicecentre og andre større trafikcentre, såsom internetudbydere og store universiteter.

Teknologiske fremskridt hjælper med at løsne både indsamlingsringen og adgangslinjerne. Fiberoptik, som i forvejen dominerer opsamlingsringen, erstatter mere og mere af det resterende kobber i adgangsledningerne som well-in effekt, belægning over snavsstier med glat, moderne asfalt. Og nye optiske transmissionsteknologier propper flere data ind i de netværk, der allerede er på plads.

Pakkebits og bølgelængder

De tungeste løft i et metrosystem udføres typisk af indsamlingsringen, som løber hele vejen rundt i regionen og sørger for lokal adgang undervejs. For at bryde igennem båndbreddeflaskehalsen her har ingeniører to grundlæggende valg: de kan skrue op for bithastigheden på en enkelt lysstråle, der rejser gennem en fiber, eller de kan multiplicere kapaciteten ved at bruge flere bølgelængder som informationsbærere. I det andet alternativ, kendt som bølgelængdedelingsmultipleksing, bærer hver fiber flere lysstråler af forskellige farver - med et andet digitalt signal indkodet i hver stråle. Jo flere bølgelængder du kan pakke ind, jo mere information flytter du. (Disse farver er faktisk forskellige nuancer af infrarød og er usynlige for øjet.)

Begge tilgange bliver nu forsøgt af de virksomheder, der driver metrosløjfen. Forskellige tekniske problemer gør det svært at hæve bithastigheden. Men for at opmuntre den seneste udvikling har to ledere af optiske netværk - Ciena og Nortel Networks - demonstreret enkeltbølgelængdetransmission på 40 gigabits i sekundet over fiberlængder, der er typiske for et metronetværk. Det er et stort spring i forhold til de 2,5 gigabit per sekund, som nutidens hurtigste metronetværk opererer med. At tage denne forskningsbedrift ud af laboratoriet og under gaden vil dog kræve fremskridt inden for elektronikken, der manipulerer signalerne, da standardchips endnu ikke fungerer så hurtigt.

Graver sig ind

En tur rundt i metroens indsamlingsring viser, at den er proppet med fiber; kobber er næsten blevet forvist. Men i adgangslinjerne i udkanten af ​​netværket - de forbindelser, der forbinder ringen til boliger og virksomheder - eksisterer fiber stadig sammen med dets gammeldags modstykke. Fiber kommer længere ind i adgangsnetværket hver dag, men der er lang vej igen, siger Brian McFadden, præsident for fotoniknetværk hos Nortel Networks.

Det er forståeligt. Selvom fiber er billigere i drift og mere stabilt end kobber, har etablerede virksomheder ikke råd til at rive alle deres installerede kabler ud på én gang. Mængden af ​​infrastruktur er enorm; selv at skifte et par procent om året er en enorm investering, siger Verizons Elby. Det er grunden til, at et konsortium af teleudstyrsproducenter og tjenesteudbydere presser på for at udvikle evolutionære veje for at bringe fiber stadig tættere på de hjem og kontorer, der bruger netværket.

Nøgleteknologien i denne udvikling, kaldet et passivt optisk netværk, udvider rækkevidden af ​​fiberoptik længere ud til kanten. For at denne teknik skal virke, skal i det mindste en vis fiberservice allerede være på plads; men passiv optisk bringer fiber til dele af netværket, der nu kun betjenes af kobber.

Her er, hvordan passiv optisk fungerer. En sender på en central facilitet genererer et optisk signal ved en af ​​to standard telefonsystemdatahastigheder - 155 eller 622 megabit pr. sekund. Dette signal er et sammensat signal, som omfatter information for op til 32 brugere. En passiv optisk kobler - som ikke kræver nogen elektrisk strøm - deler derefter dette signal mellem fibre, der forbinder direkte til slutbrugere eller til andre forgreningspunkter. Udstyr for enden af ​​hver af disse fibre sorterer signalerne fra og videresender kun dem, der er beregnet til den lokale bruger. Den centrale sender kan omfordele båndbredde blandt kunder næsten øjeblikkeligt.

For et telefonselskab tilbyder passivt optisk netværk en attraktiv måde at udvide rækkevidden af ​​optisk fiber med minimalt besvær. Det passive design holder hardware, drift og installationsomkostninger nede. Desuden holdes det følsomme udstyr, der er nødvendigt til at sende, modtage og omdirigere optiske signaler, sikkert inde i bygninger i enderne af systemet. Og da det passive optiske netværk ikke kræver nogen elektrisk strøm mellem dets endepunkter, behøver det generelt mindre vedligeholdelse end netværk baseret på aktive komponenter.

En dark-horse-teknologi, der for nylig er kommet med i metro-netværket, kaldet Gigabit Ethernet, øger hastigheden endnu mere. Disse systemer bruger fibre til at transmittere information i Ethernet-formatet, der almindeligvis bruges til kontorcomputernetværk. Deres datahastigheder på én gigabit pr. sekund efterlader andre access-line-teknologier i støvet. En gigabit er 1.000 megabit; Gigabit-per-sekund transmission ville f.eks. fjerne hele indholdet af en cd på mindre end et sekund.

I et Gigabit Ethernet går en enkelt fiberpipeline til et centralt koblingspunkt. Denne Ethernet-aggregator, som den kaldes, distribuerer signaler ud til hele 200 fibre. Hver udgangsfiber - ligesom inputfiberen - kan bære op til en gigabit pr. sekund for korte bursts, men den samlede udgangshastighed kan ikke overstige inputtet. En aggregatorboks på størrelse med en telefonboks kan betjene mere end 200 hjem inden for en radius på op til 10 kilometer. Det er langt uden for rækkevidden af ​​digitale abonnentlinjer eller DSL-telefonselskabets tjeneste, der leverer bredbåndsforbindelser gennem kobberkabel.

Gigabit Ethernet kan fungere som et billigt slutløb rundt om telefonselskaber til levering af bredbåndsadgang. Det er grunden til, at et nonprofit-konsortium af virksomheder og universiteter, der hedder Canarie, baseret i Ottawa, Ontario, promoverer teknologien til bredbåndsforbindelser til skoler med penge. I USA, Veradale, har WA-baseret startup World Wide Packets udviklet sin egen version af teknologien til landdistrikterne telekommunikation. Det er ved at teste et system i Ephrata, WA, for Grant County Public Utility District.

Fiberrig kost

Blot at flette mere fiber ind i metronettet vil ikke løse alle de problemer, der dukker op i byområder. Nutidens systemer er afhængige af en til tider akavet blanding af elektronisk og optisk teknologi. Små lasere sender databærende lysstråler ind i optiske fibre. I den anden ende rammer lyset en fotosensor, som konverterer tænd- og sluk-blitzene til et elektrisk signal, som elektronisk skifter direkte til dens rette destination. Sådan elektronisk omskiftning fungerer fint ved de beskedne hastigheder på 2,5 gigabit pr. sekund, som nu er i almindelig metrobrug.

Men begynd at skrue op for datahastigheden, og elektroniske kredsløb har svært ved at holde trit med potentialet i optisk netværk. Løsningen: helt optiske kontakter, der omdirigerer lyssignaler uden at konvertere dem til elektroner. Jo højere bithastighed, jo større er den helt optiske fordel. Faktisk, når du kommer til 40 gigabit per sekund, er der intet alternativ til alt-optisk switching, siger Lawrence Gasman, formand for Communications Industry Researchers.

Det bliver dog ikke nemt at komme til et helt optisk metrosystem, fordi det vil kræve opbygning af nye netværk. For etablerede telefonselskaber er byrden måske ikke knusende, da de fleste eksisterende underjordiske kabler i byerne er ført gennem nedgravede kanaler, og telefonselskaber kan ofte trække gamle kabler ud og trække nye ind - som de gjorde, da de erstattede kobber med fiberkabler i 1980'erne. Nye virksomheder skal derimod bygge helt nye netværk. Et sådant firma, Metromedia Fibre Network, planlægger at udvide ud over sin base i New York City og installere næsten seks millioner kilometer fiber i 67 byer i Nordamerika og Europa inden 2004.

Men uanset om de lægger helt nye netværk eller forsøger at modificere eksisterende systemer for at opgradere deres ydeevne, udfører bygherrerne og operatørerne af metrosløjferne, der samler de mest koncentrerede befolkninger af boliger, en afgørende opgave. Rygraden og de virksomhedsnetværk, der flankerer metrosløjfen, bliver hurtigere for hvert år. Hvis metroflaskehalsen ikke brydes, vil bredbånd forblive lidt mere end en smart idé, som nogle teknikere engang havde.

skjule