Όλα όσα πάντα θέλατε να μάθετε για τα οπτικά δίκτυα πρόσβασης (αλλά φοβόσαστε να ρωτήσετε) Ι

Εδώ και δύο περίπου εβδομάδες έχει ξεκινήσει η εμπορική διάθεση VDSL από τον ΟΤΕ στην Ελλάδα. Απ'όσα παρακολουθώ από εδώ στην Ολλανδία, ο ΟΤΕ έχει ξεκινήσει ένα ανεπανάληπτο σπαμμάρισμα σε ραδιόφωνα και sites ,διαφημίζοντας το VDSL. Φαντάζομαι ότι το ίδιο θα συμβαίνει και σε τηλεοράσεις και εφημερίδες στην Ελλάδα. Επίσης εμπορική διαθεση έχουν ανακοινώσει η Cyta (καιρό τώρα), η Forthnet και η Wind (και οι δυο πριν από ~2 εβδομάδες) . Επειδή, ως Μηχανικός Τηλεπικοινωνιών και Δικτύων εκνευρίζομαι ιδιαίτερα να ακούω για και καλά state of the art το VDSL και επειδή θέλω να μάθουν όσο το δυνατόν περισσότεροι το τί παίζει με τα δίκτυα πρόσβασης,θα κάνω μια σειρά από ποστ με σχετική ανάλυση .Όσοι ορισμοί χρειάζονται,θα τους δίνω on the fly με όσο το δυνατόν λιγότερα προαπαιτούμενα για να τους καταλάβει κανείς.

Σημείωση: ο γράφων είναι Ηλεκτρολόγος Μηχανικός και Μηχανικός Υπολογιστών του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου στην κατεύθυνση Τηλεπικοινωνιών-Δικτύων.Η διπλωματική του  εργασία αναφέρεται στα οπτικά δίκτυα πρόσβασης και το expertise του είναι οι Οπτικές Επικοινωνίες και η Φωτονική γενικότερα.Αυτό τον καιρό κάνει Master of Science στη σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών του Πολυτεχνείου του Αϊντχόφεν (Technical University of Eindhoven- TU/e) στις Ευρυζωνικές Τηλεπικοινωνίες με ειδίκευση και πάλι στη Φωτονική.Τέλος,λατρεύει να αναφέρεται στον εαυτό του στο γ' πρόσωπο :P .

Ως δίκτυο πρόσβασης (access network) ορίζουμε το κομμάτι του δικτύου τηλεπικοινωνιών που "φαίνεται" στον τελικό χρήστη.Στην περίπτωση του aDSL είναι το κομμάτι του δικτύου από το DSLAM μέχρι τον κατανεμητή του ισογείου της πολυκατοικίας/μονοκατοικίας σας. Πίσω από το access κομμάτι βρίσκεται το backhaul και ακόμα πιο πίσω το backbone. Το DSLAM είναι περίπου κάτι σα μεγάλο router για εκατοντάδες συνδρομητές από τη μεριά του παρόχου,το οποίο (κατά κανόνα) βρίσκεται εντός του Αστικού Κέντρου (Α/Κ για συντομία). Αστικό Κέντρο ή Κεντρικό Γραφείο (Central Office-CO) ή Μητροπολιτικό Σημείο Παρουσίας (Metropolitan Point of Presence-MPoP) είναι το κτίριο όπου συγκεντρώνονται όλα τα καλώδια (χάλκινοι βρόχοι) μιας περιοχής .Στην Ελλάδα είναι τα "κτίρια ΟΤΕ". Το Δημόσιο χάλκινο τηλεπικοινωνιακό δίκτυο ή αλλιώς last mile είναι αυτοί ακριβώς οι χάλκινοι βρόχοι.Το last mile ανήκει στο Ελληνικό Δημόσιο και όχι στον ΟΤΕ.Εχει παραχωρηθεί η διαχείριση,συντήρηση και εκμετάλλευση στον ΟΤΕ με το Προεδρικό Διάταγμα 407/95 μέχρι το 2020 (για 25 χρόνια) .Όταν λέμε ότι κάποιος εναλλακτικός πάροχος έχει δικό του δίκτυο aDSL (αυτό που λέμε shared/full llu), εννοούμε ότι μισθώνει το last mile από τον ΟΤΕ (με περίπου 9 ευρώ το μήνα συμπεριλαμβανομένου του ΦΠΑ),εγκαθιστά δικό του DSLAM (πιθανώς και τηλεφωνικό κέντρο ανάλογα την υλοποίηση) στο Α/Κ (κατά κανόνα μισθώνοντας κάποιο χώρο εντός του Α/Κ) και διαχειρίζεται τη γραμμή aDSL μόνος του,καθώς και του ανήκει ολόκληρο το backhaul και backbone δίκτυο. Στο μοντέλο του μεταπωλητή κάποια πράγματα αλλάζουν,αλλά χρειάζονται δεκάδες άρθρα για να είναι ολοκληρωμένη η ανάλυση.Προς το παρόν βολευόμαστε με αυτους τους ορισμούς.

Οπτικά δίκτυα πρόσβασης είναι τα δίκτυα πρόσβασης που τουλάχιστον ένα κομμάτι τους αποτελείται από οπτικές ίνες.Έτσι , το aDSL δεν είναι οπτικό δίκτυο πρόσβασης αφού ολόκληρο το access κομμάτι αποτελείται από χαλκό (κάποιοι χαρακτηρίζουν το aDSL ως "παραδοσιακό δίκτυο πρόσβασης"). Οπτικά δίκτυα πρόσβασης πρακτικά υπάρχουν τρία:

α)FTTH - Fiber To The Home ,με την οπτική ίνα να φτάνει μέσα στο σπίτι του συνδρομητή

β)FTTB - Fiber To The Building, με την οπτική ίνα να φτάνει μέχρι το υπόγειο του κτιρίου και από εκεί να συνεχίζει μέχρι το σπίτι του συνδρομητή είτε με καλώδιο Ethernet είτε με το συνεστραμμένο ζεύγος χαλκού που υπάρχει ήδη 

γ)FTTN/C - Fiber To The Neighborhood/Cabinet , στο οποίο η οπτική ίνα φτάνει μέχρι το KV (ΚΑΦΑΟ που λέμε). ΚΑΦΑΟ είναι τα γκρίζα κουτάκια που γράφουν ΟΤΕ απ'έξω και βλέπουμε σε όλες τις γειτονιές.Εκεί έχουμε έναν κατανεμητή εσωτερικά με τα χάλκινα καλώδια να έρχονται από το Α/Κ και να φεύγουν προς το συνδρομητή ,συνδέοντάς τα με ρεκλέτες.Ουσιαστικά το FTTN/C ταυτίζεται με το VDSL.

Όσο κατεβαίνουμε από το α προς το γ, τόσο πιο "λίγη" οπτική ίνα έχουμε.Όσο ανεβαίνουμε,τόσο πιο κοντά στο συνδρομητή φτάνει η οπτική ίνα.Για του λόγου το αλήθες ορίστε και το σχετικό σχήμα από τη wikipedia: 

Εδώ η wikipedia διαχωρίζει το FTTC από το FTTN,αλλά μέρος της βιβλιογραφίας δεν το κάνει αυτό.Πρακτικά δεν υπάρχει διαφορά.

Τί έχει συμβεί όμως και πήγαμε από τα 14,4 kbps της dial-up του 1991 στα ~2,5 Gbps του FTTH εδώ και 4-5 χρόνια; μέσα σε λιγότερο από 20 χρόνια , η ταχύτητα πρόσβασης αυξήθηκε ~173.000 φορές. Από τα 14,4 αρχικά και 28,8 και 56 kbps της dial up,τα 8 mbps του aDSL1 και τα 24 mbps του aDSL2+ στα 200 Μbps του VDSL και τα 2,5 Gbps του FTTH .Τα πράγματα είναι σχετικά απλά. Αρχικά για πρόσβαση στο Internet χρησιμοποιούσαμε τα 5 kHz στην τηλεφωνική μας γραμμή. Για αυτό το λόγο όταν χρησιμοποιούσαμε τη γραμμή dial-up ,δε μπορούσαμε να μιλήσουμε στο τηλέφωνο. Με την πρόοδο των ηλεκτρονικών και με πιο έξυπνες μεθόδους πολυπλεξίας και διαμόρφωσης φτάσαμε από τα 5 kHz στο 1,1 MHz του aDSL2 και τα 2,2 MHz του aDSL2+ .Για την ακρίβεια,το φάσμα του aDSL2 ξεκινάει από τα 140 kHz και φτάνει το 1,1 MHz και του aDSL2+ από τα 140 kHz στα 2,2 MHz (πρακτικά το διπλάσιο). Για αυτό το λόγο τα 12 mbps του aDSL2 έγιναν 24 στο aDSL2+ ,ενω και στα δύο (όπως και στο aDSL1) , το φάσμα της φωνής (0-5 kHz) μένει ανεπηρέαστος (για αυτό μπορούμε να μιλάμε στο τηλέφωνο και να χρησιμοποιούμε το Internet ταυτόχρονα). 

Το βασικό πρόβλημα των aDSL1,aDSL2 & aDSL2+ είναι η απόσταση. Ο χαλκός επιφέρει τεράστια απόσβεση στο σήμα μας (λόγω επιδερμικού φαινομένου) και πρακτικά μετά από τα ~4,5 χιλιόμετρα (για μέσης ποιότητας χαλκού) δεν έχουμε καν σήμα. Αυτό είναι θέμα Φυσικής,το επιβάλει η Φύση και τη Φύση δε μπορεί να τη νικήσει κανείς,πλην της οπτικής ίνας :) . Η οπτική ίνα έχει πρακτικά απεριόριστο bandwidth και σχεδόν αμελητέα απόσβεση,σε σημείο που το οπτικό σήμα μένει σχεδόν ανεπηρέαστο άνετα μετά από 20 με 30 χιλιόμετρα (ανάλογα το μήκος κύματος και τον τύπο της οπτικής ίνας φυσικά). Η πρωτογενής σκέψη είναι,λοιπόν,να αντικαταστήσουμε όσο το δυνατόν μεγαλύτερο μέρος του χαλκού του δικτύου πρόσβασης με οπτικές ίνες. Έτσι προκύπτουν οι τρεις τύποι οπτικών δικτύων που αναφέρθηκαν πιο πριν. Η αντικατάσταση αυτη βρίθει θετικών.Συγκεκριμένα:

α)εξαλείφεται ο παράγοντας απόσταση: ανεξάρτητα της απόστασης, ο συγχρονισμός είναι συγκεκριμενος και σταθερός

β)δεν υπάρχουν ηλεκτρ(ον)ικές παρεμβολές: το οπτικό σήμα δεν επηρεάζεται από ηλεκτρ(ον)ικά σήματα,οπότε δεν υπάρχει crosstalk ή interference

γ)το εύρος ζώνης της οπτικής ίνας είναι πρακτικά απεριόριστο.Σήμερα στις οπτικές επικοινωνίες μερικά δεκάδες Gbps είναι εντελώς trivial (το θέμα είναι,βέβαια,να δοθούν σε όλους και σε χαμηλό κόστος)

δ)η εγκατάσταση οπτικών δικτύων έχει το χαρακτηριστικό ότι μπορεί να αναβαθμιστεί πολύ εύκολα εάν έχεις ήδη εγκατεστημένες τις οπτικές ίνες: απλά αλλάζεις τον εξοπλισμό που "φωτίζει" (όπως λέμε  οι οπτικάριοι) τις ίνες σου

ε)το δίκτυο πρόσβασής σου είναι future-proof για πολλές δεκαετίες (λογικά :P )

στ)η ταχύτητα πρόσβασης στα οπτικά δίκτυα πρόσβασης είναι εγγενώς συμμετρική ,μιας και ό,τι "φωτίζει" τη μία πλευρά,μπορεί να "φωτίσει" και την άλλη.Βέβαια ,κάποιοι πάροχοι επιλέγουν (για εμπορικούς λόγους) να μη δώσουν συμμετρικές γραμμές.Ακόμη κι έτσι,το upstream παραμένε ιδιαίτερα υψηλό,μετατρέποντας (δυνητικά) τους καταναλωτές περιεχομένου ( consumers) σε παραγωγους (prosumers).

Το μοναδικό μειονεκτημα των οπτικών δικτύων πρόσβασης είναι το κόστος ανάπτυξης.Βλέπετε, το χάλκινο last mile αναπτύχθηκε σε βάθος δεκαετιών από τα πρώην Κρατικά Μονοπώλια (ΟΤΕ,British Telecom,Deutsche Telekom,AT&T,KPN NL κοκ) και υπάρχει ήδη.Αντίθετα, το οπτικό last mile πρέπει να φτιαχτεί από την αρχή (from scratch). Το χάλκινο last mile κατασκευάστηκε όταν υπήρχε ένα Κρατικό Μονοπώλιο και κανείς άλλος.Ξεκίνησε από τις μεγάλες πόλεις ,όπου ήταν πιο συμφέρον και επεκτεινόταν σιγά-σιγά (για δεκαετίες) σε λιγότερο πυκνοκατοικημένες περιοχές.Έτσι, οι κάτοικοι των μεγάλων πόλεων ουσιαστικά επιδοτούσαν τις ημιαστικές και αγροτικές περιοχές ,μιας και δεν υπήρχε κανείς άλλος πάροχος τηλεπικοινωνιακών (ουσιαστικά μόνο τηλεφωνικών,τότε) υπηρεσιών.Σήμερα,με την απελεύθερωση της αγοράς των Τηλεπικοινωνιών και την ανάπτυξη της ιδιωτικής πρωτοβουλίας,τίποτα από τα προηγούμενα δνε είναι εφικτό. Για αυτόν ακριβώς το λόγο είναι εξόχως σημαντικό να υπάρξει Κυβερνητική πρωτοβουλία για την κατασκευή οπτικού last mile. Εάν αυτό κατασκευαστεί,δε θα απομείνει κανένα πλεονέκτημα στο χάλκινο last mile.

Η μεγαλύτερη,πιθανώς,πρόκληση σε ένα οπτικό δίκτυο πρόσβασης είναι το ότι ενώ πρόκειται για state of the art τεχνολογία, το κόστος του δικτύου αποτελείται κατά τα περίπου δύο τρίτα από civil works (έργα εκσκαφής και αποκατάστασης), όπως έχουν δείξει πραγματικές περιπτώσης κατασκευής, η βιβλιογραφία,αλλά και εγώ στη διπλωματική μου.Έχουμε λοιπόν αυτή την τεράστια αντίθεση μεταξύ state of the art τεχνολογία και low tech κόστους. Για αυτό υποστηρίζεται από πολλούς ότι οι Οργανισμοί Τοπικής Αυτοδιοίκησης είναι οι πλέον κατάλληλοι για τη διενέργεια αυτών των civil works στην περιοχή ευθύνης τους.

Αυτά ήταν κάποια βασικά σημεία για τα οπτικά δίκτυα πρόσβασης και κυρίως το εισαγωγικό πλαίσιο γύρω από αυτά.Θα χαρώ να απαντήσω σε κάθε πιθανή ερώτησή σας σχετικά στα σχόλια.Απλά να αναφέρω ότι πήρα αυτούσια κάποια κομμάτια από τη διπλωματική μου εργασία στο ΕΜΠ και τα πόσταρα εδώ.Προσωπικά είμαι ιδιαίτερα υπερήφανος που η διπλωματική μου εργασία αναφερόταν στα οπτικά δίκτυα πρόσβασης,μιας και πρόκειται για μία από τις πρώτες και ελάχιστες μέχρι στιγμής διπλωματικές εργασίες σε οποιοδήποτε Πολυτεχνείο/Πανεπιστήμιο της Ελλάδος για τα οπτικά δίκτυα πρόσβασης.

(ο τίτλος του post προέρχεται από την αντίστοιχη θρυλική ταινία του πολυαγαπημένου μου Woody Allen)