Evropa zanedlouho bude moci využívat rychlé bezdrátové spoje pro páteřní propojení v souvislosti se schválením kmitočtového plánu pro spektrum 71–76 GHz a 81–86 GHz. V těchto pásmech se uplatní dvoubodová technologie používající milimetrové vlny s velmi úzkými a výkonnými paprsky, nabízející přenosovou rychlost v řádu Gbit/s.
Evropský normalizační institut ETSI (European Technical Standards Institute) schválil technické specifikace pro komunikační zařízení pracující ve výše zmíněných pásmech, v návaznosti na schválení kmitočtového plánu v CEPT (Committee of European Post and Telecommunications) v říjnu loňského roku. Na základě těchto pozitivních kroků mohou i národní regulátoři přistoupit k podpoře souvisejících komerčních služeb.
Bezdrátové páteřní propojení (backhaul) získává stále více na oblibě i na významu v souvislosti s rozvojem širokopásmových bezdrátových přístupových služeb i mobilních sítí. Klasické páteřní připojení pomocí pevných optických spojů nelze všude zrealizovat a alternativní rychlé bezdrátové spoje (včetně bezdrátové optiky) nabízejí téměř rovnocennou propustnost i spolehlivost a nesrovnatelně jednodušší a také levnější instalaci. Kapacita je vedle spolehlivosti to nejdůležitější pro propojení základnových stanic, takže tradiční mikrovlnné spoje páteřního propojení již nemohou dostačovat.
Bezdrátové optice (FSO, Free Space Optics) jsme se na těchto stránkách naposledy věnovali již před celými třemi roky (viz související články pod textem), a od té doby se leccos změnilo. Pro FSO, podobně jako bezdrátové systémy pracující na vysokých kmitočtech, platí stále následující zásadní omezení: požadavek přímé viditelnosti a limit vzdálenosti (stovky metrů, maximálně pár kilometrů). Topologicky je možno jednotlivé dvoubodové spoje zorganizovat do hvězdy (hub-and–spoke) nebo do libovolných smyček (mesh).
GigaBeam chystá útok
Jedním z výrobců zařízení pro mikrovlnné sítě, blížící se kapacitou spojům bezdrátové optiky, je GigaBeam, který v poslední době rozjel velmi agresivní marketingovou kampaň. Jako průkopník amerického trhu v oblasti systémů pracujících s milimetrovými vlnami (71–76, 81–86 GHz, s dvěma kanály o šířce pásma 5 GHz s oddělením 10 GHz) má poměrně silnou pozici i při příchodu do Evropy. Americký regulátor FCC ve spektru 30–300 GHz uděluje licence pro vysílání na vlnách o délce 1 až 10 mm, ve třech kmitočtových pásmech.
Pro srovnání: první otevřená specifikace metropolitní bezdrátové sítě 802.16 (Standard Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems z roku 2001), předchůdce dnešního WiMAX (802.16–2005), definovala použitelné kmitočty od 10 do 66 GHz, z čehož vyplýval požadavek přímé viditelnosti (LOS, Line Of Sight) mezi rádiovým vysílačem a přijímačem. Na fyzické vrstvě nabídla norma díky vyšším kmitočtům agregovanou kapacitu do 268 Mbit/s, ale kvůli požadavku LOS se řešení neujalo (moderní WiMAX pracuje na kmitočtech 2–11 GHz, takže nevyžaduje LOS, ovšem za cenu nižší přenosové kapacity – do 75 Mbit/s).
Větší šířka pásma na vyšších kmitočtech (70 a 80 GHz) nabízí samozřejmě rychlejší přenos. Řešení GigaBeam je založeno na dvoubodových rádiových spojích nabízejících kapacitu do 10 Gbit/s, jak jinak než v přímé viditelnosti. Vysílače/přijímače lze instalovat na střeše, na stožárech nebo u oken a jejich výkonnost je 100 mW. Instalace je podobně jako u FSO velmi rychlá: do čtyř hodin včetně zaměření.
Spolehlivost nového systému je vysoká: 99,999 procenta („pět devítek“) na vzdálenost do jedné míle pro 80 procent kontinentálního USA a 99,999 procenta na vzdálenost do 0,7 míle pro zbytek země. Pro Evropu výrobce odhaduje vysokou dostupnost i pro větší vzdálenosti (za suchého počasí lze dosáhnout až 16 km). S každou ubývající „devítkou“ se vzdálenost prakticky zdvojnásobuje, což může být výhodné pro méně náročné implementace. Vzdálenosti lze také zvýšit za použití topologie kruhu, kde se využije rotační diverzita. Z hlediska počasí jsou v tomto případě problémem výhradně silné bouře, nikoli běžný déšť, sníh nebo mlha, které činí problém rádiovým spojům na nižších kmitočtech, respektive FSO.
Zařízení GigaBeam WiFiber je určeno nejen pro bezdrátové optické páteřní propojení (do vzdálenosti jedné míle), ale i pro propojení poboček v rámci podnikových sítí. WiFiber G-1.25 podporuje 1 Gbit/s v režimu plného duplexu (tj. propustnost jako 1000 běžných DSL přípojek), na bázi Gigabit Ethernet (GE). Chystaná řada zařízení G-2.7 má nabídnout vyšší propustnost (2,7 Gbit/s) a také výběr z několika podporovaných protokolů: 2×GE, OC-48=STM-16=2488,32 Mbit/s a 1/2Gbit/s Fiber Channel. Cílem je samozřejmě nabídnout 10gigabitové řešení podporující 10 GE nebo OC-192 (9953,28 Mbit/s). Cenově vychází řešení pro dvacítku uzlů pod 40 tisíc dolarů.
GigaBeam v současnosti rozjíždí pilotní projekty v rámci experimentálních licencí, a to v Irsku, Itálii a Švýcarsku. V Irsku se odehrál první zkušební projekt pro WiFi Projects v rámci pilotní licence od regulátora ComReg. Řešení se setkalo se slušnou podporou a lze předpokládat, že se v zemi ujme. V USA využívají toto řešení spíše organizace jako univerzity, podniky či městské úřady (např. v oblasti New York City pro rychlé komunikační služby pro hotely, firmy i domácnosti). Organizace připojená na pevnou optickou metropolitní/rozlehlou síť může milimetrovými bezdrátovými spoji připojit další domy v přímé viditelnosti (viz obrázek), a tak plně využít gigabitové komunikace. Potřeba jsou příslušné transceivery a antény, typicky na střechách domů. Rozvoj nové technologie v plné kráse očekávají analytici během následujících tří let, a to nejen v rozvinutých částech světa.
Technologie bezdrátové optiky v první míli
Řešení GigaBeam je sice firemní, nicméně bylo již zpřístupněno široké internetové komunitě ve formě Internet Drafts. Jeden z důležitých technických aspektů, specifikace šifrování na spoji a managementu klíčů, byl v červenci schválen IESG jako informační RFC (GigaBeam High-Speed Radio Link Encryption). Šířka paprsku je jeden stupeň, takže útočník může odposlouchávat komunikaci mezi vysílačem a přijímačem nebo těsně za přijímačem. Šifrování se provádí několika možnými metodami, většinou na bázi AES-CBC (RFC 3602).
Optika bez kabelů
Nově nabízené bezdrátové řešení v pásmu milimetrových vln se nejčastěji porovnává s FSO, i když optice se podobá jen v parametru gigabitové propustnosti. Řešení průkopníků bezdrátové optiky, např. společnosti LightPointe, totiž pracují s laserovými nebo LED vysílači na kmitočtech na hranici viditelného světla (ve veskrze bezlicenčních pásmech THz spektra). To znamená větší závislost na rozmarech počasí, zejména na mlze s malými rozptýlenými částečkami vody srovnatelnými velikostí s délkou používané vlny (používají se dvě vlnové délky: dlouhé vlny kolem 1550 nm a krátké vlny 780–850 nm). Mlha nebo výrazné výkyvy teplot mohou vést nejen k výpadkům komunikace, ale i k rozladění optického zaměření spoje. Spolehlivost přenosu a vzdálenost mají u bezdrátové optiky podobně jako u rádiových systémů vztah nepřímé úměry: čím kratší dosah signálu, tím vyšší spolehlivosti se dosáhne. Konkrétní maximální délka spoje závisí na klimatických podmínkách a samozřejmě také na výkonu laserového systému.
Bezdrátový optický přístup v ČR
Vysoká propustnost přístupu je vyžadována zejména tam, kde se uživatel připojuje do velmi rychlé optické sítě a kde by úzké místo v podobě pomalejšího připojení omezilo využití nabízených služeb. Připojení k optické páteřní síti, jakou je např. CESNET2, česká národní síť pro výzkum a vzdělávání, je právě takovým případem. V jádře páteřní sítě dosahuje přenosová kapacita 10 Gbit/s a menší města jsou k páteřní síti připojena spoji s kapacitami stovek Mbit/s, proto i většina výzkumných a vzdělávacích institucí se chce k síti připojit co nejrychleji. Ideální přípojka by samozřejmě měla být řešena optickými vlákny, což je mnohde pro připojené účastníky příliš nákladné, nebo dokonce ze stavebních důvodů nerealizovatelné.
Kde není možné použít optickou přípojku, je nejvhodnější kombinace primárního systému bezdrátové optiky zálohovaného sekundárním rádiovým spojem. Odborníci v CESNET a ve vzdělávacích a výzkumných organizacích připojených k síti CESNET2 se zabývají bezdrátovými přípojkami již řadu let. Před dvěma lety se nasadil do reálného provozu pro propojení Západočeské univerzity a kolejí v Plzni a připojení k CESNET2 komerční systém FSO, LaserBit LB-1500, poskytující propustnost 100 Mbit/s (více informací o zkušenostech s tímto zařízením nabízí technická zpráva Laserový spoj Laserbit LB-1500).
V CESNET si vzhledem k cenám komerčních FSO systémů vzali také za cíl vybudovat prototyp nízkonákladových zařízení FSO, což si vyžádalo přestavbu mechanické části stávajícího pojítka s kapacitou 10 Mbit/s pro zvýšení odolnosti a stability s možností přenosu rychlostí 100 Mbit/s. V pojítku bylo potřeba nahradit dosavadní konvertor optika-Ethernet konvertorem optika-optika a vytvořit autonomní systém s bezdrátovou zálohou spoje a možností on-line monitorování stavu optického pojítka.
Na základě rozborů a testů zařízení dostupných na trhu i ve vývoji v CESNET navrhli pro přestavěnou mechanickou část připravovaného prototypu novou elektroniku nazývanou LightShuttle. Výsledky dosavadního vývoje a testů se jeví jako využitelné i z hlediska pokračování ve vývoji systémů s propustnostmi nad 100 Mbit/s. Po dokončení vývoje prototypu bude CESNET moci poskytnout výrobní licence, neboť jako sdružení zaměřené na výzkum a vývoj v oblasti informačních a komunikačních technologií se nemůže samo pustit do výroby elektronických prvků.
