Preteklo leto je bilo zaradi epidemije covida-19 edinstveno tudi na področju informacijsko-komunikacijskih tehnologij (IKT). Uporabniki in podjetja so bili čez noč porinjeni v digitalno okolje dela in šolanja na daljavo, s čimer se je povečal promet na telekomunikacijskih omrežjih. Rast je bila tako velika, da so imeli ponudniki telekomunikacijskih storitev po vsem svetu »gasilske akcije« pri nadgradnji omrežne infrastrukture, da bi čim bolj ublažili izpade ali preobremenitve. Proti tem nismo bili imuni niti v Sloveniji; omrežje Arnes je bilo deležno velikih obremenitev predvsem jeseni, ko je bil nekaj časa omejen dostop do e-učilnic.

Danes je polovica od 2,2 milijarde svetovnih gospodinjstev povezanih z vsaj enim fiksnim širokopasovnim omrežjem, ki je sposobno prenašati velike količine podatkov. Fiksna komunikacijska omrežja so temelj globalnega gospodarskega in tehnološkega razvoja ter so postala nepogrešljiv del politične in gospodarske sfere po vsem svetu. Izum optičnega vlakna pred 50 leti in uvedba komunikacijske optične tehnologije sta revolucionarno spremenila komunikacijsko omrežje. Od takrat se globalno optično omrežje eksponentno širi.


 

Mobilno in fiksno omrežje pete generacije

Zgodovina mobilnega omrežja se je začela pred 40 leti s prvim komercialnim celičnim radijskim omrežjem, fiksno omrežje pa se razvija že več kot sto let. Kot ugotavlja Evropski inštitut za telekomunikacijske standarde, v preteklosti nismo imeli jasne slike in opredelitve generacij fiksnega omrežja, kar je preprečevalo širše sprejemanje tehnoloških standardov in onemogočalo ustvarjanje in uporabo na svetovnih množičnih trgih. Uspešno uvajanje mobilnih in kabelskih omrežij, kjer so jasno določene posamezne tehnološke generacije, je pokazalo, kako pomembna je opredelitev pojma generacijskih različic tudi pri fiksnih tehnologijah.

Fiksno omrežje se je razvilo iz namenskih omrežij za posamezne vrste storitev, kot so govorni klici, prenos besedila, prenos podatkov, do digitalne dobe, ki omogoča zlivanje številnih storitev v istem omrežju. Pri razvoju slednjega so imele ključno vlogo optične tehnologije, ki so povečevale omrežne zmogljivosti. Razvoj fiksnega omrežja je mogoče strniti v pet generacij, ki se bodo v bujno razvijajočem se ekosistemu IKT zagotovo še nadaljevale.



Leto 2020 si bomo med drugim zapomnili po prvih komercialnih uvedbah javnega mobilnega omrežja pete generacije (5G). Tudi pri nas radijsko omrežje 5G deluje že dobrega pol leta, čeprav državo in Akos kot pristojno agencijo še vedno čakamo, da podelita namenski radijski spekter za te storitve. Vzporedno z mobilnim 5G pa zdaj prihaja še fiksna peta generacija (F5G), katere cilj je povečati kakovost optičnega dostopovnega omrežja, na katero so priključena gospodinjstva. Pred Slovenijo je izziv, kako v prihodnje za nemoteno digitalizacijo s tehnologijo F5G opremiti 825 tisoč gospodinjstev.


 

Prve tri generacije fiksnega dostopa

Prva generacija fiksnih omrežij (F1G) so bila telefonska omrežja. To obdobje je trajalo več kot sto let, od nastanka telefonskega omrežja do konca 20. stoletja. S klicno zvezo so bile omogočene predvsem zvokovne storitve. Tudi slovenski telekomunikacijski strokovnjaki in podjetja so na svetovni ravni sodelovali pri postavljanju celovite infrastrukture telefonskega omrežja, kar je predstavljalo prve globalne telekomunikacije. Pri tem velja posebej omeniti dr. Marka Jagodiča, ki je 50 let sodeloval v Mednarodni zvezi za telekomunikacije, za kar so mu leta 2018 podelili priznanje za izjemne dosežke. Pomemben svetovni igralec je tudi podjetje Iskratel, ki že več kot 70 let uvaja rešitve IKT v domači in svetovni prostor.

V obdobju F1G so se začele razvijati prve podatkovne storitve z uporabo klicnega dostopa in tehnologijo ISDN, vendar je bila F1G še vedno omejena zgolj na frekvenčni pas, namenjen govornim komunikacijam. Pri nas smo uspešno sledili svetovnim trendom v digitalizaciji telefonskega omrežja, o čemer priča tudi uvajanje ISDN, s katerim je davnega leta 1995 začel Telekom Slovenije.



Fiksno telekomunikacijsko omrežje je v širokopasovno dobo vstopilo z drugo generacijo (F2G), ki se razteza od devetdesetih let prejšnjega v prvo desetletje tega stoletja. Internet se je v tej dobi hitro in globalno razvijal s široko uporabo osebnih računalnikov in spletnih brskalnikov. Ti in elektronska pošta so postali pomembne aplikacije fiksnega omrežja. Tehnologija ADSL, ki smo jo tudi pri nas začeli uvajati leta 2002, je oživila sto let staro bakreno omrežje in zagotovila zmogljivost podatkovnega dostopa do hitrosti 20 Mbit/s.

Uporaba internetna po širokopasovnih omrežjih je privedla do tretje generacije fiksnih omrežij (F3G). Po letu 2005 so vodilni svetovni operaterji začeli zagotavljati storitev trojček, ki je omogočala hkratni dostop do telefonije, interneta in televizijskih programov. Internetna televizija (IP-TV) je postala močno orodje za ponudnike storitev, ki so s to tehnologijo izboljšali svoj tržni delež.

Leta 2010 je Evropa objavila digitalno agendo, katere cilj je bilo do leta 2020 pokriti vsa evropska gospodinjstva s širokopasovnim omrežjem hitrosti 30 Mbit/s in vsaj polovico gospodinjstev s hitrostjo 100 Mbit/s. Ker tradicionalna tehnologija ADSL ni več podpirala storitev nad 30 Mbit/s, so morali operaterji za doseganje večje hitrosti na bakrenem omrežju uvesti novo tehnologijo VDSL in začeti sprejemati omrežno arhitekturo optičnih vlaken. Pri nas je leta 2005 podjetje T-2 prvo ponudilo tehnologijo VDSL. Po tehnologiji VDSL2 je leta 2007 kot prvi posegel tudi Telekom Slovenije.

Obe tehnološki rešitvi sta omogočali ponovno uporabo obstoječega bakrenega omrežja na zadnjem kilometru in zagotovili pasovne širine dostopa do 100 Mbit/s. V tem obdobju sta se oba tudi lotila graditve optičnega dostopovnega omrežja, T-2 leta 2006 in Telekom leto pozneje. Z vizionarskim pogledom in pionirskim dejanjem sta omogočila Sloveniji uvrstitev med napredne države pri gradnji optičnega dostopovnega omrežja.
 

Sedanjost F4G

4K HD in optična širokopasovna povezava sta naznanila prihod četrte generacije fiksnih omrežij (F4G). Od začetka gradnje do konca leta 2011 je prvih 80 tisoč slovenskih uporabnikov že imelo dostop do optičnega dostopovnega omrežja – vlakno do doma (angl. fiber to the home, FTTH), vendar so morali na sprejem prvega televizijskega kanala 4K počakati do leta 2018. Širokopasovna dostopovna omrežja zagotavljajo stabilne zmogljivosti dostopa 100 Mbit/s ali več. Čeprav je tehnologija optičnega širokopasovnega dostopa, ki jo zastopa GPON (gigabitno pasivno optično omrežje​, angl. gigabit passive optical network), zelo napredovala, je medtem tudi tehnologija sukanega para kot dodatek k FTTH naredila še zadnji korak v razvoju. Tehnologiji super vectoring in G. fast sta na bakrenem omrežju omogočili pasovno širino do 500 Mbit/s, ki pa je omejena na razdaljo nekaj sto metrov.

Čeprav je bilo še leta 2010 videti, da bodo slovenski operaterji preskočili F4G, saj se sprva niso odločali za GPON, se je pozneje izkazalo, da posamezne stopnje napredka ni mogoče preskočiti, in tovrstna pasivna tehnologija se je uveljavila tudi pri nas. Na žalost je F4G preveč izkoriščala veliko prozornost optičnega vlakna iz kremenovega stekla in neodgovorno delila signal med centralo in končnim uporabnikom, s čimer se je zmanjšala prepustnost omrežja, saj se celotna zmogljivost deli na 64 uporabnikov. Z velikodušnim deljenjem moči signala pa se povečujejo tudi zakasnitve, saj uporabniški terminal sprejema tudi podatkovne pakete, ki so namenjeni drugim v dostopovnem pasivnem drevesu – čemur pravimo časovni multipleks, in tako mora počakati, da mu centrala nameni čas, ko lahko v omrežje pošilja sporočila – temu pravimo časovni sodostop.

Optični razcepnik, ki deli signal v pasivnem optičnem omrežju, je bil takrat ključni element za ekonomsko vzdržnost omrežij F4G, zdaj pa je postal najšibkejši člen, ki omejuje pasovno širino in vnaša zakasnitve. Kljub opozorilom stroke, da bo optične razcepnike treba odstraniti iz omrežja ali pa jim vsaj dodeliti manjšo funkcijo, so se v zadnjih letih globoko zakoreninili tudi pri nas. V naslednjih generacijah jih bo treba zamenjati ali vsaj obiti in omogočiti uporabnikom vzporeden prenos podatkov na različnih valovnih dolžinah ali vzporednih optičnih vlaknih.


 

F5G v prihodnosti

Specifikacije pete generacije fiksnih omrežij (F5G) so usmerjene na dostopovna omrežja, ki so v celoti izvedena iz optičnih vlaken, čemur slovenski operaterji vizionarsko sledijo že skorajda 15 let. Že od vsega začetka implementirajo rešitve, ki so v skladu s F5G, kjer se optično vlakno razteza do doma ali pisarne končnega uporabnika ali pa do bazne postaje mobilnega omrežja, čeprav še vedno obstaja možnost, da se nekatere uporabniške terminale poveže brezvrvično, kakor je na primer s tehnologijo wi-fi.

Z razvojem optičnega dostopa širokopasovnih omrežij se povečuje ne le možnost priklopa večjega števila uporabnikov, temveč tudi hitrost dostopa, ki bo več kot 1 Gbit/s. Gigabitno širokopasovno omrežje z majhno zakasnitvijo in veliko zanesljivostjo je osnova za popolno uvedbo video storitev 8K in storitve navidezne resničnosti (VR), ki prinašajo popolnoma novo video izkušnjo s celozaslonskimi funkcijami ter preboj vsebinske interaktivnosti.



V primerjavi s širokopasovnim omrežjem optičnih vlaken četrte generacije s hitrostjo 100 Mbit/s bo širokopasovna povezava pete generacije zagotovila desetkrat večjo pasovno širino in stokrat večjo povezavo med ljudmi in stvarmi. F5G bo ustvaril izjemno širokopasovno izkušnjo uporabe z veliko zanesljivostjo in skoraj ničelnimi zakasnitvami, s čimer se bo v celoti uresničila digitalna preobrazba družbe. V peti generaciji se optičnim dostopovnim sistemom, ki so v osnovi narejeni za prenos velikih količin informacij, pridružujejo še zahteve po razpoložljivosti v 99,999 odstotka časa (pet devetic), kar je le 26,3 sekunde nedelovanja v enem mesecu.

Z vidika ogljičnega odtisa je pomembno še to, da fiksna optična tehnologija za prenos informacije porabi do tisočkrat manj energije kot brezžična tehnologija. Veliko novih funkcij in izboljšanje spektralne učinkovitosti pa si obetamo tudi od integracije optičnih gradnikov in gradnikov na osnovi mikrovalovne fotonike, ki bo podobno kot pred desetletji integracija elektronskih gradnikov pripomogla k znižanju stroškov in omogočila množično uporabo.

———
Izr. prof. dr. Boštjan Batagelj je zaposlen na katedri za informacijske in komunikacijske tehnologije Fakultete za elektrotehniko Univerze v Ljubljani.