長光探討虛擬光纖通信技術(shù)應(yīng)用
時間:2016-02-25 16:47:13 來源：
互聯(lián)網(wǎng)的興起導(dǎo)致人們對網(wǎng)絡(luò)容量需求的爆炸性增長。為適應(yīng)這種需求,光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)迅速發(fā)展起來并提供了日益強大的傳輸能力?？梢赃@么說,光網(wǎng)通信是現(xiàn)代信息社會的支柱和棟梁。目前全球所有的長途網(wǎng)絡(luò)都是光網(wǎng)絡(luò)。說到光網(wǎng)通信,相信很多的人會條件反射似地認為光網(wǎng)通信就是光纖通信。產(chǎn)生這種想法也不為過,因為現(xiàn)在大大小小的媒體爭相介紹的都是各種光纖技術(shù),一時間人們滿腦子里裝的都是光纖通信,因此一旦提到光通信人們也就很自然地會認為是光纖通信。其實,除了光纖通信外,還有一種光通信傳播技術(shù),它不在光纖里傳播而是直接在空氣中傳播,這種傳播技術(shù)不但傳播速度快而且其通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的成本相對來說要低得多?，F(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)用戶對高速數(shù)據(jù)服務(wù)日益高漲的需求與網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)資金相對短缺的矛盾,是困擾服務(wù)運營商的一個現(xiàn)實問題。正是在這種情況下,許多商家和通信營運商們紛紛把目光轉(zhuǎn)投到這種能在空氣中直接傳播的光通信技術(shù)上了,這種可以直接在空氣中傳播的技術(shù)就是筆者今天要向大家介紹的虛擬光纖技術(shù)。
虛擬光纖技術(shù)也叫做無光纖光通信技術(shù),它的英文全稱為FSO--Free Space Optics,中文含義為自由空間光通信技術(shù),我們之所以把它叫做虛擬光纖技術(shù),是相對目前比較熱門的光纖通信技術(shù)而言的。虛擬ADSS光纜光纖技術(shù)與光纖技術(shù)相比,顯然是一種新興的通信技術(shù),其實早在幾十年前就有了這種無光纖通信技術(shù)的思想,只不過當(dāng)時人們還覺得用這種方式進行短距離的高速通信應(yīng)該是若干年以后的事,直到現(xiàn)在通信技術(shù)較為發(fā)達的今天,由于它的通信成本比較低才引起人們的注意。如果沒有當(dāng)時在FSO方面的研究工作,就沒有FSO的今天。今天的FSO系統(tǒng)能在城域網(wǎng)的社區(qū)間以千兆的速度進行全雙工通信,最遠距離達幾公里。所謂虛擬光纖通信技術(shù),就是指該技術(shù)利用激光或者光脈沖,以太赫（THz）級的頻率發(fā)送打包數(shù)據(jù),以空氣為傳播媒質(zhì)。虛擬光纖通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)費只不過是光纖通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)費用的六分之一左右,而且在建設(shè)時間上也比較短,一般只要三天左右的時間就可以完成了。如果把通信設(shè)備直接安在辦公室窗外而不是樓頂,那么整個周期會更短。當(dāng)然FSO網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)不僅在建設(shè)的費用上便宜,安裝操作方面也是非常方便,因為它的安裝過程中省去了不少光/電、電/光轉(zhuǎn)換設(shè)備,而且中間還不需要太麻煩的調(diào)試等過程；此外,由于虛擬光網(wǎng)到端用戶節(jié)點之間的信號通道仍然保持著光的形式,中間沒有電轉(zhuǎn)換的介入,這樣虛擬光網(wǎng)內(nèi)光信號的流動就沒有光電轉(zhuǎn)換的障礙,所以信息在傳輸時就不會出現(xiàn)信息堵塞現(xiàn)象,從而信息在傳輸時能達到一種很高的傳輸速度。目前,它支持從OC-3(155Mbps)到OC-12(622Mbps)的高速連接。
從某種意義上來說,虛擬光纖技術(shù)只能算是光纖通信技術(shù)的有力補充而已。因為這項技術(shù)盡管建設(shè)費用較低,通信速度較快,但它也有自己致命的弱點,那就是它的應(yīng)用范圍比較狹窄而且受通信環(huán)境的影響較大,不適合用于通信主干網(wǎng)的建設(shè),它只能局限在城市中使用。FSO系統(tǒng)必須架設(shè)在較大的網(wǎng)絡(luò)中心的附近,這意味著要想成為FSO系統(tǒng)的用戶,就必須處身于大城市中。相比較而言,它最適宜用來組建高速本地網(wǎng)或用作現(xiàn)有光纖網(wǎng)絡(luò)的備份。挖溝的麻煩雖然省了,但壞天氣卻有可能出來添亂。因此,深入分析、掌握本地氣候的變化規(guī)律是建好、用好FSO系統(tǒng)的前提。為了能更有效地使用虛擬光纖技術(shù),筆者在這里提供幾則它的具體應(yīng)用范圍：
一、寬帶網(wǎng)接入?，F(xiàn)在的通信正尋找真正能提供高帶寬、低成本的接入技術(shù),目前主干網(wǎng)上帶寬容量急劇增長,從622 Mbit/s增加到10 Gbit/s,再到太比級的DWDM。同樣,用戶駐地網(wǎng)的帶寬也從10 Mbit/s增加到100 Mbit/s,再到千兆比以太網(wǎng),只剩下網(wǎng)絡(luò)接入部分仍是帶寬成本與容量的瓶頸得不到經(jīng)濟有效的解決方法。無線通信更是寬帶接入的瓶頸,LMDS最高速率只有622 Mbit/s,但成本較高、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃較難。因此為了打破無線接入的瓶頸,可以在用戶駐地網(wǎng)使用虛擬光纖技術(shù)。
二、光纖網(wǎng)絡(luò)的備份。由于該技術(shù)建設(shè)成本低,但具有光纖通信技術(shù)的一些優(yōu)點,因此在對光纖通信設(shè)施進行冗余備份設(shè)計時,可以使用虛擬光纖技術(shù)來備份光纖通信網(wǎng)絡(luò)。
三、骨干網(wǎng)的擴展。長期以來,通信運營商在通信網(wǎng)絡(luò)的骨干網(wǎng)建設(shè)上花費了大量的金錢,來提高網(wǎng)絡(luò)整體性能,應(yīng)付網(wǎng)絡(luò)需求的高速發(fā)展,但在邊緣網(wǎng)（即用戶與運營商網(wǎng)絡(luò)相連的部分）的建設(shè)上卻很少用心。其實,很多網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用瓶頸不在骨干網(wǎng)而恰恰是在邊緣網(wǎng)。為了能方便地在現(xiàn)有的骨干網(wǎng)上進行擴展和向外延伸,通常就會使用虛擬光纖通路來代替光纖通路。
四、局域網(wǎng)互聯(lián)。由于虛擬光纖技術(shù)是以小功率的紅外激光束為載體在位于樓項或窗外的收發(fā)器間傳輸數(shù)據(jù),這種紅外光不傷眼睛,最佳傳輸距離是500米以內(nèi),局域網(wǎng)使用該技術(shù)正好可以發(fā)揮它的最大功效。此外在通信速度方面,用虛擬光纖技術(shù)來替代光纖技術(shù)連接局域網(wǎng),不但能降低成本,而且具有很高的傳輸速度。
五、無線基站數(shù)據(jù)回傳。虛擬光纖技術(shù)還可用來將移動電話天線塔接收的信號回傳至與有線公用電話網(wǎng)相連的中心交換設(shè)備。
六、其他需要高速接入的終端方面。由于虛擬光纖網(wǎng)絡(luò)建設(shè)時成本低、操作簡單,靈活性較強,可以應(yīng)用在其他可以需要高速接入的終端方面。
前面筆者曾經(jīng)提到虛擬光纖是利用激光或者光脈沖,以太赫（THz）級的頻率發(fā)送打包數(shù)據(jù),以空氣為傳播媒質(zhì)的。這里的激光或者光脈沖其實就是指波長為850納米的紅外線或者是波長為1550納米的紅外線。850納米的設(shè)備相對來說很便宜（從30美元到1000多美元不等）,一般應(yīng)用在傳輸距離不太遠的場合。工作在1550納米波長的FSO設(shè)備的價格要高一些,但在功率、傳輸距離和視覺安全方面有更好的表現(xiàn)。FSO網(wǎng)按照組網(wǎng)的結(jié)構(gòu)來說,可以有點到點、點到多點（星形）和網(wǎng)狀網(wǎng)三種結(jié)構(gòu),這三種結(jié)構(gòu)可以組合起來使用。其中點到點結(jié)構(gòu)是最簡單的網(wǎng)絡(luò)拓撲。目前已使用的系統(tǒng)多數(shù)采用此結(jié)構(gòu),其原因是大多數(shù)系統(tǒng)只是用來連接企業(yè)內(nèi)部的各幢大樓,作為高帶寬的專線連接。點到點結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是獨立的鏈路,網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃簡單；其缺點有很多,例如不能成本有效地進行擴展；光鏈路沒有任何保護,有一個點出故障,鏈路就中斷。所以它不適合電信級系統(tǒng)。點到多點（星形）結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是可以把業(yè)務(wù)集中到一點（集線器或中心節(jié)點）再接入核心網(wǎng),效率較高、比較經(jīng)濟。缺點是能提供的帶寬較少；每條鏈路仍無冗余保護,可靠性較差；為了在視距內(nèi)連接盡可能多的大樓,集線器的位置非常關(guān)鍵；集線器的成本一般較高。但有一種點到多點結(jié)構(gòu)實際上是點到點傳輸,只不過在中心節(jié)點集中放置了多個針對不同方向的終端,因此其好處是有專用的帶寬、可擴展、能為單個用戶提供服務(wù)。網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點是通過多個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點可以提供幾乎實時的迂回選路,使服務(wù)得到保護,即具有服務(wù)恢復(fù)或服務(wù)冗余度的特點。網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)還可以把業(yè)務(wù)集中到某些特定點,再有效地接入網(wǎng)絡(luò),比較符合電信級的要求。其缺點是傳輸距離短、成本高（每大樓多條鏈路）,網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃復(fù)雜。
現(xiàn)在人們對通信能力的要求是越來越高,通信商需要使用可擴展的、經(jīng)濟上承受得起的基礎(chǔ)設(shè)施來提供可靠的網(wǎng)絡(luò)接入,把寬帶業(yè)務(wù)帶給用戶。虛擬光纖通信正是憑借其特有的特點才會被人接受：
一、由于虛擬光網(wǎng)到端用戶節(jié)點之間的信號通道仍然保持著光的形式,中間沒有電轉(zhuǎn)換的介入。這樣,虛擬光網(wǎng)內(nèi)光信號的流動就沒有光電轉(zhuǎn)換的障礙,所以信息在傳輸時就不會出現(xiàn)信息堵塞現(xiàn)象；
二、虛擬光纖技術(shù)也是一種光通信技術(shù),因此它具有一般光通信技術(shù)的速度快、帶寬容量大等特點,且結(jié)構(gòu)簡單靈活,易于網(wǎng)絡(luò)升級；
三、在虛擬光纖通信中,由于沒有了繁瑣的光/電及電/光轉(zhuǎn)換設(shè)備,從而在網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)成本上能降低不少,此外隨著激光技術(shù)的進步,已經(jīng)使耐用可靠的器件變得非常便宜,也大大降低了FSO設(shè)備的造價；
四、虛擬光網(wǎng)可以提供多種業(yè)務(wù),例如支持有線電視(CATV)節(jié)目的多路傳送；支持高速數(shù)據(jù)和多媒體業(yè)務(wù)需要全光通信網(wǎng)來傳送,包括視頻工作站、大規(guī)模數(shù)據(jù)庫和多路高清晰度電視等；
五、虛擬光網(wǎng)在支持傳統(tǒng)數(shù)字信號業(yè)務(wù)的應(yīng)用時,數(shù)據(jù)傳輸速率范圍從低速kbit/s至高速Gbit/s,如異步轉(zhuǎn)移模式(ATM)、局域網(wǎng)的互連、多路數(shù)字電話、以太網(wǎng)等；
六、虛擬光網(wǎng)具有靈活的接入特點,如果需要添加其它節(jié)點時,FSO的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)無須改變,用戶的容量也很容易增加,只要改變節(jié)點數(shù)量和配置即可；
七、FSO很難被截取,因為它的波束很窄,是不可見的,所以很難在空中發(fā)現(xiàn)一條業(yè)務(wù)鏈路。同時,這些波束又非常定向,是對準(zhǔn)某一接收機的,如想截接,就需要有人到窗外用另一部接收機在視距內(nèi)對準(zhǔn)發(fā)射機,還需要知道如何接收信號,這是很難做到的。即使被截接,用戶也會發(fā)現(xiàn),因為鏈路被中斷了。此外,用戶到集線器之間的鏈路通常是加密的,因此,FSO比通常的無線系統(tǒng)安全得多。
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