虛擬光纖

網際網路的興起導致人們對網路容量需求的爆炸性增長。為適應這種需求,光網路系統迅速發展起來並提供了日益強大的傳輸能力。可以這么說,光網通信是現代信息社會的支柱和棟樑。目前全球所有的長途網絡都是光網路。說到光網通信,相信很多的人會條件反射似地認為光網通信就是光纖通信。產生這種想法也不為過,因為現在大大小小的媒體爭相介紹的都是各種光纖技術,一時間人們滿腦子裡裝的都是光纖通信,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,它不在光纖里傳播而是直接在空氣中傳播,這種傳播技術不但傳播速度快而且其通信網路建設的成本相對來說要低得多。現在網路用戶對高速數據服務日益高漲的需求與網路基礎設施建設資金相對短缺的矛盾,是困擾服務運營商的一個現實問題。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投到這種能在空氣中直接傳播的光通信技術上了,這種可以直接在空氣中傳播的技術就是筆者今天要向大家介紹的虛擬光纖技術。
1、虛擬光纖技術的概念
虛擬光纖技術也叫做無光纖光通信技術,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,我們之所以把它叫做虛擬光纖技術,是相對目前比較熱門的光纖通信技術而言的。虛擬光纖技術與光纖技術相比,顯然是一種新興的通信技術,其實早在幾十年前就有了這種無光纖通信技術的思想,只不過當時人們還覺得用這種方式進行短距離的高速通信應該是若干年以後的事,直到現在通信技術較為發達的今天,由於它的通信成本比較低才引起人們的注意。如果沒有當時在FSO方面的研究工作,就沒有FSO的今天。今天的FSO系統能在城域網的社區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,就是指該技術利用雷射或者光脈衝,以太赫（THz）級的頻率傳送打包數據,以空氣為傳播媒質。虛擬光纖通信網路的建設費只不過是光纖通信網路建設費用的六分之一左右,而且在建設時間上也比較短,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。當然FSO網路系統不僅在建設的費用上便宜,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/光轉換設備,而且中間還不需要太麻煩的調試等過程；此外,由於虛擬光網到端用戶節點之間的信號通道仍然保持著光的形式,中間沒有電轉換的介入,這樣虛擬光網內光信號的流動就沒有光電轉換的障礙,所以信息在傳輸時就不會出現信息堵塞現象,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)的高速連線。
2、虛擬光纖的套用範圍
從某種意義上來說,虛擬光纖技術只能算是光纖通信技術的有力補充而已。因為這項技術儘管建設費用較低,通信速度較快,但它也有自己致命的弱點,那就是它的套用範圍比較狹窄而且受通信環境的影響較大,不適合用於通信主幹網的建設,它只能局限在城市中使用。FSO系統必須架設在較大的網路中心的附近,這意味著要想成為FSO系統的用戶,就必須處身於大城市中。相比較而言,它最適宜用來組建高速本地網或用作現有光纖網路的備份。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律是建好、用好FSO系統的前提。為了能更有效地使用虛擬光纖技術,筆者在這裡提供幾則它的具體套用範圍：
A、寬頻網接入。現在的通信正尋找真正能提供高頻寬、低成本的接入技術,目前主幹網上頻寬容量急劇增長,從622 Mbit/s增加到10 Gbit/s,再到太比級的DWDM。同樣,用戶駐地網的頻寬也從10 Mbit/s增加到100 Mbit/s,再到千兆比乙太網,只剩下網路接入部分仍是頻寬成本與容量的瓶頸得不到經濟有效的解決方法。無線通信更是寬頻接入的瓶頸,LMDS最高速率只有622 Mbit/s,但成本較高、網路規劃較難。因此為了打破無線接入的瓶頸,可以在用戶駐地網使用虛擬光纖技術。
B、光纖網路的備份。由於該技術建設成本低,但具有光纖通信技術的一些優點,因此在對光纖通信設施進行冗餘備份設計時,可以使用虛擬光纖技術來備份光纖通信網路。
C、骨幹網的擴展。長期以來,通信運營商在通信網路的骨幹網建設上花費了大量的金錢,來提高網路整體性能,應付網路需求的高速發展,但在邊緣網（即用戶與運營商網路相連的部分）的建設上卻很少用心。其實,很多網路套用瓶頸不在骨幹網而恰恰是在邊緣網。為了能方便地在現有的骨幹網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。
D、區域網路互聯。由於虛擬光纖技術是以小功率的紅外雷射束為載體在位於樓項或窗外的收發器間傳輸數據,這種紅外光不傷眼睛,最佳傳輸距離是500米以內,區域網路使用該技術正好可以發揮它的最大功效。此外在通信速度方面,用虛擬光纖技術來替代光纖技術連線區域網路,不但能降低成本,而且具有很高的傳輸速度。
E、無線基站數據回傳。虛擬光纖技術還可用來將行動電話天線塔接收的信號回傳至與有線公用電話網相連的中心交換設備。
F、其他需要高速接入的終端方面。由於虛擬光纖網路建設時成本低、操作簡單,靈活性較強,可以套用在其他可以需要高速接入的終端方面。
3、虛擬光纖是如何工作的
前面筆者曾經提到虛擬光纖是利用雷射或者光脈衝,以太赫（THz）級的頻率傳送打包數據,以空氣為傳播媒質的。這裡的雷射或者光脈衝其實就是指波長為850納米的紅外線或者是波長為1550納米的紅外線。850納米的設備相對來說很便宜（從30美元到1000多美元不等）,一般套用在傳輸距離不太遠的場合。工作在1550納米波長的FSO設備的價格要高一些,但在功率、傳輸距離和視覺安全方面有更好的表現。FSO網按照組網的結構來說,可以有點到點、點到多點（星形）和網狀網三種結構,這三種結構可以組合起來使用。其中點到點結構是最簡單的網路拓撲。目前已使用的系統多數採用此結構,其原因是大多數系統只是用來連線企業內部的各幢大樓,作為高頻寬的專線連線。點到點結構的優點是獨立的鏈路,網路規劃簡單；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。點到多點（星形）結構的優點是可以把業務集中到一點（集線器或中心節點）再接入核心網,效率較高、比較經濟。缺點是能提供的頻寬較少；每條鏈路仍無冗餘保護,可靠性較差；為了在視距內連線儘可能多的大樓,集線器的位置非常關鍵；集線器的成本一般較高。但有一種點到多點結構實際上是點到點傳輸,只不過在中心節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頻寬、可擴展、能為單個用戶提供服務。網狀結構的主要優點是通過多個網路節點可以提供幾乎實時的迂迴選路,使服務得到保護,即具有服務恢復或服務冗餘度的特點。網狀結構還可以把業務集中到某些特定點,再有效地接入網路,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）,網路規劃複雜。
4、虛擬光纖的主要特點
現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、經濟上承受得起的基礎設施來提供可靠的網路接入,把寬頻業務帶給用戶。虛擬光纖通信正是憑藉其特有的特點才會被人接受：
A、由於虛擬光網到端用戶節點之間的信號通道仍然保持著光的形式,中間沒有電轉換的介入。這樣,虛擬光網內光信號的流動就沒有光電轉換的障礙,所以信息在傳輸時就不會出現信息堵塞現象；
B、虛擬光纖技術也是一種光通信技術,因此它具有一般光通信技術的速度快、頻寬容量大等特點,且結構簡單靈活,易於網路升級；
C、在虛擬光纖通信中,由於沒有了繁瑣的光/電及電/光轉換設備,從而在網路的建設成本上能降低不少,此外隨著雷射技術的進步,已經使耐用可靠的器件變得非常便宜,也大大降低了FSO設備的造價；
D、虛擬光網可以提供多種業務,例如支持有線電視(CATV)節目的多路傳送；支持高速數據和多媒體業務需要全光通信網來傳送,包括視頻工作站、大規模資料庫和多路高清晰度電視等；
E、虛擬光網在支持傳統數位訊號業務的套用時,數據傳輸速率範圍從低速kbit/s至高速Gbit/s,如異步轉移模式(ATM)、區域網路的互連、多路數字電話、乙太網等；
F、虛擬光網具有靈活的接入特點,如果需要添加其它節點時,FSO的網路結構無須改變,用戶的容量也很容易增加,只要改變節點數量和配置即可；
G、FSO很難被截取,因為它的波束很窄,是不可見的,所以很難在空中發現一條業務鏈路。同時,這些波束又非常定向,是對準某一接收機的,如想截接,就需要有人到窗外用另一部接收機在視距內對準發射機,還需要知道如何接收信號,這是很難做到的。即使被截接,用戶也會發現,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比通常的無線系統安全得多。