聚焦虚拟光纤通信技术

周勇生 江苏省盐城市科委网络中心

　　互联网的兴起导致人们对网络容量需求的爆炸性增长。为适应这种需求,光网络系统迅速发展起来并提供了日益强大的传输能力。可以这么说,光网通信是现代信息社会的支柱和栋梁。目前全球所有的长途网络都是光网络。说到光网通信,相信很多的人会条件反射似地认为光网通信就是光纤通信。产生这种想法也不为过,因为现在大大小小的媒体争相介绍的都是各种光纤技术,一时间人们满脑子里装的都是光纤通信,因此一旦提到光通信人们也就很自然地会认为是光纤通信。其实,除了光纤通信外,还有一种光通信传播技术,它不在光纤里传播而是直接在空气中传播,这种传播技术不但传播速度快而且其通信网络建设的成本相对来说要低得多。现在网络用户对高速数据服务日益高涨的需求与网络基础设施建设资金相对短缺的矛盾,是困扰服务运营商的一个现实问题。正是在这种情况下,许多商家和通信营运商们纷纷把目光转投到这种能在空气中直接传播的光通信技术上了,这种可以直接在空气中传播的技术就是笔者今天要向大家介绍的虚拟光纤技术。

1、虚拟光纤技术的概念

　　虚拟光纤技术也叫做无光纤光通信技术,它的英文全称为FSO--Free Space Optics,中文含义为自由空间光通信技术,我们之所以把它叫做虚拟光纤技术,是相对目前比较热门的光纤通信技术而言的。虚拟光纤技术与光纤技术相比,显然是一种新兴的通信技术,其实早在几十年前就有了这种无光纤通信技术的思想,只不过当时人们还觉得用这种方式进行短距离的高速通信应该是若干年以后的事,直到现在通信技术较为发达的今天,由于它的通信成本比较低才引起人们的注意。如果没有当时在FSO方面的研究工作,就没有FSO的今天。今天的FSO系统能在城域网的社区间以千兆的速度进行全双工通信,最远距离达几公里。所谓虚拟光纤通信技术,就是指该技术利用激光或者光脉冲,以太赫（THz）级的频率发送打包数据,以空气为传播媒质。虚拟光纤通信网络的建设费只不过是光纤通信网络建设费用的六分之一左右,而且在建设时间上也比较短,一般只要三天左右的时间就可以完成了。如果把通信设备直接安在办公室窗外而不是楼顶,那么整个周期会更短。当然FSO网络系统不仅在建设的费用上便宜,安装操作方面也是非常方便,因为它的安装过程中省去了不少光/电、电/光转换设备,而且中间还不需要太麻烦的调试等过程；此外,由于虚拟光网到端用户节点之间的信号通道仍然保持着光的形式,中间没有电转换的介入,这样虚拟光网内光信号的流动就没有光电转换的障碍,所以信息在传输时就不会出现信息堵塞现象,从而信息在传输时能达到一种很高的传输速度。目前,它支持从OC-3(155Mbps)到OC-12(622Mbps)的高速连接。

2、虚拟光纤的应用范围

　　从某种意义上来说,虚拟光纤技术只能算是光纤通信技术的有力补充而已。因为这项技术尽管建设费用较低,通信速度较快,但它也有自己致命的弱点,那就是它的应用范围比较狭窄而且受通信环境的影响较大,不适合用于通信主干网的建设,它只能局限在城市中使用。FSO系统必须架设在较大的网络中心的附近,这意味着要想成为FSO系统的用户,就必须处身于大城市中。相比较而言,它最适宜用来组建高速本地网或用作现有光纤网络的备份。挖沟的麻烦虽然省了,但坏天气却有可能出来添乱。因此,深入分析、掌握本地气候的变化规律是建好、用好FSO系统的前提。为了能更有效地使用虚拟光纤技术,笔者在这里提供几则它的具体应用范围：

　　A、宽带网接入。现在的通信正寻找真正能提供高带宽、低成本的接入技术,目前主干网上带宽容量急剧增长,从622 Mbit/s增加到10 Gbit/s,再到太比级的DWDM。同样,用户驻地网的带宽也从10 Mbit/s增加到100 Mbit/s,再到千兆比以太网,只剩下网络接入部分仍是带宽成本与容量的瓶颈得不到经济有效的解决方法。无线通信更是宽带接入的瓶颈,LMDS最高速率只有622 Mbit/s,但成本较高、网络规划较难。因此为了打破无线接入的瓶颈,可以在用户驻地网使用虚拟光纤技术。

　　B、光纤网络的备份。由于该技术建设成本低,但具有光纤通信技术的一些优点,因此在对光纤通信设施进行冗余备份设计时,可以使用虚拟光纤技术来备份光纤通信网络。

　　C、骨干网的扩展。长期以来,通信运营商在通信网络的骨干网建设上花费了大量的金钱,来提高网络整体性能,应付网络需求的高速发展,但在边缘网（即用户与运营商网络相连的部分）的建设上却很少用心。其实,很多网络应用瓶颈不在骨干网而恰恰是在边缘网。为了能方便地在现有的骨干网上进行扩展和向外延伸,通常就会使用虚拟光纤通路来代替光纤通路。

　　D、局域网互联。由于虚拟光纤技术是以小功率的红外激光束为载体在位于楼项或窗外的收发器间传输数据,这种红外光不伤眼睛,最佳传输距离是500米以内,局域网使用该技术正好可以发挥它的最大功效。此外在通信速度方面,用虚拟光纤技术来替代光纤技术连接局域网,不但能降低成本,而且具有很高的传输速度。

　　E、无线基站数据回传。虚拟光纤技术还可用来将移动电话天线塔接收的信号回传至与有线公用电话网相连的中心交换设备。

　　F、其他需要高速接入的终端方面。由于虚拟光纤网络建设时成本低、操作简单,灵活性较强,可以应用在其他可以需要高速接入的终端方面。

3、虚拟光纤是如何工作的

　　前面笔者曾经提到虚拟光纤是利用激光或者光脉冲,以太赫（THz）级的频率发送打包数据,以空气为传播媒质的。这里的激光或者光脉冲其实就是指波长为850纳米的红外线或者是波长为1550纳米的红外线。850纳米的设备相对来说很便宜（从30美元到1000多美元不等）,一般应用在传输距离不太远的场合。工作在1550纳米波长的FSO设备的价格要高一些,但在功率、传输距离和视觉安全方面有更好的表现。FSO网按照组网的结构来说,可以有点到点、点到多点（星形）和网状网三种结构,这三种结构可以组合起来使用。其中点到点结构是最简单的网络拓扑。目前已使用的系统多数采用此结构,其原因是大多数系统只是用来连接企业内部的各幢大楼,作为高带宽的专线连接。点到点结构的优点是独立的链路,网络规划简单；其缺点有很多,例如不能成本有效地进行扩展；光链路没有任何保护,有一个点出故障,链路就中断。所以它不适合电信级系统。点到多点（星形）结构的优点是可以把业务集中到一点（集线器或中心节点）再接入核心网,效率较高、比较经济。缺点是能提供的带宽较少；每条链路仍无冗余保护,可靠性较差；为了在视距内连接尽可能多的大楼,集线器的位置非常关键；集线器的成本一般较高。但有一种点到多点结构实际上是点到点传输,只不过在中心节点集中放置了多个针对不同方向的终端,因此其好处是有专用的带宽、可扩展、能为单个用户提供服务。网状结构的主要优点是通过多个网络节点可以提供几乎实时的迂回选路,使服务得到保护,即具有服务恢复或服务冗余度的特点。网状结构还可以把业务集中到某些特定点,再有效地接入网络,比较符合电信级的要求。其缺点是传输距离短、成本高（每大楼多条链路）,网络规划复杂。

4、虚拟光纤的主要特点

　　现在人们对通信能力的要求是越来越高,通信商需要使用可扩展的、经济上承受得起的基础设施来提供可靠的网络接入,把宽带业务带给用户。虚拟光纤通信正是凭借其特有的特点才会被人接受：

　　A、由于虚拟光网到端用户节点之间的信号通道仍然保持着光的形式,中间没有电转换的介入。这样,虚拟光网内光信号的流动就没有光电转换的障碍,所以信息在传输时就不会出现信息堵塞现象；

　　B、虚拟光纤技术也是一种光通信技术,因此它具有一般光通信技术的速度快、带宽容量大等特点,且结构简单灵活,易于网络升级；

　　C、在虚拟光纤通信中,由于没有了繁琐的光/电及电/光转换设备,从而在网络的建设成本上能降低不少,此外随着激光技术的进步,已经使耐用可靠的器件变得非常便宜,也大大降低了FSO设备的造价；

　　D、虚拟光网可以提供多种业务,例如支持有线电视(CATV)节目的多路传送；支持高速数据和多媒体业务需要全光通信网来传送,包括视频工作站、大规模数据库和多路高清晰度电视等；

　　E、虚拟光网在支持传统数字信号业务的应用时,数据传输速率范围从低速kbit/s至高速Gbit/s,如异步转移模式(ATM)、局域网的互连、多路数字电话、以太网等；

　　F、虚拟光网具有灵活的接入特点,如果需要添加其它节点时,FSO的网络结构无须改变,用户的容量也很容易增加,只要改变节点数量和配置即可；

　　G、FSO很难被截取,因为它的波束很窄,是不可见的,所以很难在空中发现一条业务链路。同时,这些波束又非常定向,是对准某一接收机的,如想截接,就需要有人到窗外用另一部接收机在视距内对准发射机,还需要知道如何接收信号,这是很难做到的。即使被截接,用户也会发现,因为链路被中断了。此外,用户到集线器之间的链路通常是加密的,因此,FSO比通常的无线系统安全得多。

摘自《光电产品世界》