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利達(dá)信：什么是光網(wǎng)絡(luò)

發(fā)表時間：2024年01月06日瀏覽量：

利達(dá)信：什么是光網(wǎng)絡(luò)
光網(wǎng)絡(luò)是一種利用光信號通過光纖電纜傳輸數(shù)據(jù)的技術(shù)。它包含一個組件系統(tǒng)，包括光發(fā)射器、光放大器和光纖基礎(chǔ)設(shè)施，以促進(jìn)長距離的高速通信。該技術(shù)支持以高帶寬傳輸大量數(shù)據(jù)，與傳統(tǒng)的銅纜網(wǎng)絡(luò)相比，可實(shí)現(xiàn)更快、更高效的通信。

光組網(wǎng)主要組件

光網(wǎng)絡(luò)的主要組件包括光纜、光發(fā)射器、光放大器、光接收器、收發(fā)器、波分復(fù)用 （WDM）、光交換機(jī)和路由器、光交叉連接 （OXC） 和光分插復(fù)用器 （OADM）。

光纖電纜

光纜是一種高容量傳輸介質(zhì)，帶有稱為光纖的玻璃或塑料股。
這些光纖以最小的信號損耗和高數(shù)據(jù)傳輸速率遠(yuǎn)距離傳輸光信號。每根光纖的纖芯周圍都包裹著包層材料，將光信號反射回纖芯中，以實(shí)現(xiàn)高效傳輸。
與傳統(tǒng)銅纜相比，光纖電纜具有抗電磁干擾和降低信號衰減的能力，因此廣泛用于電信和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。

光發(fā)射機(jī)

光發(fā)射器將電信號轉(zhuǎn)換為光信號，以便通過光纜傳輸。它們的主要功能是調(diào)制光源，通常是激光二極管或發(fā)光二極管 （LED），以響應(yīng)表示數(shù)據(jù)的電信號。

光放大器

光放大器沿著光纖網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)略性地放置，可增強(qiáng)光信號，以在較長的距離內(nèi)保持信號強(qiáng)度。該組件可補(bǔ)償信號衰減，并允許距離信號傳輸，而無需昂貴且復(fù)雜的光電信號轉(zhuǎn)換。
光放大器的主要類型包括：
  • 摻鉺光纖放大器 （EDFA）：EDFA采用摻鉺光纖。當(dāng)暴露在特定波長的光下時，光纖內(nèi)的鉺離子會吸收并重新發(fā)射光子，從而放大光信號。EDFA通常用于1550 nm范圍，是長距離通信的關(guān)鍵組件。
  • 半導(dǎo)體光放大器（SOA）：SOA 通過半導(dǎo)體材料放大光信號。入射光信號在半導(dǎo)體內(nèi)部感應(yīng)受激發(fā)射，從而改善信號。SOA 專注于短距離和接入網(wǎng)絡(luò)場景。
  • 拉曼放大器：拉曼放大器在光纖中使用拉曼散射效應(yīng)。不同波長的泵浦光與光信號相互作用，傳遞能量并增強(qiáng)能量。這種類型的放大器用途廣泛，可以在各種波長下工作，包括常用的 1550 nm 范圍。

光接收器

在光鏈路的接收端，光接收器將輸入的光信號轉(zhuǎn)換回電信號。

收發(fā) 器

收發(fā)器是發(fā)射器-接收器的縮寫，是將光發(fā)射器和接收器的功能組合到一個單元中的多功能設(shè)備，有助于通過光纖鏈路進(jìn)行雙向通信。它們將電信號轉(zhuǎn)換為光信號進(jìn)行傳輸，并將接收到的光信號轉(zhuǎn)換回電信號。

波分復(fù)用 （WDM）

波分復(fù)用 （WDM） 允許在單根光纖上同時傳輸多個數(shù)據(jù)流。WDM的基本原理是利用不同波長的光來承載獨(dú)立的數(shù)據(jù)信號，支持增加數(shù)據(jù)容量和有效利用光譜。
WDM廣泛應(yīng)用于長距離和城域光網(wǎng)絡(luò)，為滿足日益增長的高速、大容量數(shù)據(jù)傳輸需求提供了可擴(kuò)展且經(jīng)濟(jì)高效的解決方案。

光分插多路復(fù)用器 （OADM）

光分插復(fù)用器（OADM）是WDM光網(wǎng)絡(luò)中的主要組件，能夠在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上選擇性地添加（注入）或刪除（提取）特定波長的光信號。OADM 有助于優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的數(shù)據(jù)流。

光交換機(jī)和路由器

光交換機(jī)和路由器都為先進(jìn)光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展做出了貢獻(xiàn)，其解決方案是高容量、低延遲和可擴(kuò)展的通信系統(tǒng)，可以滿足現(xiàn)代數(shù)據(jù)傳輸不斷變化的需求。
  • 光開關(guān)選擇性地將光信號從一個輸入端口路由到一個或多個輸出端口。它們對于在光網(wǎng)絡(luò)內(nèi)建立通信路徑非常重要。這些設(shè)備通過控制光信號的方向而不將其轉(zhuǎn)換為電信號來工作。
  • 另一方面，光纖路由器根據(jù)其目標(biāo)地址在網(wǎng)絡(luò)層定向數(shù)據(jù)包。它們在光域中工作，保持光信號的完整性，而無需將其轉(zhuǎn)換為電形式。

光交叉連接 （OXC）

光交叉連接 （OXC） 通過選擇性地將信號從輸入光纖路由到所需的輸出光纖，從而實(shí)現(xiàn)光連接的重新配置。通過簡化特定波長的路由和快速重新配置，OXC有助于實(shí)現(xiàn)先進(jìn)光通信系統(tǒng)的靈活性和低延遲特性。

光纖網(wǎng)絡(luò)的工作原理

光網(wǎng)絡(luò)通過利用光信號通過光纖電纜傳輸數(shù)據(jù)，從而創(chuàng)建快速通信框架。該過程涉及光信號生成、光傳輸、數(shù)據(jù)編碼、光傳播、信號接收和集成以及數(shù)據(jù)處理。

1. 光信號生成

光網(wǎng)絡(luò)過程首先將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為光脈沖。這種轉(zhuǎn)換通常使用激光源來實(shí)現(xiàn)，以確保信息的成功表示。

2.透光率

在此階段，系統(tǒng)通過光纜發(fā)送攜帶數(shù)據(jù)的光脈沖。光線在電纜芯內(nèi)傳播，由于全內(nèi)反射而從周圍的包層反射。這使得光以最小的損耗傳播很遠(yuǎn)的距離。

3. 數(shù)據(jù)編碼

然后將數(shù)據(jù)編碼到光脈沖上，從而引入光的強(qiáng)度或波長的變化。該過程是為滿足業(yè)務(wù)應(yīng)用的需求而量身定制的，確保無縫集成到光網(wǎng)絡(luò)框架中。

4. 光傳播

光脈沖通過光纖電纜傳播，在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)提供高速可靠的連接。這導(dǎo)致重要信息在不同位置之間快速安全地傳輸。

5. 信號接收和集成

在網(wǎng)絡(luò)的接收端，光敏器件（如光電二極管）檢測入射光信號。然后，光電二極管將這些光脈沖轉(zhuǎn)換回電信號，從而改善光網(wǎng)絡(luò)集成。

6. 數(shù)據(jù)處理

電信號經(jīng)過電子設(shè)備的進(jìn)一步處理和解釋。該階段包括解碼、糾錯和其他必要的操作，以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。處理后的數(shù)據(jù)用于各種操作，支持關(guān)鍵功能，例如通信、協(xié)作和數(shù)據(jù)驅(qū)動的決策。

光網(wǎng)絡(luò)類型

有許多不同類型的光網(wǎng)絡(luò)服務(wù)于不同的目的。最常用的是網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)、無源光網(wǎng)絡(luò)（PON）、自由空間光通信網(wǎng)絡(luò)（FSO）、波分復(fù)用（WDM）網(wǎng)絡(luò)、同步光網(wǎng)絡(luò)（SONET）和同步數(shù)字層次結(jié)構(gòu)（SDH）、光傳輸網(wǎng)絡(luò)（OTN）、光纖到戶（FTTH）/光纖到戶（FTTP）和光交叉連接（OXC）。

1. 網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)

光網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)通過多條光纖鏈路互連節(jié)點(diǎn)。這提供了冗余，并允許在鏈路故障時動態(tài)重新路由流量，從而增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)的可靠性。
  • 典型用途：通常用于網(wǎng)絡(luò)彈性和冗余至關(guān)重要的大規(guī)模任務(wù)關(guān)鍵型應(yīng)用，例如數(shù)據(jù)中心或核心骨干網(wǎng)絡(luò)。

2. 無源光網(wǎng)絡(luò)（PON）

PON是一種光纖網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，可為最終用戶提供光纜和信號。它使用無源光分路器將信號分配給多個用戶，使其無源。
  • 典型用途：“最后一英里”連接，為住宅和商業(yè)用戶提供高速寬帶接入。

3. 自由空間光通信（FSO）

FSO使用自由空間在兩點(diǎn)之間傳輸光信號。
  • 典型用途：在鋪設(shè)光纖不切實(shí)際或具有挑戰(zhàn)性的環(huán)境中進(jìn)行高速通信，例如城市地區(qū)或軍事用途。

4. 波分復(fù)用（WDM）

WDM對每個信號使用不同波長的光，從而增加數(shù)據(jù)容量。WDM的子類型包括粗波分復(fù)用（CWDM）和密集波分復(fù)用（DWDM）。
  • 典型用途：CWDM用于短距離城域網(wǎng)，DWDM用于長距離和大容量通信。

5. 同步光網(wǎng)絡(luò)（SONET）/同步數(shù)字層次結(jié)構(gòu)（SDH）

SONET和SDH是使用光纖電纜長距離傳輸大量數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議。北美更常用SONET，而國際行業(yè)則使用SDH。
  • 典型用途：SONET 和 SDH 專為語音、數(shù)據(jù)和視頻的高速、遠(yuǎn)距離傳輸而設(shè)計。它們提供用于電信骨干網(wǎng)和運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)的同步和可靠的傳輸基礎(chǔ)設(shè)施。

6. 光傳輸網(wǎng)（OTN）

OTN在通信網(wǎng)絡(luò)的光層中傳輸數(shù)字信號。它具有錯誤檢測、性能監(jiān)控和故障管理功能等功能。
  • 典型用途：與WDM一起使用，以最大限度地提高長距離傳輸?shù)膹椥浴?/li>

7. 光纖到戶 （FTTH）/光纖到戶 （FTTP）

FTTH和FTTP是指將光纖直接部署到住宅或商業(yè)場所，提供高速互聯(lián)網(wǎng)接入。
  • 典型用途：FTTH 和 FTTP 支持帶寬密集型應(yīng)用，如視頻流、在線游戲和其他寬帶服務(wù)。

8. 光交叉連接（OXC）

OXC有助于光信號的切換，而無需將其轉(zhuǎn)換為電信號。
  • 典型用途：主要用于電信運(yùn)營商在大規(guī)模光網(wǎng)絡(luò)中管理流量。

如何使用光纖網(wǎng)絡(luò)

如今，各行各業(yè)都在使用光網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行高速高效的數(shù)據(jù)傳輸。其中包括電信、醫(yī)療保健、金融機(jī)構(gòu)、數(shù)據(jù)中心、互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供商 （ISP）、企業(yè)網(wǎng)絡(luò)、5G 網(wǎng)絡(luò)、視頻流服務(wù)和云計算。

電信

光纖網(wǎng)絡(luò)是電話和互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。如今，光網(wǎng)絡(luò)在電信領(lǐng)域仍然至關(guān)重要，它連接蜂窩基站，通過動態(tài)流量重新路由確保高可用性，并在城域和長距離網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)高速寬帶。

醫(yī)療

對于醫(yī)療保健而言，光纖網(wǎng)絡(luò)保證了醫(yī)療數(shù)據(jù)的快速安全傳輸，加快了遠(yuǎn)程診斷和遠(yuǎn)程醫(yī)療服務(wù)。

金融機(jī)構(gòu)

金融機(jī)構(gòu)使用這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行快速安全的數(shù)據(jù)傳輸，這對于高頻交易和無縫連接分支機(jī)構(gòu)等活動是必不可少的。

數(shù)據(jù)中心

數(shù)據(jù)中心的光纖網(wǎng)絡(luò)將服務(wù)器和存儲單元連接起來，為可靠的數(shù)據(jù)通信提供高帶寬和低延遲的基礎(chǔ)設(shè)施。

互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供商 （ISP）

互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供商 （ISP） 使用光纖網(wǎng)絡(luò)提供寬帶服務(wù)，使用光纖連接加快互聯(lián)網(wǎng)訪問速度。

企業(yè)網(wǎng)絡(luò)

大型企業(yè)使用內(nèi)部光纖網(wǎng)絡(luò)連接辦公室和數(shù)據(jù)中心，在其基礎(chǔ)設(shè)施內(nèi)保持高速和可擴(kuò)展的通信。

移動網(wǎng)絡(luò) （5G）

對于 5G 移動網(wǎng)絡(luò)，光纖網(wǎng)絡(luò)允許更高的數(shù)據(jù)速率和低延遲要求。光纖連接將 5G 蜂窩基站連接到核心網(wǎng)絡(luò)，為各種應(yīng)用帶來帶寬。

視頻流服務(wù)

光纖網(wǎng)絡(luò)可實(shí)現(xiàn)流暢的數(shù)據(jù)傳輸，通過流媒體平臺提供高質(zhì)量的視頻內(nèi)容，從而提供更積極的觀看體驗(yàn)。

云計算

云服務(wù)提供商依靠光纖網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)中心互連，以提供可擴(kuò)展的高性能云服務(wù)。

光網(wǎng)絡(luò)的歷史

幾家光網(wǎng)絡(luò)公司和杰出人士的協(xié)作努力極大地塑造了我們今天所知的光網(wǎng)絡(luò)格局。
  • 1792年：法國發(fā)明家克勞德·查普（Claude Chappe）發(fā)明了光信號電報，這是光通信系統(tǒng)最早的例子之一。
  • 1880年：亞歷山大·格雷厄姆·貝爾（Alexander Graham Bell）為光電話（一種光學(xué)電話系統(tǒng)）申請了專利。然而，他的第一個發(fā)明，電話，被認(rèn)為更實(shí)用。
  • 1965年：第一個有效的光纖數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)由德國物理學(xué)家曼弗雷德·伯納（Manfred Börner）在烏爾姆的德律風(fēng)根研究實(shí)驗(yàn)室（Telefunken Research Labs）演示。
  • 1966 年：Charles K. Kao 爵士和 George A. Hockham 提出，由超純玻璃制成的光纖可以在不完全丟失信號的情況下將光傳輸數(shù)公里。
  • 1977年：通用電話和電子公司測試并部署了世界上第一個用于長距離通信的商用光纖網(wǎng)絡(luò)。
  • 1988-1992年：SONET/SDH標(biāo)準(zhǔn)的出現(xiàn)。
  • 1996年：Ciena公司推出了第一個商用16通道DWDM系統(tǒng)。
  • 1990年代：組織開始在企業(yè)局域網(wǎng) （LAN） 中使用光纖來連接以太網(wǎng)交換機(jī)和 IP 路由器。
    • 光網(wǎng)絡(luò)的快速擴(kuò)展，以支持互聯(lián)網(wǎng)繁榮推動的增長需求。
    • 組織開始使用光放大來減少對中繼器的需求，越來越多的企業(yè)實(shí)施 WDM 以提高數(shù)據(jù)容量。這標(biāo)志著光網(wǎng)絡(luò)的開始，因?yàn)閃DM成為擴(kuò)展光纖系統(tǒng)帶寬的首選技術(shù)。
  • 2000年：互聯(lián)網(wǎng)泡沫破滅導(dǎo)致光網(wǎng)絡(luò)行業(yè)放緩。
  • 2009年：軟件定義網(wǎng)絡(luò) （SDN） 一詞最初是在麻省理工學(xué)院的一篇評論文章中創(chuàng)造的。
  • 2012 年：歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會 （ETSI） 在 OpenFlow 世界大會上首次提出網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化 （NFV），該協(xié)會由包括 AT&T、中國移動、BT 集團(tuán)和德國電信在內(nèi)的服務(wù)提供商組成。
  • 目前：5G 于 2020 年開始可用。
    • 光子技術(shù)的研究和開發(fā)仍在繼續(xù)。光子學(xué)解決方案具有更可靠的激光功能，可以以歷史速度傳輸光，使設(shè)備制造商能夠解鎖更廣泛的應(yīng)用并準(zhǔn)備下一代產(chǎn)品。

光網(wǎng)絡(luò)趨勢

5G集成、彈性光網(wǎng)絡(luò)、光網(wǎng)絡(luò)安全、數(shù)據(jù)中心互聯(lián)、綠色網(wǎng)絡(luò)等光網(wǎng)絡(luò)趨勢凸顯了該技術(shù)的持續(xù)演進(jìn)，以滿足新技術(shù)和應(yīng)用的需求。

5G集成

光纖網(wǎng)絡(luò)可實(shí)現(xiàn)必要的高速、低延遲連接，以滿足 5G 應(yīng)用的數(shù)據(jù)需求。5G 集成可確保您為流媒體、游戲以及增強(qiáng)現(xiàn)實(shí) （AR） 和虛擬現(xiàn)實(shí) （VR） 等新興技術(shù)等活動提供快速可靠的連接。

相干光學(xué)技術(shù)的進(jìn)步

相干光學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步有助于提高數(shù)據(jù)速率、更長的傳輸距離和增加光網(wǎng)絡(luò)的容量。這對于適應(yīng)不斷增長的數(shù)據(jù)流量和支持需要高帶寬的應(yīng)用程序至關(guān)重要。

邊緣計算

光網(wǎng)絡(luò)與邊緣計算的集成可減少延遲，并提升需要實(shí)時處理的應(yīng)用程序和服務(wù)的性能。對于需要實(shí)時響應(yīng)能力的應(yīng)用和服務(wù)（例如自動駕駛汽車、遠(yuǎn)程醫(yī)療程序和工業(yè)自動化）來說，這是必不可少的。

軟件定義網(wǎng)絡(luò) （SDN） 和網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化 （NFV）

在光網(wǎng)絡(luò)中采用 SDN 和 NFV 可以提高靈活性、可擴(kuò)展性和有效的資源利用。這使運(yùn)營商能夠動態(tài)分配資源，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能，并快速響應(yīng)不斷變化的需求，從而提高整體網(wǎng)絡(luò)效率。

彈性光網(wǎng)絡(luò)

彈性光網(wǎng)絡(luò)允許根據(jù)流量需求對光信道的頻譜和容量進(jìn)行動態(tài)調(diào)整。這促進(jìn)了資源的最佳利用，并最大限度地降低了高峰使用期間的擁堵風(fēng)險。

光網(wǎng)絡(luò)安全

專注于加強(qiáng)光網(wǎng)絡(luò)的安全性，包括加密技術(shù)，對于保護(hù)敏感數(shù)據(jù)和通信非常重要。隨著網(wǎng)絡(luò)威脅變得越來越復(fù)雜，保護(hù)您的網(wǎng)絡(luò)變得至關(guān)重要，尤其是在傳輸敏感信息時。

數(shù)據(jù)中心中的光互連

在云計算、大數(shù)據(jù)處理和人工智能應(yīng)用的需求的推動下，數(shù)據(jù)中心對高速光互連的需求不斷增長。光纖互連具有在數(shù)據(jù)中心環(huán)境中處理大量數(shù)據(jù)的帶寬。

綠色網(wǎng)絡(luò)

努力使光網(wǎng)絡(luò)更加節(jié)能和環(huán)保，與更廣泛的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)相一致。綠色網(wǎng)絡(luò)實(shí)踐在減少電信基礎(chǔ)設(shè)施對環(huán)境的影響方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用，使其從長遠(yuǎn)來看更具可持續(xù)性。

總結(jié)

光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展在塑造計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的歷史方面發(fā)揮了重要作用。隨著計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，對更快的數(shù)據(jù)傳輸方法的需求也在增長，光網(wǎng)絡(luò)提供了一種解決方案。通過使用光進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，這項(xiàng)技術(shù)使我們今天使用的高速網(wǎng)絡(luò)得以創(chuàng)建。
隨著它的發(fā)展，光纖網(wǎng)絡(luò)不僅僅是提供更快的互聯(lián)網(wǎng)速度。例如，光纖網(wǎng)絡(luò)安全可以保護(hù)您的組織免受新興網(wǎng)絡(luò)威脅的侵害，而綠色網(wǎng)絡(luò)等趨勢可以使您的電信基礎(chǔ)設(shè)施隨著時間的推移更具可持續(xù)性。