Aplikace a konfigurace bezdrátové optiky

V minulém článku jsme naznačili základy bezdrátové optické komunikace (FSO, Free Space Optics, nebo také FSP, Free Space Photonics), blízké rychlosti světla (ve vakuu), kterou je možné využít v metropolitní i přístupové síti (v první míli) i pro přímé propojení budov na vzdálenost, nejčastěji kolem jednoho kilometru, za splnění požadavku přímé viditelnosti. Mezi přednosti FSO patří bezesporu kapacita (Gbit/s) a bezpečnost, rychlá instalace a žádná potřeba licencí ani dalších povolení.

Bezpečnost provozu a přenosu dat

FSO pracuje na vlnových délkách blízkých infračervenému spektru. Bezpečnost laserového přenosu pro člověka je u výrobců garantována testy a certifikáty na konformitu s normou IEC 60825–1. Některé produkty nabízejí také automatické snížení výkonu laseru, pokud se někdo dostane do paprsku (APR, Automatic Power Reduction). Lasery pro delší vlny (1550 nm) umožňují větší výkon pro stále bezpečný provoz vůči lidskému oku, proto dosahují většího dosahu a vyšší modulační rychlosti 2,5 Gbit/s, zkouší se i 10 Gbit/s. Obrázek 1 ukazuje, jak na různé vlnové délky reaguje lidské oko. Systémy FSO pracují s laserovými paprsky ve dvou kategoriích: paprsky o délce kolem 800 nm jsou pro lidské oko sice neviditelné, ale pronikají do oka až na sítnici, zatímco systémy s paprsky o vlnové délce 1550 nm se absorbují čočkou a rohovkou.

Ve srovnání s bezdrátovými technologiemi, např. WLAN, je přenos v optické bezdrátové síti velice bezpečný. Zatímco rádiové nebo mikrovlnné přenosy lze snadno zachytit a odposlouchávat, u bezdrátových optických přenosů toto nehrozí. Optický signál přenášený vzduchem je velmi obtížně zachytitelný a narušitelný. Potenciální narušitel by musel mít přístup přímo k laserovému paprsku. Optický paprsek je neviditelný, velmi úzký a většinou se nachází vysoko nad zemí. To znamená, že potenciální narušitel má pouze minimální pole působnosti, které je navíc omezené fyzickým zabezpečením přístupu k optickým zařízením v oknech nebo na střeše.

Paprsek u FSO je velmi úzký, např. při vysílání na vzdálenost na 300 metrů je průměr paprsku u cíle kolem 1,3 metru, na jeden pouze kolem čtyř metrů, přitom okolo jsou pouze rozptýlené fotony, které nemohou nijak posloužit potenciálním narušitelům. (Správné dimenzování průměru přijímače také výrazně omezuje ovlivnění přenosu atmosférou.) Vysoká bezpečnost optického bezdrátového přenosu je jedním z důvodů, proč jej již delší dobu využívají armáda a tajné služby. Navíc protokoly vyšších vrstev mohou ještě dále zabezpečit vlastní obsah přenosu.

Konfigurace bezdrátových optických sítí

Bezdrátová optická síť (WON, Wireless Optical Network) je postavena právě s využitím optických spojů založených na technologii FSO. Bezdrátový optický spoj se skládá ze dvou jednotek FSO sestávajících z optických transceiverů přesně nastavených vůči sobě v přímé přímce viditelnosti. Transceivery obsahují laserový vysílač a detektor signálu pro zajištění režimu provozu plného duplexu. Optické transceivery jsou většinou umístěny na střeše domu, ale mohou být i před/za oknem.

Bezdrátové optické sítě jsou založeny na spojích na bázi optiky ve volném prostoru (WOL, Wireless Optical Link) a mohou používat několik typů topologií:

dvoubodový spoj (point-to-point; obrázek 2) – spoj poskytuje dedikovanou kapacitu mezi dvěma propojenými terminály v plném duplexu, se symetrickou kapacitou příjmu i vysílání;

mnohobodový spoj (point-to-multipoint; obrázek 3) – zahrnuje stanice rozbočovače a zařízení u zákazníka (CPE, customer premises equipment). Rozbočovač se umístí na vysoké budově a laserové signály se vysílají hvězdicovitě do okolních budov, kde jsou přijímače/vysílače umístěny na střeše nebo v oknech

(plně) propojená síť (mesh network; obrázek 4) – nejspolehlivější typ konfigurace založený na krátkých dvoubodových spojích s dostatečnou redundancí pro řešení případných výpadků v síti. Krátké spoje jsou spolehlivé i v případě obávané mlhy;

kruhová topologie sítě (obrázek 5) – poskytuje omezenou redundanci a vystačí s menším počtem optických spojů než plně propojená síť;

Aplikace bezdrátové optiky

O bezdrátový typ optických propojení mohou mít zájem jak provozovatelé sítí a ISP, tak i majitelé komerčních budov, kteří chtějí svým nájemníkům nabízet moderní komunikační infrastrukturu. Porovnání technologií FSO s optickými kabely, mikrovlnnými řešeními, DSL a dalšími z hlediska jejich využití i kapacity je uvedeno v grafu 1.

Bezdrátové optické spoje nabízejí řadu uplatnění:

rozšíření metropolitních optických sítí (viz obrázek 6)  – v městské zástavbě mohou provozovatelé metropolitních sítí snadno nabídnout zákazníkům v blízkosti do řádově stovek metrů od sítě přístup k širokopásmové síti prostřednictvím FSO;

přístup v první míli – zejména ISP mohou svým i domácím zákazníkům umožnit využití jiné než v závislosti na místě dostupné první míle (přístupu k Internetu), takže na rozdíl od pomalého vytáčeného spojení, složitě instalované a stále málo dostupné DSL nebo kabelové sítě, mohou zákazníci obejít stávající provozovatele a optickým spojem s vysokou kapacitou se připojit k Internetu; propojení fyzicky oddělených částí podniku či poboček – výhodné propojení podnikových lokálních sítí v různých budovách v rámci omezeného dosahu FSO umožní obejít nutnost fyzické kabeláže mezi budovami, která může vyžadovat složitá schvalování (nebo dokonce zákaz) s ohledem na místní pozemní komunikace nebo památkovou péči; propojení je typu LAN-LAN, s optickým připojením do směrovače nebo přepínače nebo přímo s připojením do počítače prostřednictvím konvertoru média; záložní spojení – podobně jako jiné typy bezdrátových spojů lze i FSO použít jako zálohu ke stávajícímu způsobu propojení; záloha např. pro optické pevné sítě; digitální přenos obrazu pro sítě kabelové TV; propojení pro objemný datový mobilní provoz 2,5G/3 G mezi bezdrátovými základnovými stanicemi a ústřednami (backhaul) – viz obrázek 7;

Nákladová analýza ukazuje, že připojení budovy k optické městské páteřní síti (vzdálené do 150 metrů) klasickým optickým kabelem je záležitost jak časově, tak finančně náročná. Vysoké náklady i dlouhá doba instalace souvisejí se získáváním potřebných povolení a rozkopáváním ulic. Bezdrátový optický spoj vyjde na méně než pětinu ceny a doba instalace se počítá na dny, nikoli na měsíce.

Příště, v prozatím posledním pokračování tématu FSO, se podíváme, jak mohou poskytovatelé služeb realizovat svoji nabídku prostřednictvím optických bezdrátových sítí. Zaměříme ještě jednou na spolehlivost (dostupnost) WON a také na současný trh.