Bezdrátové optické sítě

Optika bez kabelů (nebo také optika ve volném prostoru, free-space optics, FSO) nabízí spoje o vysoké rychlosti na krátkou vzdálenost a s nízkými náklady. Ve skutečnosti to není nová technologie, protože má kořeny v 60. letech, ale její širší využití přichází ke slovu až dnes, kdy je potřeba stále větší přenosová kapacita pro připojení uživatelů k rychlým páteřním optickým sítím.

Tato technologie v sobě skrývá přenosovou kapacitu optických sítí i jednoduchost a rychlost instalace bezdrátových sítí. Ve skutečnosti ve srovnání s přenosem optickými vlákny, kde působí odpor skla, má bezdrátová optika podstatně větší rychlost ve vzduchu, skutečně se přibližující rychlosti světla.

Bezdrátové optické sítě (Wireless Optical Networks, WON) umožňují širokopásmové komunikační přenosy vzduchem za použití neviditelných paprsků světla, bezpečných pro oči. WON lze bez debaty zařadit do kategorie širokopásmových bezdrátových přístupových technologií (Broadband Wireless Access, BWAs). Jsou vhodné pro přenos hlasu, dat i obrazu rychlostmi nejčastěji 155 Mbit/s nebo 622 Mbit/s, testované jsou i rychlosti do řádově Gbit/s. Pro přenos se nepoužívá žádná kabeláž, takže instalace je otázkou několika hodin či dní, nevyžaduje povolení ke kopání a není třeba ani povolení pro přenosy, odehrávající se ve spektru řádově bilionu Hertzů.

Technologie

FSO používá optické pulsně modulované signály pro bezdrátový přenos. Přenosové rychlosti, které dnešní produkty FSO podporují, nabízejí 100 Mbit/s, 155 Mbit/s (OC-3), 622 Mbit/s (OC-12) až po řádově gigabity za sekundu (momentálně do 2,7 Gbit/s).

Vzhledem k dostupnosti optických prvků se používají pro přenos vzduchem následující vlnové délky: dlouhé vlny kolem 1550 nm (194 THz) a krátké vlny kolem 800 nm (375 THz). Signály na těchto vlnových délkách patří do infračerveného spektra, a jsou proto neviditelné. Bezpečnost laserového přenosu pro člověka je u výrobců garantována testy a certifikáty na konformitu s normou IEC 60825–1.

Požadavkem FSO je ale přímá viditelnost (line-of-sight, LOS), tj. volná cesta bez překážek mezi transceivery s LED nebo laserovým infračerveným vysílačem a přijímačem pro komunikaci na fyzické vrstvě v režimu plného duplexu. Lasery se používají ve FSO výrazně častěji, i když v poslední době se přichází na trh s LED, které dosahují s ohledem na vlivy počasí dokonce lepší spolehlivosti (99,995 procenta). Vysílače a přijímače mohou být umístěny na střechách nebo u oken budovy.

Překážky typu domů, terénu (kopce, hory) či vegetace (stromy) mohou narušit nebo přímo blokovat signál. Zanedbatelnějším problémem, na který může optický přenos doslova narazit, je náhodná překážka. Pokud se nějaký předmět vyskytne v dráze světelného paprsku (např. pták), komunikace je přerušena. V paketových sítích jsou ale krátkodobé výpadky v komunikaci řešeny jednoduše např. opětovným vysláním ztracených či zničených paketů.

Spolehlivost a dostupnost

Spolehlivost přenosu a vzdálenost mají u bezdrátové optiky vztah nepřímé úměry: čím kratší vzdálenost, tím vyšší spolehlivosti se dosáhne. Dosahované vzdálenosti jsou v řádu stovek metrů, ale při stabilním kvalitním počasí zaručují někteří výrobci až vzdálenost do čtyř kilometrů.

Nevýhodou FSO je právě závislost na atmosférických vlivech. Nepříznivé povětrnostní podmínky, zejména hustá mlha, zmenšují vzdálenost, na niž optický paprsek může dolétnout (podobně jako sluneční paprsky se při husté mlze nedostanou až k zemi nebo reflektory auta neprosvítí mlžnou clonu). Vhodné dimenzování dosahu bezdrátového optického spoje je základem. Proto musí být optika bez kabelů instalována v oblastech náchylných na mlhy jen na relativně krátké vzdálenosti, 200–500 metrů, a tak lze zajistit dostupnost 99,99 procenta. Déšť nebo sníh optickým přenosům ve volném prostoru nevadí.

ISP by jistě své zákazníky nepotěšili, kdyby jim při výpadku připojení vysvětlili, že musí počkat, až mlha opadne. Proto je třeba hledat zálohu pro případ selhání FSO a pro zajištění kontinuální služby. Z těchto důvodů se často používá automatické zálohování optického bezdrátového spoje rádiovým spojem, který v mlze pracuje bez problémů a činí mu problémy spíše hustý déšť, který zase nevadí FSO. S tímto hybridním řešením lze docílit dostupnosti komunikace v dnes požadovaných 99,999 procenta. Hybridní systémy se již běžně dodávají.

FSO dnes přijde na pár tisíc (někdy i desítek tisíc) dolarů. Hybridní systémy jsou cenově výhodné, protože stojí méně než dva samostatné: bezdrátový rádiový a optický. Cenu je vhodné vždy porovnávat s náklady, které by bylo potřeba vynaložit na pokládku optických kabelů, tedy na řešení odpovídající svou kapacitou optickým bezdrátovým sítím.

       

Spolehlivost bezdrátových optických spojů je možné také zajistit zálohováním v síťové topologii (kruhové nebo propojené topologie, které umožňují automatické přesměrování) nebo prostorovou diverzitou (zvýšená divergence paprsku nebo více paralelních paprsků).

Více o konfiguraci optických bezdrátových sítí, jejich bezpečnosti, výrobcích a poskytovatelích služeb zase příště.