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利達(dá)信：什么是光網(wǎng)絡(luò)

發(fā)表時(shí)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(hào)通過(guò)光纖電纜傳輸數(shù)據(jù)的技術(shù)。它包含一個(gè)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(zhǎng)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(hào)損耗和高數(shù)據(jù)傳輸速率遠(yuǎn)距離傳輸光信號(hào)。每根光纖的纖芯周?chē)及鼘硬牧?，將光信?hào)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(hào)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(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，以便通過(guò)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(hào)。

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(hào)，以在較長(zhǎng)的距離內(nèi)保持信號(hào)強(qiáng)度。該組件可補(bǔ)償信號(hào)衰減，并允許距離信號(hào)傳輸，而無(wú)需昂貴且復(fù)雜的光電信號(hào)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(zhǎng)的光下時(shí)，光纖內(nèi)的鉺離子會(huì)吸收并重新發(fā)射光子，從而放大光信號(hào)。EDFA通常用于1550 nm范圍，是長(zhǎng)距離通信的關(guān)鍵組件。
  • 半導(dǎo)體光放大器（SOA）：SOA 通過(guò)半導(dǎo)體材料放大光信號(hào)。入射光信號(hào)在半導(dǎo)體內(nèi)部感應(yīng)受激發(fā)射，從而改善信號(hào)。SOA 專注于短距離和接入網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)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(zhǎng)的泵浦光與光信號(hào)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(zhǎng)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(hào)轉(zhuǎn)換回電信號(hào)。

收發(fā) 器

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

波分復(fù)用 （WDM）

波分復(fù)用 （WDM） 允許在單根光纖上同時(shí)傳輸多個(gè)數(shù)據(jù)流。WDM的基本原理是利用不同波長(zhǎng)的光來(lái)承載獨(dú)立的數(shù)據(jù)信號(hào)，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(zhǎng)距離和城域光網(wǎng)絡(luò)，為滿足日益增長(zhǎng)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(zhǎng)的光信號(hào)。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(kāi)關(guān)選擇性地將光信號(hào)從一個(gè)輸入端口路由到一個(gè)或多個(gè)輸出端口。它們對(duì)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(guò)控制光信號(hào)的方向而不將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)來(lái)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?cè)诠庥蛑泄ぷ鳎３止庑盘?hào)的完整性，而無(wú)需將其轉(zhuǎn)換為電形式。

光交叉連接 （OXC）

光交叉連接 （OXC） 通過(guò)選擇性地將信號(hào)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(guò)簡(jiǎn)化特定波長(zhǎng)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(guò)利用光信號(hào)通過(guò)光纖電纜傳輸數(shù)據(jù)，從而創(chuàng)建快速通信框架。該過(guò)程涉及光信號(hào)生成、光傳輸、數(shù)據(jù)編碼、光傳播、信號(hào)接收和集成以及數(shù)據(jù)處理。

1. 光信號(hào)生成

光網(wǎng)絡(luò)過(guò)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(lái)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(guò)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?chē)陌鼘臃瓷?。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(zhǎng)的變化。該過(guò)程是為滿足業(yè)務(wù)應(yīng)用的需求而量身定制的，確保無(wú)縫集成到光網(wǎng)絡(luò)框架中。

4. 光傳播

光脈沖通過(guò)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(hào)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(cè)入射光信號(hào)。然后，光電二極管將這些光脈沖轉(zhuǎn)換回電信號(hào)，從而改善光網(wǎng)絡(luò)集成。

6. 數(shù)據(jù)處理

電信號(hào)經(jīng)過(guò)電子設(shè)備的進(jìn)一步處理和解釋。該階段包括解碼、糾錯(cuò)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(dòng)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(wú)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(guò)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(shí)動(dòng)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(wú)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(hào)。它使用無(wú)源光分路器將信號(hào)分配給多個(gè)用戶，使其無(wú)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(hào)。
  • 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(duì)每個(gè)信號(hào)使用不同波長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(guó)際行業(yè)則使用SDH。
  • 典型用途：SONET 和 SDH 專為語(yǔ)音、數(shù)據(jù)和視頻的高速、遠(yuǎn)距離傳輸而設(shè)計(jì)。它們提供用于電信骨干網(wǎng)和運(yùn)營(yíng)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(hào)。它具有錯(cuò)誤檢測(cè)、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(zhǎng)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(chǎng)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(hào)的切換，而無(wú)需將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。
  • 典型用途：主要用于電信運(yùn)營(yíng)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(jì)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(guò)動(dòng)態(tài)流量重新路由確保高可用性，并在城域和長(zhǎng)距離網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)高速寬帶。

醫(yī)療

對(duì)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(duì)于高頻交易和無(wú)縫連接分支機(jī)構(gòu)等活動(dòng)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(chǔ)單元連接起來(lái)，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(wèn)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(dòng)網(wǎng)絡(luò) （5G）

對(duì)于 5G 移動(dòng)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(lái)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(guò)流媒體平臺(tái)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(jì)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(guó)發(fā)明家克勞德·查普（Claude Chappe）發(fā)明了光信號(hào)電報(bào)，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(qǐng)了專利。然而，他的第一個(gè)發(fā)明，電話，被認(rèn)為更實(shí)用。
  • 1965年：第一個(gè)有效的光纖數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)由德國(guó)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(hào)的情況下將光傳輸數(shù)公里。
  • 1977年：通用電話和電子公司測(cè)試并部署了世界上第一個(gè)用于長(zhǎng)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(gè)商用16通道DWDM系統(tǒng)。
  • 1990年代：組織開(kāi)始在企業(yè)局域網(wǎng) （LAN） 中使用光纖來(lái)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(dòng)的增長(zhǎng)需求。
    • 組織開(kāi)始使用光放大來(lái)減少對(duì)中繼器的需求，越來(lái)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(kāi)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(píng)論文章中創(chuàng)造的。
  • 2012 年：歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì) （ETSI） 在 OpenFlow 世界大會(huì)上首次提出網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化 （NFV），該協(xié)會(huì)由包括 AT&T、中國(guó)移動(dòng)、BT 集團(tuán)和德國(guó)電信在內(nèi)的服務(wù)提供商組成。
  • 目前：5G 于 2020 年開(kāi)始可用。
    • 光子技術(shù)的研究和開(kāi)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(shì)

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(shì)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(dòng)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(zhǎng)的傳輸距離和增加光網(wǎng)絡(luò)的容量。這對(duì)于適應(yīng)不斷增長(zhǎng)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(jì)算

光網(wǎng)絡(luò)與邊緣計(jì)算的集成可減少延遲，并提升需要實(shí)時(shí)處理的應(yīng)用程序和服務(wù)的性能。對(duì)于需要實(shí)時(shí)響應(yīng)能力的應(yīng)用和服務(wù)（例如自動(dòng)駕駛汽車(chē)、遠(yuǎn)程醫(yī)療程序和工業(yè)自動(dòng)化）來(lái)說(shuō)，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(yíng)商能夠動(dòng)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(duì)光信道的頻譜和容量進(jìn)行動(dòng)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(xiǎn)。

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(duì)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(lái)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(shí)。

數(shù)據(jù)中心中的光互連

在云計(jì)算、大數(shù)據(jù)處理和人工智能應(yīng)用的需求的推動(dòng)下，數(shù)據(jù)中心對(duì)高速光互連的需求不斷增長(zhǎng)。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(duì)環(huán)境的影響方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用，使其從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看更具可持續(xù)性。

總結(jié)

光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展在塑造計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的歷史方面發(fā)揮了重要作用。隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，對(duì)更快的數(shù)據(jù)傳輸方法的需求也在增長(zhǎng)，光網(wǎng)絡(luò)提供了一種解決方案。通過(guò)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(shì)可以使您的電信基礎(chǔ)設(shè)施隨著時(shí)間的推移更具可持續(xù)性。