Úvod > Články > Bezdrátová optika a její možnosti

Bezdrátová optika a její možnosti

Bezdrátová optická komunikace se zatím masově nevyužívá, ale vzhledem ke zvyšujícím se potřebám gigabitových přenosů a současně nákladnosti pokládky optických kabelů je o ni stále větší zájem. Spolehlivost ani topologie již nejsou omezujícími vlastnostmi.

Bezdrátové komunikační sítě mají nesporně budoucnost i přes své nevýhody, kterými je možnost odposlechu, nižší přenosová kapacita a nespolehlivost komunikace v závislosti na prostředí. První dvě nevýhody se ale netýkají bezdrátových optických sítí, které nabízejí maximální bezpečnost a širokopásmový symetrický přenos k uživateli. A to nejen pro komerční zákazníky, ale i pro domácí uživatele nebo domácí kanceláře, kterým umožní cenově výhodně řešit problematickou a různě omezovanou komunikaci v přístupové síti. Ovšem za předpokladu požadavku na vysokou propustnost přístupové sítě a vysokou bezpečnost a ochoty si za ně příslušně připlatit, protože cenově se jedná o řešení konkurující jen pevné optické přípojce. Jediným problémem zůstává spolehlivost komunikace v závislosti na počasí, ale to závisí na místě instalace bezdrátového optického spoje, a problém lze řešit využitím záložního rádiového spoje.

Bezdrátový optický spoj (FSO, Free Space Optics) pracuje na základě obousměrného přenosu digitálního signálu mezi dvěma laserovými vysílači a přijímači (umístěnými na střeše nebo u okna) volným prostorem. Optický signál je následně zesílen zhruba na 1 W v optickém zesilovači (EDFA, Erbium-Doped Fibre Amplifier) a přenosovou optikou vyslán do atmosféry. Na straně přijímače se světelný paprsek zachytí, volitelně zesílí a převede na elektrický signál. Komunikace v obou směrech probíhá identicky a přijímač i vysílač běžně sdílejí jedno zařízení. Pro přenos vzduchem se používají dvě vlnové délky: dlouhé vlny kolem 1550 nm a krátké vlny 780-850 nm.

Bezdrátová optická komunikace

Ve srovnání s jinými bezdrátovými sítěmi není optická bezdrátová síť (pozn.: odborníci se někdy přou, zda se jedná spíše o optickou nebo bezdrátovou síť, většinou se přiklánějí k první variantě právě z dále uvedených důvodů) závislá na omezeném a regulovaném spektru a kmitočtové licenci jako jsou rádiové sítě. Konvenční rádiové sítě jsou založeny na technologii vysílání do éteru (broadcast), kdy všichni uživatelé v rámci buňky sdílejí dostupnou šířku pásma, buňky musí být dostatečně malé a výkon základnových stanic omezený, aby se mohly stejné kmitočty opětovně používat i v sousedních buňkách. Rádiové sítě tedy nejsou zrovna snadno rozšiřitelné a počet jejich uživatelů je omezen. Optické bezdrátové spoje (FSO) podobné problémy nemají: technologie založená na přímé viditelnosti se vyhýbá nehospodárnému využívání spektra i prostoru, které je vlastní technologiím založeným na vysílání do prostoru.

U FSO nedochází k rušení typickému pro rádiové sítě, takže bezdrátové optické sítě nijak nenarušují nebo neovlivňují jiné komunikační infrastruktury. Nepotřebují ani žádné anténní věže a rovněž není nutné se obávat nežádoucích vlivů působících škodlivě na zdraví.

Navíc ve srovnání s rádiovým přenosem se jedná o technologii velmi ekologickou, která neznečisťuje životní prostředí dalšími elektromagnetickými vlnami, takže nevytváří žádný elektrosmog. Současně také optický bezdrátový přenos není náchylný k rušení jakýmikoli rádiovými vlnami.

Cena i rychlost instalace bezdrátových optických spojů je příznivá (doba instalace se pohybuje v řádu maximálně dní), protože nevyžaduje pokládku optických kabelů (a s tím spojená povolení) a počáteční instalaci infrastruktury v plném rozsahu, takže umožňuje snadné změny na straně zákazníka; z pohledu provozovatele sítě tak neznamená nebezpečí zmrazení pořizovacích nákladů. Optickou bezdrátovou službu pak lze poskytovat prakticky na požádání: k zákazníkovi se instaluje optický transceiver komunikující s místním uzlem, takže každý zákazník má nezávislou komunikační optickou cestu. Celá instalace je otázkou několika hodin.

Přes zřejmé výhody optických bezdrátových sítí se FSO od 80. let spíše uplatňovalo v podnikových instalacích a provozovatelé neměli o tuto technologii zatím velký zájem. Důvodem je jejich obava z toho, že bezdrátová optika nedokáže splňovat současné požadavky na dostupnost sítě vyjádřené „pěti devítkami“ (99,999 %), tj. výpadek maximálně v délce 5 minut za celý rok.

Ve skutečnosti se tak vysoká dostupnost vyžaduje pouze od páteřní přenosové sítě. Pro potřeby realizace podnikové sítě s FSO se většina uživatelů spokojí se spolehlivostí na úrovni 99,99 % (výpadek celkem do 53 minut za rok) a pro potřeby první míle (přístupu na internet) by mnohým stačila dokonce ještě o řád nižší spolehlivost, 99,9 %, tj. výpadek v délce maximálně 9 hodin za rok.

Připomeňme si ještě, že největším nepřítelem spolehlivosti optického přenosu vzduchem je mlha a na tu v našich podmínkách zatím ve většině lokalit nijak výrazně netrpíme. Mlha působí na FSO stejně jako déšť na venkovní rádiové systémy, který podobně jako sníh na FSO nemá vliv; proto lze tato dvě bezdrátová řešení výhodně kombinovat. Hybridní řešení FSO tedy využívá jako zálohu rádiový spoj.

Mesh sítě bezdrátové optiky

Pro bezdrátovou optiku ve srovnání se známějšími rádiovými sítěmi platí tedy dvě zásadní omezení: požadavek přímé viditelnosti a limit vzdálenosti (stovky metrů, maximálně pár kilometrů). FSO je založené na dvoubodových spojích, takže i tzv. vícebodové připojení (topologie hvězdy) se realizuje prostřednictvím několika samostatných dvoubodových spojů ze stejného uzlu (hub and spoke). Toto topologické řešení je velmi dobře známé a používá se nejčastěji. Další možností je topologie libovolných smyček (mesh), která je stále populárnější také v rádiových sítích (WiMAX a Wi-Fi).

Jedno z nejnovějších řešení nabízí ClearMesh Networks (dříve Omnilux) nabízí 100 Mbit/s řešení rychlého propojení malým i větším podnikům prostřednictvím mesh FSO spojů (ClearMesh Metro Grid). Každý uzel montovaný na budovu má tři optické transceivery na bázi LED (bezpečné pro oči) pracující s vlnovou délkou 850 nm, takže agregovaná kapacita uzlu je 300 Mbit/s. Dosah ovšem není nijak závratný: pouze 250 m. Je vhodný do městských oblastí, neboť využitelnost v řídce osídlených oblastech je malá. Transceivery se mohou vzájemně propojovat pro komunikaci v plném duplexu, nebo se k nim mohou připojovat další zařízení jako Wi-Fi přístupové body, přepínače, kamery apod.

Náklady nejsou zanedbatelné (jeden uzel přijde na 5 tisíc dolarů), ale stále optické bezdrátové připojení vyjde levněji než pokládka optických kabelů pro připojení k pevné optické síti. Zatím se řešení zkouší v pilotních projektech v USA.

Mesh na bázi FSO se ovšem výrazně liší od podobných řešení Wi-Fi používaných zejména pro metropolitní sítě. Rádiové spoje podporují roaming a mobilitu uživatelů, což FSO neumí, a proto se orientuje na pevné rychlé přípojky. Na druhou stranu je tu otázka dostupného spektra a rušení, což je právě problém Wi-Fi. Hlavní výhodou FSO je nabízená kapacita: až stonásobně vyšší než u Wi-Fi.