什么是光網(wǎng)絡(luò)？| 智能百科

光網(wǎng)絡(luò)很重要，因?yàn)樗试S長(zhǎng)距離的高速數(shù)據(jù)傳輸。例如，光網(wǎng)絡(luò)確保紐約用戶(hù)可以在物理定律允許的范圍內(nèi)盡可能快地訪(fǎng)問(wèn)內(nèi)羅畢服務(wù)器。

光網(wǎng)絡(luò)背后的技術(shù)基于全內(nèi)反射原理。當(dāng)光照射到光纜等介質(zhì)的表面時(shí)，一些光會(huì)被表面反射。光反射的角度取決于介質(zhì)的特性和入射角（光照射到表面的角度）。

如果入射角大于臨界角，那么所有的光都會(huì)被反射；這稱(chēng)為全內(nèi)反射。全內(nèi)反射可用于制造光纖，一種沿其長(zhǎng)度引導(dǎo)光的玻璃或塑料。

當(dāng)光穿過(guò)光纖時(shí)，它會(huì)經(jīng)歷多次全內(nèi)反射，導(dǎo)致它從光纖壁反彈。這種反彈效應(yīng)導(dǎo)致光以鋸齒形圖案沿著光纖的長(zhǎng)度向下傳播。

通過(guò)仔細(xì)控制光纖的特性，工程師可以控制反射的光量以及在再次反射之前傳播的距離。這使他們能夠設(shè)計(jì)出可以長(zhǎng)距離傳輸數(shù)據(jù)而不會(huì)丟失任何信息的光纖。

光網(wǎng)絡(luò)由幾個(gè)組件組成：光纖、收發(fā)器、放大器、多路復(fù)用器和光開(kāi)關(guān)。

光纖是承載光信號(hào)的介質(zhì)。它由多種材料組成，包括：

纖芯和包層通常由玻璃制成，而緩沖涂層通常由塑料制成。

收發(fā)器是將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)的設(shè)備，反之亦然，通常在連接的最后一英里處實(shí)現(xiàn)。它是光網(wǎng)絡(luò)與使用它的電子設(shè)備（如計(jì)算機(jī)和路由器）之間的接口。

光網(wǎng)絡(luò)的歷史始于 1790 年代，當(dāng)時(shí)法國(guó)發(fā)明家 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。

近一個(gè)世紀(jì)后的 1880 年，亞歷山大·格雷厄姆·貝爾為光電電話(huà)申請(qǐng)了專(zhuān)利，這是一種光學(xué)電話(huà)系統(tǒng)。雖然 Photophone 是開(kāi)創(chuàng)性的，但 Bell 的早期發(fā)明電話(huà)更實(shí)用，并且采用了有形的形式。因此，Photophone 從未離開(kāi)實(shí)驗(yàn)階段。

直到 1920 年代，英國(guó)的 John Logie Baird 和美國(guó)的 Clarence W. Hansell 才為使用空心管或透明棒陣列為電視或傳真系統(tǒng)傳輸圖像的想法申請(qǐng)了專(zhuān)利。

1954 年，荷蘭科學(xué)家 Abraham Van Heel 和英國(guó)科學(xué)家 Harold H. Hopkins 各自發(fā)表了關(guān)于纖維束成像的科學(xué)論文。Hopkins 專(zhuān)注于非包層光纖，而 Van Heel 只專(zhuān)注于簡(jiǎn)單的包層光纖束——裸光纖周?chē)哂休^低折射率的透明包層。

這保護(hù)了光纖反射表面免受外部變形，并顯著降低了光纖之間的干擾。成像束的發(fā)展是光纖發(fā)展的重要一步。保護(hù)光纖表面免受外部干擾允許通過(guò)光纖更準(zhǔn)確地傳輸光信號(hào)。

到 1960 年，玻璃包層光纖的損耗約為每米 1 分貝 (dB)，適用于醫(yī)學(xué)成像，但對(duì)于通信來(lái)說(shuō)太高了。1961 年，美國(guó)光學(xué)公司的 Elias Snitzer 發(fā)表了一篇關(guān)于具有微小纖芯的光纖的理論描述，該纖芯可以?xún)H通過(guò)一種波導(dǎo)模式傳輸光。

1964 年，高錕博士提出了每公里 10 或 20 dB 的光損失。該標(biāo)準(zhǔn)有助于提高遠(yuǎn)程通信系統(tǒng)的范圍和可靠性。除了他在損失率方面的工作外，高博士還證明了需要一種更純凈的玻璃來(lái)幫助減少光損失。

1970 年夏天，康寧玻璃廠(chǎng)的一組研究人員開(kāi)始試驗(yàn)一種稱(chēng)為熔融石英的新材料。這種物質(zhì)以其極高的純度、高熔點(diǎn)和低折射率而聞名。

該團(tuán)隊(duì)由 Robert Maurer、Donald Keck 和 Peter Schultz 組成，很快意識(shí)到熔融石英可用于制造一種稱(chēng)為“光波導(dǎo)纖維”的新型線(xiàn)材。這種光纖線(xiàn)可以承載比傳統(tǒng)銅線(xiàn)多 65,000 倍的信息。此外，用于攜帶信息的光波可以在甚至一千英里外的目的地被解碼。

這項(xiàng)發(fā)明徹底改變了長(zhǎng)距離通信，并為今天的光纖技術(shù)鋪平了道路。該團(tuán)隊(duì)解決了高博士定義的分貝損失問(wèn)題，1973 年，John MacChesney 在貝爾實(shí)驗(yàn)室改進(jìn)了用于纖維生產(chǎn)的化學(xué)氣相沉積工藝。結(jié)果，光纖電纜的商業(yè)化生產(chǎn)成為可能。

1977 年 4 月，通用電話(huà)和電子公司首次利用光纖網(wǎng)絡(luò)在加利福尼亞長(zhǎng)灘進(jìn)行實(shí)時(shí)電話(huà)通信。1977 年 5 月，貝爾實(shí)驗(yàn)室很快效仿，在芝加哥市中心地區(qū)建立了一個(gè)跨越 1.5 英里的光電話(huà)通信系統(tǒng)。每對(duì)光纖可以傳輸672個(gè)語(yǔ)音通道，相當(dāng)于一個(gè)DS3電路。

1980 年代初，第二代光纖通信專(zhuān)為商業(yè)用途而設(shè)計(jì)，采用 1.3 微米 InGaAsP半導(dǎo)體激光器。這些系統(tǒng)在 1987 年以高達(dá) 1.7 Gbps 的比特率運(yùn)行，中繼器間距高達(dá) 50 公里。

第三代光纖網(wǎng)絡(luò)使用的系統(tǒng)工作在 1.55 微米，每公里損耗約為 0.2 dB。

第四代光纖通信系統(tǒng)依靠光放大來(lái)減少所需的中繼器數(shù)量，并依靠波分復(fù)用 (WDM) 來(lái)增加數(shù)據(jù)容量。

2006 年，使用光放大器在一條 160 公里的線(xiàn)路上達(dá)到了每秒 14 太比特 (Tb) 的比特率。截至 2021 年，日本科學(xué)家能夠使用四芯光纜在 3,000 公里內(nèi)傳輸 319 Tbps。

雖然這些第四代光纖通信系統(tǒng)的容量比前幾代要大很多，但基本原理是一樣的：將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光脈沖，通過(guò)光纖發(fā)送，然后再轉(zhuǎn)換回電信號(hào)在接收端。

然而，每一代產(chǎn)品的組成部分都變得更小、更可靠、更便宜。因此，光纖通信已成為我們?nèi)螂娦呕A(chǔ)設(shè)施中越來(lái)越重要的一部分。

光網(wǎng)絡(luò)邊緣是流量進(jìn)出網(wǎng)絡(luò)的地方。為了滿(mǎn)足基于云的應(yīng)用需求，光網(wǎng)絡(luò)正在向終端用戶(hù)靠攏。這允許更低的延遲和更一致的性能。

隨著網(wǎng)絡(luò)攻擊變得越來(lái)越普遍，動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)保護(hù)將繼續(xù)成為主要問(wèn)題。SASE（安全訪(fǎng)問(wèn)服務(wù)邊緣），在服務(wù)端點(diǎn)使用云原生安全功能，最近越來(lái)越受到關(guān)注。端點(diǎn)保護(hù)可能會(huì)使連接網(wǎng)絡(luò)上的安全控制變得不必要。

盡管這可能不會(huì)消除對(duì)加密的需求，但它將保護(hù)敏感數(shù)據(jù)和應(yīng)用程序。如果沒(méi)有單一的安全控制，第 1 層的保護(hù)會(huì)變得越來(lái)越棘手。

我們可以通過(guò)加密控制、管理和用戶(hù)流量來(lái)更好地保護(hù)我們的資源。這使得黑客幾乎不可能侵入系統(tǒng)，從而大大降低了成功進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)攻擊的機(jī)會(huì)。隨著企業(yè)越來(lái)越依賴(lài)數(shù)據(jù)和連接，強(qiáng)大的安全解決方案只會(huì)變得更加明顯。

開(kāi)放式光網(wǎng)絡(luò)是一種使用標(biāo)準(zhǔn)、開(kāi)放式接口以允許集成不同供應(yīng)商設(shè)備的光網(wǎng)絡(luò)。這為光網(wǎng)絡(luò)組件提供了更多選擇和靈活性。此外，它還可以在新功能和服務(wù)可用時(shí)更輕松地添加它們。

隨著數(shù)據(jù)流量的不斷增長(zhǎng)，對(duì)更高帶寬和容量的需求也在不斷增加。光譜服務(wù)通過(guò)使用光譜來(lái)增加現(xiàn)有光纖網(wǎng)絡(luò)的容量來(lái)提供這一點(diǎn)。這些服務(wù)越來(lái)越受歡迎，因?yàn)樗鼈兲峁┝艘环N經(jīng)濟(jì)高效的方式來(lái)滿(mǎn)足不斷增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)需求。

隨著對(duì)更高帶寬和容量需求的增長(zhǎng)，街道機(jī)柜中的戶(hù)外部署變得越來(lái)越普遍。室外光纖可以直接運(yùn)行到用戶(hù)位置，提供更直接的連接和更低的延遲。

隨著光網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展，對(duì)更小、更緊湊的組件的需求變得越來(lái)越明顯。這是因?yàn)閿?shù)據(jù)中心環(huán)境中的空間通常是有限的。緊湊的模塊化光學(xué)元件提供了一種節(jié)省空間的方法，同時(shí)仍然提供高性能。

智能光網(wǎng)絡(luò)是使用人工智能(AI) 優(yōu)化性能的光網(wǎng)絡(luò)。人工智能可用于自動(dòng)識(shí)別和糾正網(wǎng)絡(luò)中的問(wèn)題。這允許更有效和更可靠的網(wǎng)絡(luò)。

此外，人工智能可用于預(yù)測(cè)未來(lái)的交通模式和需求。這些信息可用于提前配置容量，確保網(wǎng)絡(luò)能夠滿(mǎn)足未來(lái)的需求。

靈活的網(wǎng)格架構(gòu)正變得越來(lái)越流行，因?yàn)樗鼈兲峁┝艘环N增加現(xiàn)有光纖容量的方法。靈活的網(wǎng)格允許在單根光纖上復(fù)用不同波長(zhǎng)的光。這樣可以在每根光纖上承載更多數(shù)據(jù)，從而提高網(wǎng)絡(luò)容量。

波分復(fù)用是一種允許在單根光纖上傳輸多種波長(zhǎng)的光的技術(shù)。按需 WDM 是一種允許按需提供容量的 WDM。這意味著可以根據(jù)需要增加容量，而無(wú)需安裝新的光纖。

光網(wǎng)絡(luò)在其相對(duì)較短的歷史中已經(jīng)走過(guò)了漫長(zhǎng)的道路。從不起眼的開(kāi)始，它現(xiàn)在已成為許多大型網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分。它是互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵支柱，徹底改變了我們的溝通方式，并開(kāi)創(chuàng)了一個(gè)前所未有的技術(shù)進(jìn)步時(shí)代。

隨著 5G 等趨勢(shì)的成熟，光網(wǎng)絡(luò)似乎有望繼續(xù)在我們?nèi)找鏀?shù)字化的世界中發(fā)揮重要作用。