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一探究竟未来的高空连网技术
2018-05-08
网络铺设建构成本高一直是偏远及贫穷落后地区迟迟无法使用网络的主要原因,至今有不乏有『Loon』、『internet.org』、『outernet』等计划的推动,皆不是于地面上挖线路铺设网络,而是将网络往高空中发展,利用高空传递网络讯号。其中internet.org计划使用无人飞机与低轨卫星来佈署高空中的无线网络热点,传递无线网络讯号的无人飞机、卫星是使用无线光通讯技术(FSO,Free Space Optical communication)。
Free Space Optical communication的『Free-space』顾名思义是指空气、外太空、真空类似的空间,Free-space optical以大气为传输媒介,并利用雷射光作为载体携带网络数据的光通讯技术,又有『无线光纤』之称。FSO兼有光纤高速传输的特性与无线通讯的优点,只要两端设有雷射光发射器与接收器便能组合实现全双工通讯的功能,优于需要挖线路铺设的高成本建构工程。
(一)高频宽
FSO技术有三种网络拓蹼结构:点对点、点对多、网状三种,点对点的拓蹼结构,FSO能提供155 Mbps~10 Gbps的传输速率,传输距离2公里~4公里;点对多的拓蹼结构,FSO同样能支持155 Mbps~10 Gbps的传输速率,但传输距离为1公里~2公里;但当使用网状的拓蹼结构时,FSO支持622 Mbps的传输速率,传输距离为200米~400米。
(二)免许可证
FSO的使用频谱频段在300GHz,不受全球的规范管制无须申请许可证,而LMDS使用的微波频谱就必须申请。目前各国法令开放的频谱均不相同,以台湾为例:固网业者获得配给的频谱约在24-28GHz之间,但FSO无须申请频谱使用许可。
(三)成本低且快速部署
FSO无需进行昂贵的光纤管道工程铺设或维护,造价约为光纤通讯工程的五分之一,且FSO的雷射光收发设备尺寸小,安装也相对方便,工程建设时间短,相对之下更适合偏远、贫穷国家採用。另外,安装方便对于当灾难发生时,铺设的网络断讯后,不仅能快速安装架设,撤换佈署也相对简单容易。
(四)安全保密性能高
FSO光波束窄定向性好且为不可见光,无法侦测到到链路位置安全性高,不容易被截取截取资料,安全保密性高。
而目前FSO有一些需克服的缺点存在:
(一)天气影响
因为FSO技术以大气为传输媒介,传输的雷射光波长会因天气(雨、冰雪、灰尘、雾)因素影响。当天气状况不好时,会对FSO的雷射光波产生衰耗作用,大气中的射散粒子会导致光波的产生空间、时间、角度上不同的偏差。而大气中的粒子也许会吸收雷射光的能量,使得信号功率衰减。如上图不同的气候中雷射光波衰减的关係图中可看出,『浓雾』对于雷射光波的影响最大,其次是下雪与下雨的天气状况。
(二)安全问题
雷射光对于人体安全的问题一直存在着,主要是会对肉眼造成伤害,而IEC也针对雷射制订相关法规与等级的划分。FSO发射的雷射光束必须确认保证在人类肉眼的安全功率内,但是相对的也限制了通讯距离。
(三)收发端对准问题
internet.org所使用的无人飞机及卫星皆是长时间在高空中飞行运作,除了必须克服天气影响吸收雷射光能量之外,在动态飞行的过程中发射与接收端如何精确的对准接收讯号也是个必须考量的问题所在。
目前高空网络的佈署各个计划正积极的开发、测试当中,相信未来全球皆有网络可使用的愿景已经不远了,待技术更成熟、完善后甚至不再需使用光纤昂贵铺设与维护,转而使用高空网络连网接收资讯。
internet.org / Loon / Outernet
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