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一探究竟未來的高空連網技術
2014-10-23
網路鋪設建構成本高一直是偏遠及貧窮落後地區遲遲無法使用網路的主要原因,至今有不乏有『Loon』、『internet.org』、『outernet』等計劃的推動,皆不是於地面上挖線路鋪設網路,而是將網路往高空中發展,利用高空傳遞網路訊號。其中internet.org計劃使用無人飛機與低軌衛星來佈署高空中的無線網路熱點,傳遞無線網路訊號的無人飛機、衛星是使用無線光通訊技術(FSO,Free Space Optical communication)。
Free Space Optical communication的『Free-space』顧名思義是指空氣、外太空、真空類似的空間,Free-space optical以大氣為傳輸媒介,並利用雷射光作為載體攜帶網路數據的光通訊技術,又有『無線光纖』之稱。FSO兼有光纖高速傳輸的特性與無線通訊的優點,只要兩端設有雷射光發射器與接收器便能組合實現全雙工通訊的功能,優於需要挖線路鋪設的高成本建構工程。
(一)高頻寬
FSO技術有三種網路拓蹼結構:點對點、點對多、網狀三種,點對點的拓蹼結構,FSO能提供155Mbps~10Gbps的傳輸速率,傳輸距離2公里~4公里;點對多的拓蹼結構,FSO同樣能支持155Mbps~10Gbps的傳輸速率,但傳輸距離為1公里~2公里;但當使用網狀的拓蹼結構時,FSO支持622Mbps的傳輸速率,傳輸距離為200米~400米。
(二)免許可證
FSO的使用頻譜頻段在300GHz,不受全球的規範管制無須申請許可證,而LMDS使用的微波頻譜就必須申請。目前各國法令開放的頻譜均不相同,以台灣為例:固網業者獲得配給的頻譜約在24-28GHz之間,但FSO無須申請頻譜使用許可。
(三)成本低且快速部署
FSO無需進行昂貴的光纖管道工程鋪設或維護,造價約為光纖通訊工程的五分之一,且FSO的雷射光收發設備尺寸小,安裝也相對方便,工程建設時間短,相對之下更適合偏遠、貧窮國家採用。另外,安裝方便對於當災難發生時,鋪設的網路斷訊後,不僅能快速安裝架設,撤換佈署也相對簡單容易。
(四)安全保密性能高
FSO光波束窄定向性好且為不可見光,無法偵測到到鏈路位置安全性高,不容易被截取截取資料,安全保密性高。
而目前FSO有一些需克服的缺點存在:
(一)天氣影響
因為FSO技術以大氣為傳輸媒介,傳輸的雷射光波長會因天氣(雨、冰雪、灰塵、霧)因素影響。當天氣狀況不好時,會對FSO的雷射光波產生衰耗作用,大氣中的射散粒子會導致光波的產生空間、時間、角度上不同的偏差。而大氣中的粒子也許會吸收雷射光的能量,使得信號功率衰減。如上圖不同的氣候中雷射光波衰減的關係圖中可看出,『濃霧』對於雷射光波的影響最大,其次是下雪與下雨的天氣狀況。
(二)安全問題
雷射光對於人體安全的問題一直存在著,主要是會對肉眼造成傷害,而IEC也針對雷射制訂相關法規與等級的劃分。FSO發射的雷射光束必須確認保證在人類肉眼的安全功率內,但是相對的也限制了通訊距離。
(三)收發端對準問題
internet.org所使用的無人飛機及衛星皆是長時間在高空中飛行運作,除了必須克服天氣影響吸收雷射光能量之外,在動態飛行的過程中發射與接收端如何精確的對準接收訊號也是個必須考量的問題所在。
目前高空網路的佈署各個計劃正積極的開發、測試當中,相信未來全球皆有網路可使用的願景已經不遠了,待技術更成熟、完善後甚至不再需使用光纖昂貴鋪設與維護,轉而使用高空網路連網接收資訊。
internet.org / Loon / Outernet
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