光網路是一種利用光訊號透過光纖電纜傳輸資料的技術。其包括一個組件系統，包括光學發射機、光學放大器和光纖基礎設施，以促進長距離的高速通訊。

這項技術支援以高頻寬傳輸大量數據，與傳統的銅纜網路相比，可實現更快、更有效率的通訊。

光網的主要組成部分

光纖網路的主要組成部分包括光纖電纜、光發射機、光放大器、光接收器、收發器、波長分複用(WDM)、光開關和路由器、光交叉連接(OXCS)和光加減復用器。

光纖電纜

光纖電纜是一種高容量傳輸介質，由玻璃或塑膠製成，稱為光纖。

這些光纖以最小的訊號損耗和高資料傳輸速率長距離傳輸光訊號。每根光纖的核心都包裹著一層包層材料，將光訊號反射回核心以實現高效傳輸。

與傳統的銅纜相比，光纖電纜具有抗電磁幹擾和減少訊號衰減的優點，在電信和網路應用中得到了廣泛的應用。

光學發射機

光發射機將電訊號轉換成光訊號，透過光纖電纜傳輸。其主要功能是調製光源，通常是雷射二極體或發光二極體(LED)，以響應表示資料的電訊號。

光學放大器

光放大器策略性地放置在光纖網路上，增強光訊號，在較長的距離內保持訊號強度。此組件補償訊號衰減，並允許距離訊號傳輸，而無需昂貴和複雜的光電訊號轉換。

光學放大器的主要類型包括:

• 摻鉺光纖放大器(EDFA)： EDFA採用摻鉺光纖。當暴露在特定波長的光下時，光纖中的鉺離子會吸收並重新發射光子，從而放大光訊號。EDFA通常用於1550nm範圍，是長距離通訊的關鍵組件。
• 半導體光放大器(SOA)： SOA透過半導體材料放大光訊號。輸入的光訊號在半導體內部誘導受激發射，導致訊號改善。SOA專門用於短距離和存取網路場景。
• 拉曼放大器：拉曼放大器利用光纖中的拉曼散射效應。不同波長的泵浦光與光訊號相互作用，傳遞能量並使其增強。這種類型的放大器是通用的，可以在各種波長下工作，包括常用的1550奈米範圍。

光學接收器

在光鏈路的接收端，光接收器將輸入的光訊號轉換回電訊號。

收發器

收發器是一種多功能設備，將光發射器和接收器的功能結合到一個單元中，促進光纖鏈路上的雙向通訊。它們將電訊號轉換成光訊號進行傳輸，並將接收到的光訊號轉換回電訊號。

波分複用(WDM)

波分複用(WDM)允許在一條光纖上同時傳輸多個資料流。WDM的基本原理是使用不同波長的光來承載獨立的資料訊號，支援資料容量的增加和光譜的有效利用。

WDM廣泛應用於長途和城域光網絡，為滿足日益增長的高速、大容量數據傳輸需求提供了一種可擴展、經濟高效的解決方案。

光學加減復用器

光學加減復用器(OADMS)是WDM光網路中的主要組成部分，提供了在網路節點上選擇性地添加(注入)或減少(提取)特定波長光訊號的能力。OADMS可協助優化網路中的資料流。

光交換器和路由器

光交換機和路由器都有助於開發先進的光網絡，為高容量、低延遲和可擴展的通訊系統提供解決方案，以滿足現代資料傳輸不斷變化的需求。

光交換器選擇性地將光訊號從一個輸入埠路由到一個或多個輸出埠。它們對於在光網路中建立通訊路徑非常重要。這些裝置的工作原理是控制光訊號的方向，而不把光訊號轉換成電訊號。

另一方面，光路由器會根據目的位址在網路層引導封包。它們在光域工作，保持光訊號的完整性，而不將其轉換為電形式。

光學交叉連接(OXCS)

光交叉連接(oxc)透過選擇性地將訊號從輸入光纖路由到所需的輸出光纖，從而實現光連接的重新配置。透過簡化波長特定路由和快速重新配置，OXCS有助於提高先進光通訊系統的靈活性和低延遲特性。

光網的工作原理

光網路的功能是利用光訊號透過光纖電纜傳輸數據，創建一個快速通訊框架。該過程包括光訊號產生、光傳輸、資料編碼、光傳播、訊號接收與整合、資料處理。

光訊號生成

光網路首先將資料轉換成光脈衝。這種轉換通常使用雷射光源來實現，以確保訊息的成功表示。

光傳輸

在這一階段，系統會透過光纖電纜發送攜帶資料的光脈衝。光在電纜的核心內傳播，由於全內反射而從周圍的包層反彈。這使得光以最小的損耗傳播很遠的距離。

資料編碼

然後，數據被編碼到光脈衝上，引入光的強度或波長的變化。此流程根據業務應用需求量身定制，確保與光網路框架無縫融合。

光傳播

光脈衝透過光纖電纜傳播，在網路內提供高速可靠的連接。這使得重要資訊在不同地點之間的傳輸更加迅速和安全。

訊號接收和集成

在網路的接收端，感光設備，如光電二極體，偵測入射光訊號。然後光電二極體將這些光脈衝轉換回電訊號，提高光網路的整合度。

資料處理

電訊號經過電子設備的進一步處理和解釋。這一階段包括解碼、糾錯和其他保證資料傳輸準確性所必需的操作。處理後的數據用於各種操作，支援關鍵功能，如通訊、協作和數據驅動的決策。

8種類型的光網絡

有許多不同類型的光網路服務於不同的目的。最常用的是網狀網路、被動光網路(PON)、自由空間光通訊網路(FSO)、波分複用(WDM)網路、同步光網路(SONET)和同步數位層次網路(SDH)、光傳輸網路(OTN)、光纖到府(FTTH)/光纖到府(FTTP)和光交叉連接(OXC)。

1.網狀網絡

光網狀網路透過多條光纖鏈路將節點互連起來。這提供了冗餘，並允許在鏈路故障的情況下動態重路由流量，增強了網路的可靠性。

• 典型應用：通常用於大規模的關鍵任務應用，其中網路彈性和冗餘是必不可少的，例如在資料中心或核心骨幹網路中。

2、無源光網路(PON)

PON是一種光纖網路架構，其將光纜和訊號傳遞給終端用戶。其使用無動力光分離器將訊號分配給多個用戶，使其成為被動的。

• 典型應用：「最後一哩路」連接，為住宅和商業用戶提供高速寬頻存取。

3.自由空間光通訊(FSO)

FSO利用自由空間在兩點之間傳輸光學訊號。

• 典型應用：在不切實際或難以鋪設光纖的環境中進行高速通信，例如城市地區或軍事目的。

4.波分複用(WDM)

WDM對每個訊號使用不同波長的光，從而增加資料容量。波分複用的子型別包括粗波分複用(CWDM)和密集波分複用(DWDM)。

• 典型應用：CWDM用於短距離城域網，DWDM用於長距離、大容量通訊。

5.同步光網路(SONET)/同步數位層次(SDH)

SONET和SDH是使用光纖電纜遠距離傳輸大量資料的標準化協定。北美較常用SONET，而國際工業則使用SDH。

• 典型應用：SONET和SDH是為高速、長距離的語音、資料和視訊傳輸而設計的。它們提供了一個同步和可靠的運輸基礎設施,用於電信基礎和載波網路。

6.光傳輸網路(OTN)

OTN在通訊網路的光層傳輸數位訊號。其具有錯誤檢測、效能監控和故障管理等功能。

• 典型應用：與WDM一起使用，以最大限度地提高長途傳輸的彈性。

7.光纖到府(FTTH)/光纖到府(FTTP)

FTTH和FTTP是指將光纖直接部署到住宅或商業場所，提供高速網路存取。

• 典型應用：FTTH和FTTP支援頻寬密集型應用，如視訊串流、線上遊戲和其他寬頻服務。

8.光學交叉連接(OXC)

OXC使光訊號的交換更容易，而不需要將光訊號轉換為電訊號。

• 典型應用：主要用於電信業者在大型光網路中進行流量管理。

現今光網路的使用

如今，許多行業和領域都在使用光網路進行高速高效的資料傳輸。其中包括電信、醫療保健、金融機構、資料中心、網際網路服務供應商(isp)、企業網路、5G網路、視訊串流服務和雲端運算。

電信

光網路是電話和網路系統的基礎。如今，光網路仍然是電信的關鍵，連接蜂窩站點，透過動態流量重路由確保高可用性，並在城域網路和長途網路中實現高速寬頻。

醫療保健

對於醫療保健，光網路保證了醫療資料的快速和安全傳輸，加快了遠端診斷和遠距醫療服務。

金融機構

金融機構利用這項技術進行快速、安全的資料傳輸，這對於高頻交易和無縫連接分支機構等活動是必不可少的。

資料中心

資料中心的光網路連接伺服器和儲存單元，為可靠的資料通訊提供高頻寬和低延遲的基礎設施。

互聯網服務供應商

網際網路服務供應商利用光網路提供寬頻服務，使用光纖連線更快接取網路。

企業網路

大型企業利用內部光網路連接辦公室和資料中心，在其基礎設施內保持高速和可擴展的通訊。

行動網路(5G)

對於5G行動網絡，光網絡允許提高資料速率和低延遲要求。光纖連接將5G蜂窩站點連接到核心網絡，為各種應用帶來頻寬。

視訊串流服務

光網路可以實現流暢的資料傳輸，透過串流媒體平台提供高品質的視訊內容，從而獲得更積極的觀看體驗。

雲端運算

雲端服務供應商依靠光網路連接資料中心，以提供可擴展的高效能雲端服務。

光網的歷史

幾家光網企業和傑出人士的共同努力，大大塑造了當今所知的光網絡格局。

• 1792年：法國發明家Claude Chappe發明了光訊號電報，這是最早的光通訊系統之一。
• 1880年：Alexander Graham Bell為光電話系統申請了專利。然而，其的第一項發明——電話，被認為是更實用的。
• 1965年：德國物理學家Manfred Börner在烏爾姆的Telefunken研究實驗室展示了第一個工作的光纖資料傳輸系統。
• 1966年：Sir Charles K.Kao和George A.Hockham提出，由超純玻璃製成的光纖可以在不完全失去訊號的情況下傳輸數公里的距離。
• 1977年：通用電話和電子企業測試並部署了世界上第一個用於長途通訊的商用光纖網路。
• 1988-1992年：SONET/SDH標準的出現。
• 1996年：首個商用16頻道DWDM系統由Ciena推出。
• 1990年代：組織開始在企業區域網路(LANs)中使用光纖連接乙太網路交換器和IP路由器。

快速擴展光網絡，以支持互聯網繁榮帶來的日益增長的需求。

組織開始使用光學放大來減少對中繼器的需求，更多的企業實施WDM來提高資料容量。這標誌著光網路的開始，因為WDM成為擴展光纖系統頻寬的首選技術。

• 2000年：網路泡沫的破滅導致了光網路產業的衰退。
• 2009年：軟體定義網路(SDN)這個名詞在麻省理工學院的一篇評論文章中首次提出。
• 2012年：網路功能虛擬化(NFV)在OpenFlow世界大會上，首次由歐洲電信標準協會(ETSI)提出，該協會由AT&T、中國移動、英國電信集團、德國電信等服務供應商組成。
• 現況：5G於2020年開始投入使用。

光子技術的研究和發展仍在繼續。光子學解決方案具有更可靠的雷射能力，並且可以以歷史性的速度傳輸光，使設備製造商能夠解鎖更廣泛的應用並準備下一代產品。

光網發展趨勢

5G融合、彈性光網路、光網路安全、資料中心互聯、綠色組網等光網路發展趨勢凸顯了光網路技術的不斷演進，以滿足新技術和新應用的需求。

5G集成

光網路能夠提供高速、低延遲的連接，以滿足5G應用的資料需求。5G整合可確保您在串流媒體，遊戲以及擴增實境(AR)和虛擬實境(VR)等新興技術等活動中獲得快速可靠的連線。

相干光學的進步

相干光學技術的不斷進步有助於實現更高的數據速率、更長的傳輸距離和光網路容量的增加。這對於適應不斷增長的數據流量和支援需要高頻寬的應用至關重要。

邊緣運算

光網路與邊緣運算的整合減少了延遲，提高了需要即時處理的應用和服務的效能。這對於需要即時回應的應用和服務是必不可​​少的，例如自動駕駛汽車、遠距醫療程序和工業自動化。

軟體定義網路(SDN)和網路功能虛擬化(NFV)

在光網路中採用SDN和NFV，可以獲得更好的靈活性、可擴展性和資源的有效利用。這使得營運商可以動態分配資源，優化網路效能，並快速回應不斷變化的需求，從而提高整體網路效率。

彈性光網絡

彈性光網路允許根據業務需求動態調整光通道的頻譜和容量。這促進了資源的最佳使用，並最大限度地減少了高峰使用期間的擁塞風險。

光網路安全

重點加強光網路的安全性，包括加密技術，對於保護敏感資料和通訊非常重要。隨著網路威脅變得越來越複雜，保護其網路變得至關重要，特別是在傳輸敏感資訊時。

資料中心的光互連

雲端運算、大數據處理和人工智慧應用的需求推動了資料中心對高速光互連的需求不斷增長。光互連具有在資料中心環境中處理大量資料的頻寬。

綠色網路

使光網絡更加節能和環保的努力符合更廣泛的永續發展目標。綠色網路實踐在減少電信基礎設施對環境的影響方面發揮關鍵作用，使其從長遠來看更具永續性。

總結：光網將繼續存在

光網絡的發展在塑造電腦網路的歷史中扮演了重要的角色。隨著電腦網路的發展，對更快的資料傳輸方式的需求不斷增長，光網路提供了一種解決方案。透過使用光線進行資料傳輸，這項技術使現今使用的高速網路得以建立。

隨著光纖網路的發展，其所做的不僅僅是提供更快的網路速度。例如，光網路安全可以保護其組織免受新出現的網路威脅，而綠色網路等趨勢可以使電信基礎設施隨著時間的推移更具永續性。