使用高帶寬中繼線把商用大樓和住宅樓、大學園區及市政大樓連接起來至關重要，同時也極具挑戰性。目前有多種連接選項，包括安裝光纖電纜、租用黑光纖或使用服務提供商用戶業務、安裝橋接式無線系統。高速公路、街道、停車場、水路、鐵軌、密密麻麻的管道和導線管通常會形成許多障礙，使得在大樓之間實現物理有線連接的成本高不可攀。高帶寬租賃業務儘管可靠性高、實現簡便，但其成本也非常高。由於實現簡便，可靠性接近有線網絡，橋接式無線技術已經得到廣泛接受。必須指出的是，並沒有一種適合所有方案的最佳技術，每種連接方案都有各自的優勢。本文將重點介紹自由空間光學器件 (FSO)，這是一種雙向點到點光束無線技術，為真正的寬帶園區連接提供了極具吸引力的、強健、經濟的高帶寬方案。本文還在各種應用和環境中比較了光學無線系統與知名的基於RF的無線系統。
什麼是自由空間光學器件?
FSO採用視線雷射器生成的光束，通過空氣從一臺設備向另一臺設備傳送寬帶數據、語音和視頻。這種技術可以視為通過光纖電纜實現的光學有線傳輸的同等光學無線技術。FSO設備通過TIA/EIA標準銅纜或光纖結構化布線系統連接到網絡上，可以通過IP業務傳送的任何應用，包括語音、數據、視頻和安全應用，都可以通過FSO傳送。
FSO系統採用兩種不同的波長傳輸窗口提供：780-850 nm和1520-1600 nm。780–850 nm系統可靠性和經濟性高，適合大多數應用，包括1 Gb/s乙太網，1520-1600 nm系統則能夠以更高的功率傳送信號，從而在晴朗的天氣中傳送更遠的距離。業內已經發表了大量的文章，比較了780-850 nm FSO系統與1520-1600 nm系統在不同天氣條件下的性能，特別是在下霧時。如果設備之間的距離小於500米(典型的園區鏈路)，那麼不管霧有多大，這兩種技術之間的性能都沒有太大的差異。如果考慮到成本影響，那麼採用1520 – 1600 nm波長的系統成本要比780-850 nm系統高出10倍。
評估無線系統實現技術
在評估任何無線系統時，必須考察帶寬能力、傳輸吞吐量、可靠性、安全功能和實現成本。通過綜合考慮這些因素，有助於確定哪類系統為用戶環境提供最好的性能和價值。
帶寬能力和傳輸吞吐量
為園區應用提供的常用FSO產品的帶寬範圍從10 Mb/s系統直到1.25 Gb/s系統。對園區應用，FSO在高速網絡中具有帶寬優勢。在大多數FSO系統中，數據吞吐量受到其支持的實際網絡的性能限制。FSO吞吐量不象RF系統那取決於傳輸頻率，而是取決於發送和接收傳送的光學信號的能力。只要保持足夠的波束強度，FSO系統中的傳輸數據吞吐量會保持不變。再與光纖比較一下。如果光纖鏈路中的衰減太高，那麼光纖將不能實現有效傳輸。接收的數據在光纖網絡中不會由於信號衰減而衰落，它要麼不傳輸數據，要麼整個傳輸都是誤碼。相比之下，在RF系統中，在信號強度被衰減時，系統將切換到較低的數據速率，以保持鏈路。在晴朗的天氣中以24 Mb/s吞吐量運行的RF鏈路，在暴風雨中性能可能會下降到18 Mb/s、12 Mb/s、6 Mb/s。
可靠性
無線系統會由於天氣、環境因素和障礙物而發生中斷或性能下降。FSO系統對雨天的容忍度要高於RF系統，它固有偵聽更加困難的特點，可以內置追蹤系統，能夠容忍樓體運動。
天氣的影響
在傳送光時，天氣條件可能會導致光發生散射，使兩臺設備之間傳送的雷射數量發生衰減，導致信號丟失，在最壞的情況下會導致傳輸錯誤。霧是影響最大的天氣條件。由於霧是一種可變的天氣條件，因此系統性能鬆散地取決於能見度。紅外線光線在霧天中傳送的距離約是能見距離的兩倍。因此，如果能夠在壞天氣條件下看到對面一半的距離，那麼FSO系統仍能保持鏈路。下雨、下雪、汙染物質也會影響信號衰減，但一般來說，在園區距離的限制範圍內，其對性能的影響要遠遠小於霧。處理天氣條件的有效措施是採用對焦的波束，並輔以自動對準功能，以適當地減少對傳送信號的影響。
波束對準和障礙物的影響
保持波束對準是FSO系統性能的一個重要因素。即使安裝正確，FSO接收機仍會受到安裝在的建築的運動影響。運動可能是由明顯的因素引起的，如大風，也可能是由於比較細微的條件引起的，如溫度變化。可以使用兩種基本方法，考慮對準變化：具有自動追蹤功能的窄對焦波束，或沒有追蹤功能的寬波束。具有自動追蹤功能的系統能夠在引起傳輸中斷前補償運動。在確定自動追蹤需求時，距離和傳輸速度是主要考慮因素。短的(小於200米)、環境穩定的10 Mb/s鏈路的脆弱性要低於安裝在40層大樓頂部的500米1.25 Gb/s鏈路。寬波束有效地擴大了目標接收區域。其缺點是，波束越寬，越容易發生衰減，因此越容易受到天氣影響。
視線障礙可能會使性能下降，但經過正確培訓的安裝人員會考慮當前和未來的永久障礙，使傳輸中斷的可能性達到最小。臨時障礙，如小鳥，一般不會導致傳輸中斷。如果小鳥飛過雷射路徑，收到的光線數量會下降，但仍足以傳輸數據。如果大的物理障礙完全擋住波束，那麼數據會臨時中斷。如果網絡使用TCP/IP協議，那麼通過重傳輸數據，可以解決問題。
安全性
安全是所有無線系統都特別關注的問題。由於RF系統在所有方向發射信號，所以很容易被偵聽。因此，其通常會採用編碼和硬體措施，改善RF網絡的安全性能。FSO則採用單一的定向光束，因此偵聽起來非常困難。如果想捕獲通過FSO傳送的數據廣播，那麼必需攔截或中斷檢測不到的光束。由於FSO系統一般安裝在屋頂或高樓窗戶上，因此入侵者必須克服這一物理障礙，才能在不中斷傳輸的情況下捕捉光束。此外，許多製造商採用小型設計，看上去與安全攝像機非常類似，對潛在的入侵者會起到威懾作用。
經濟性
FSO在相應的距離內提供了經濟的選擇。事實上，對同一應用，FSO系統的成本可能要比敷設傳統光纖電纜低達80%，而且在幾天內即可投入運行。挖電纜溝不僅成本高，而且可能會導致其它問題，如交通擁堵，破壞自然環境和歷史文物。由於這些問題，許多美國城市正在考慮推遲挖電纜溝的施工。與電話公司的租賃線路相比，FSO鏈路成本低，是一項吸引力更高的商業資產。與有線和租賃線路方案相比，FSO系統是實實在在的設備，可以根據用戶要求進行部署和再部署。
評估各個要素：FSO與RF比較
鑑於FSO在各個要素方面的上述功能，我們有必要針對每個應用，把它與基於RF的無線系統作一下比較。表1評估了每個系統的優勢。
要素
自由空間光學器件
RF 無線系統
帶寬
10 Mb/s – 1.25 Gb/s
11 Mb/s – 100 Mb/s
傳輸吞吐量
取決於網絡
取決於頻率
高衰減=性能惡化
天氣
在雨天中比較好
在霧天中比較好
障礙物
可以容忍小的障礙物
容忍
安全性
信號偵聽困難
信號偵聽容易
成本 (美元)
15,000 – 35,000
1,000 – 50,000+
FSO實施案例
需要在大樓之間迅速部署可靠、經濟、安全的寬帶鏈路的許多不同機構和公司都已經採用了FSO。兩個最新實例說明了FSO無線網絡技術在涉及歷史性建築的應用中的獨特優勢。在其中一項應用中，一家最近修葺的著名文物保護風景區需要建立千兆位乙太網連接，以擴展乙太網，顯然不能挖開人行道來施工。在鏈路安裝後不久，該地區遭受大暴雨襲擊，在不到兩個小時內，降雨量接近6英寸。儘管面臨這麼嚴峻的條件，FSO系統仍持續運行，沒有任何中斷，在大樓之間提供了可靠的鏈路。
在另一項應用中，由於缺少硬線纜把攝像機連接到安全網絡上，而不能實施部署監控攝像機的安全計劃。障礙是一處受保護的歷史名勝。這家機構調查後發現，高度安全的FSO鏈路可以有效滿足他們的應用。各種物理障礙的影響，如高速公路、鐵路、甚至工業園區的其它建築物，都是實現無線系統的主要推動因素。一家高科技製造商需要在4條車道高速公路隔開的大樓之間建立寬帶鏈路，他們最終選擇了FSO系統。但是，FSO並不只是適用於高科技公司。由於混凝土、其它構件和工廠周圍非常熱鬧的RF環境，促使一家紙品包裝公司採用了FSO。
如前所述，FSO採用視線技術，幾乎不可能偵聽或竊聽其傳送的數據。一家大型金融機構最近發現其硬連線系統被切斷，而採用了FSO鏈路實現災難恢復，而上述原因是其關鍵考慮因素。現在，這家機構正在擴大FSO的使用範圍，作為一級備份系統，實現網絡冗餘。風險管理對大型醫院和醫療中心至關重要，他們必須遵守聯邦法律，對患者記錄保密。正因如此，一家大型醫療機構安裝了FSO，在醫療中心與租賃的相距大約1/4英裡的寫字樓之間建立了一條安全的網絡鏈路。除安全外，這條鏈路的建設周期要快，而且要跨過附近的一條公路。FSO滿足所有這些需求，其高帶寬能力可以輕鬆地在大樓之間傳送大型醫療影像文件。
必需認識到，並沒有一種適用於所有情況的最佳技術，每種連接選項都有各自的優勢。在網絡設計人員考慮本地區常見的天氣問題影響、無線鏈路距離、用戶帶寬要求及潛在補充備份系統時，異常高效的FSO無線網絡是一個很好的選擇。能夠迅速部署無需牌照、安全、高帶寬、獨立於協議的無線系統，使得FSO正被主要市場所接受。
MOLEX CANOBEAM 自由空間光學器件系統
Molex目前提供佳能設計的Canobeam自由空間光學器件(FSO)點到點無線系統，具有實時波束自動追蹤功能。Molex與佳能獨家OEM合作，作為結構化布線系統的自然延伸，提供自由空間光學器件。
Canobeam能夠橋接最遠2公裡(1.24英裡)的距離，支持從25 Mb/s (兆位/秒)到1.25 Gb/s (千兆位/秒)的範圍廣泛的數據速率。佳能Canobeam系列FSO傳輸系統為最後一英裡寬帶數據網絡連接提供了領先的選擇。頂級Canobeam型號MFSO-130提供了1.25 Gb/s數據速率的乙太網聯網能力，支持100 m - 1,000 m (約2/3英裡)的距離。Canobeam中的其它型號MFSO-100系列包括MFSO-110，提供了25 Mb/s - 156 Mb/s的範圍廣泛的數據速率，支持20 m - 500 m的距離。Canobeam MFSO-120提供的數據速率與MFSO-110相同，但支持100 m - 2 km的距離。
Canobeam還擁有自動追蹤功能，MFSO-100系列三種型號上都標配自動追蹤功能。這種功能自動調節FSO光束，「即時」補償大風、溫度變化、大樓內的HVAC系統或其它因素導致的振動。通過內置自動追蹤功能，Canobeam的光束軸連續自行校正，在Canobeam系統雙向發送站和接收站之間保持精確、連續、可靠的數據傳輸。佳能是唯一以當前價位標配自動追蹤功能的製造商，與沒有標配追蹤功能的系統相比，其價格極具競爭力。
如果要求2公裡以上的寬帶連接，或者如果沒有清楚的視線，那麼可以成對安裝Canobeam設備，以中繼信號。Canobeam MFSO-130的3R功能(再整形、再定時和再生)可以在不損失強度或質量的情況下中繼數據信號。
Canobeam MFSO-100系列數據收發機可以安裝在室內，實現窗戶到窗戶或窗戶到屋頂傳輸，只要兩臺設備位於直接的視線中。所有MFSO-100系列Canobeam都標配Canobeam內置管理板卡。通過這種功能，用戶可以通過SNMP或Telnet (用於監測和設置的協議)監測Canobeam收發機的狀態。此外，可以通過FTP (用於日誌傳輸的協議)把診斷日誌存儲在PC中。
在由Molex認證安裝人員安裝時，所有Molex 自由空間光學器件系統都擁有一年行業標準產品更換質保。在您指定Molex企業布線網絡部解決方案時，您將獲得Molex優異的全球資源、超過行業標準的性能及創新的解決方案。