chương 1 đã giới thiệu khái quát về hệ thống truyền thông quang qua không gian cũng như mô hình của hệ thống FSO. Tương lai ngày càng đòi hỏi phải có các giải pháp truyền dẫn tốc độ cao để đáp ứng yêu cầu của các doanh nghiêp, tổ chức và cá nhân. Các giải pháp cũng cần phải có chi phí hiệu quả, triển khai nhanh, truyền dẫn thông tin một cách an toàn và tin cậy. FSO có thể đáp ứng các yêu cầu này và sẽ được sử dụng ngày càng nhiều trong tương lai.
SVTH: Hồ Thị Kim Tiến_Lớp: CCVT06B 13 Hệ thống thông tin quang không dây và vấn đề thiết kế, tính toán, tối ưu tuyến trong điều kiện khí hậu Việt Nam CHƢƠNG 2: MỘT SỐ ỨNG DỤNG TIÊU BIỂU CỦA HỆ THỐNG FSO 2.1 Ứng dụng trong thông tin mặt đất Công nghệ FSO có tiềm năng ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, trong các mạng truy nhập và các mạng đô thị (metro networks). Khoảng cách từ hầu hết những người sử dụng đầu cuối đến các mạng xương sống là ngắn (chỉ vào khoảng 1 dặm trở lại) nên công nghệ FSO có thể là giải pháp lý tưởng cho vấn đề “nút thắt cổ chai”, đóng vai trò như là cầu nối giữa mạng cáp quang xương sống và người sử dụng đầu cuối. Dưới đây là một số lĩnh vực ứng dụng tiêu biểu của FSO: 2.1 Kết nối tốc độ cao giữa các tòa nhà Hiện nay, các doanh nghiệp đang gặp phải vấn đề quá tải lưu lượng mạng tại các kết nối giữa các tòa nhà. Với các doanh nghiệp sử dụng các mạng nội bộ dựa trên tiêu chuẩn Gigabit Ethernet, các kết nối 2.544) Mbit/s giữa các tòa nhà sẽ làm hạn chế lưu lượng kết nối.
Trong khi đó, các doanh nghiệp với yêu cầu số liệu lớn mong muốn truyền dẫn dung lượng cao giữa các trụ sở doanh nghiệp mà không sử dụng các kết nối sợi quang chi phí cao. Việc lắp đặt sợi quang cũng phức tạp và tốn thời gian hơn. Ngoài ra, việc xin cấp phép, vấn đề an ninh, đào rãnh, đặt cáp và yêu cầu về môi trường cũng là các vấn đề trở ngại. Để loại bỏ các vấn đề trở ngại trên và tăng lưu lượng kết nối, các doanh nghiệp có các tòa nhà nằm trong tầm nhìn thẳng chuyển sang sử dụng các giải pháp FSO.
Các giải pháp FSO cho phép loại bỏ: - Tắc nghẽn về lưu lượng. - Yêu cầu xin phép và cấp giấy phép. - Việc đào rãnh, cống và đặt cáp. - Vấn đề liên quan tới hợp đồng thuê (cho thuê) tòa nhà.
- Tốn thời gian lắp đặt. - Chi phí cao. SVTH: Hồ Thị Kim Tiến_Lớp: CCVT06B 14 Hệ thống thông tin quang không dây và vấn đề thiết kế, tính toán, tối ưu tuyến trong điều kiện khí hậu Việt Nam Hình 2.1 Kết nối tốc độ cao giữa các tòa nhà Về mặt công nghệ, ứng dụng ít thách thức nhất là sử dụng FSO làm đường truyền số liệu kết nối các tòa nhà đô thị (kết nối giữa các mạng LAN). Trong ứng dụng này, cự ly tuyến FSO từ vài trăm mét cho tới vài km, việc triển khai FSO đơn giản và tốn ít chi phí lắp đặt hơn bất kỳ loại cáp nào.
FSO có thể sử dụng làm đường truyền dẫn tốc độ cao nối người dùng Internet với nhà cung cấp hoặc các mạng khác. Nó cũng có thể được sử dụng làm hệ thống mạng vòng đô thị để cung cấp các kết nối tốc độ cao cho các doanh nghiệp. FSO có thể được dùng để mang lưu lượng của mạng di động từ antenna tới các thiết bị khác của mạng. FSO thậm chí có thể dùng để truyền số liệu giữa một tàu vũ trụ ở xa và một trạm ở gần trái đất.2 Ứng dụng trong mạng truy nhập đầu cuối FSO là giải pháp lý tưởng đề làm cầu nối về băng thông giữa người dùng đầu cuối và mạng xương sống.
Thông tin cáp quang ở mạng xương sống có thể cung cấp băng thông khổng lồ với tốc độ dữ liệu rất lớn. Tuy nhiên băng thông khổng lồ của thông tin quang trong các mạng lõi lại không thể được sử dụng hết bởi người sử dụng trong các mạng truy nhập. Lý do là vì giới hạn băng thông của công nghệ truyền dẫn trên cáp đồng được sử dụng phổ biến để kết nối giữa người sử dụng và mạng cáp quang xương sống. Điều này này dẫn đến việc tốc độ dữ liệu mà người dùng có thể sử dụng bị hạn chế rất nhiều, vấn đề này được gọi là “nghẽn cổ chai ở mạng truy nhập”.
Đã có rất nhiều giải pháp được đưa ra để giải quyết vấn đề này như: Internet cáp quang FTTH, công nghệ siêu băng rộng không dây UBW, công nghệ thông tin quang tự do FSO…Và công nghệ FSO là giải pháp hứa hẹn nhất bởi những ưu điểm như giá thành thiết kế, triển khai và sử dụng lại thấp, băng thông lớn, phổ tần không cần cấp phép… SVTH: Hồ Thị Kim Tiến_Lớp: CCVT06B 15 Hệ thống thông tin quang không dây và vấn đề thiết kế, tính toán, tối ưu tuyến trong điều kiện khí hậu Việt Nam Hình 2.2 FSO ứng dụng trong mạng truy nhập đầu cuối Trên thực tế, đường truyền dẫn FSO với khoảng cách từ 50m đến vài km đã được triển khai trên thị trường với tốc độ dữ liệu có thể từ 1 Mbps lên tới 10 Gbps. - Đường truyền dẫn dự phòng cho cáp quang: công nghệ FSO có thể được sử dụng để cung cấp đường truyền dự phòng trong trường hợp đường truyền cáp quang chính gặp sự cố. - Dùng trong các mạng tế bào: Công nghệ FSO có thể được sử dụng làm đường truyền dẫn backhaul giữa các trạm gốc (BS) và các trung tâm chuyển mạch (switching centres) trong mạng thông tin di động 3G, 4G hoặc là để truyền dẫn tín hiệu CDMA IS-95 từ các tế bào tới các trạm gốc. - Đường truyền dẫn tạm thời trong trường hợp thiên tai: Công nghệ FSO được ứng dụng ở những nơi cần đến đường truyền dẫn tạm thời khi những đường truyền dẫn chính bị phá vỡ do thiên tai như động đất, núi lửa, sóng thần…FSO khi đó có thể được sử dụng để kết nối cho 1 hội nghị.
- Mạng truyền dẫn trong trường học: Công nghệ FSO đã được sử dụng để kết nối giữa các khuôn viên của trường đại học, trung tâm nghiên cứu,. và cung cấp link dự phòng với tốc độ tương đương FAST-Ethernet hoặc có thể lên tới GigabitEthernet. - Ứng dụng ở những nơi địa hình khó khăn: Công nghệ FSO là một giải pháp tốt để dùng làm cầu nối về dữ liệu qua những khoảng cách như là vượt qua một SVTH: Hồ Thị Kim Tiến_Lớp: CCVT06B 16 Hệ thống thông tin quang không dây và vấn đề thiết kế, tính toán, tối ưu tuyến trong điều kiện khí hậu Việt Nam con sông, qua một đường phố rất đông đúc, qua đường ray xe lửa hoặc nhưng nơi mà đường nối trực tiếp là không thể thực hiện được hoặc quá đắt để thực hiện. - Truyền hình với độ nét cao (HD): Do yêu cầu khổng lồ về băng thông của máy quay độ nét cao và tín hiệu truyền hình với độ nét cao, công nghệ FSO ngày càng được sử dụng nhiều ở ngành công nghiệp truyền hình dùng để truyền tín hiệu trực tiếp từ máy quay có độ nét cao (HD) ở các trạm di động tới trung tâm truyền hình (Truyền hình trực tiếp).3 Ứng dụng trong trao đổi thông tin cá nhân Truyền thông quang không dây với khoảng cách ngắn đã được nghiên cứu và ứng dụng mạnh mẽ trong trao đổi thông tin giữa các thiết bị cá nhân trong vòng vài thập kỷ gần đây.
Bên cạnh những ưu điểm như băng thông khổng lồ, phổ tần không cần đăng ký thì còn một ưu điểm nữa khiến cho thông tin quang không dây thích hợp cho trao đổi thông tin giữa các thiết bị cá nhân đó là an toàn cho sức khỏe và an toàn thông tin cao. Nguyên nhân là do khoảng cách ngắn, yêu cầu công suất phát bức xạ quang thấp. Hơn thế nữa, các thiết bị sử dụng công nghệ FSO không gây can nhiễu lên các hệ thống thông tin vô tuyến khác. Các ứng dụng trong điều khiển, trao đổi thông tin qua giữa các điện thoại…đều có thể ứng dụng được công nghệ truyền thông quang không dây.2 Ứng dụng trong thông tin vệ tinh Sóng vô tuyến thường được sử dụng để truyền thông tin giữa các vệ tinh và giữa các vệ tinh với trạm mặt đất.
Tuy nhiên, xu hướng mới trong thông tin vệ tinh đang được phát triển gần đây đó là sử dụng bức xạ quang laser làm tín hiệu mang tin thay cho sóng vô tuyến. SVTH: Hồ Thị Kim Tiến_Lớp: CCVT06B 17 Hệ thống thông tin quang không dây và vấn đề thiết kế, tính toán, tối ưu tuyến trong điều kiện khí hậu Việt Nam Hình 2.3 FSO trong thông tin vệ tinh Cơ quan vũ trụ Châu âu (ESA) trong dự án SILEX đã sử dụng đường truyền dẫn quang không dây 50 Mbps để trao đổi thông tin hai lần một ngày giữa một vệ tinh tầm thấp (LEO) và một vệ tinh địa tĩnh (GEO) từ năm 2003. Chương trình thông tin liên quỹ đạo giữa các vệ tinh sử dụng bức xạ quang (OICETS) đã được nghiên cứu và phát triển bởi cơ quan thăm dò vũ trụ Nhật Bản (JAXA) trong năm 2005. Chính vì thế, xu hướng mới trong thông tin vệ tinh là sử dụng thông tin quang không dây để phục vụ nhiều mục đích trong không gian khác nhau.
Dưới đây sẽ trình bày một số hoạt động cần thiết trong không gian sử dụng thông tin quang không dây: 2.1 Phục vụ các hoạt động của con người trong không gian Trong tương lai gần, không chỉ phi hành gia mà những người bình thường cũng sẽ có cơ hội du lịch trên không gian vũ trụ bằng tàu vũ trụ. Du lịch vũ trụ phát triển, điều tất yếu là sẽ yêu cầu có kết nối internet tốc độ cao trên các tàu vũ trụ và các trạm vũ trụ. Trên các trạm vũ trụ như trạm vũ trụ quốc tế (ISS), các phi hành gia và các chuyên gia cũng cần có những phương tiện giải trí như ở mặt đất. Ví dụ như, để giải tỏa căng thẳng và giải trí, các phi hành gia và các chuyên gia cũng cần xem các bộ phim nổi tiếng, các bài hát hay…như ở dưới mặt đất.
Điều này hoàn toàn có thể thực hiện nếu sử dụng thông tin quang không dây. Nếu sử dụng đường truyền quang 1 Gbps, chúng ta có thể gửi lên trên vũ trụ những bộ phim, bản nhạc mới nhất chỉ trong vòng vài phút.