数字文化传输的网络融合

2023-10-17 理论教育版权反馈

【摘要】：常见的数字网络包括以太网、DWDM光网络、无线网以及云网络。DWDM光网络以光纤作为传输介质，光波作为信号载体。无线局域网是不使用任何导线或传输电缆连接的局域网，而使用无线电波作为数据的传送媒介，将来是数字文化传输的重要途径。根据调查结果显示全世界有将近70%的3G业务是在室内产生的。同时Femto网络能够降低手机的发射功率，减少电磁辐射对用户的身体伤害。

数字网络的发展为人们的沟通带来了极大的便利，在互联网上可以查找和分享各种资源。常见的数字网络包括以太网、DWDM光网络、无线网以及云网络。

以太网是目前应用最广泛的一类局域网，通常将符合IEEE 802.3标准的网络简称为以太网。以太网属于基带总线局域网，以无源电缆作为总线来传送数据帧，由于共享通信信道，当两个终端同时发送数据时就会引发冲突。以太网采用载波监听多路访问冲突检测（CSMA/CD）来避免和处理冲突。根据速率可以将以太网分为传统以太网、快速以太网和高速以太网。传统以太网的速率是10Mb/s，快速以太网的速率是100Mb/s，而高速以太网的速度达到1 000Mb/s以上。

DWDM光网络以光纤作为传输介质，光波作为信号载体。DWDM指密集WDM，其中，WDM是多工分波器，作用类似于三棱镜，能将一组波分成许多个波长。早期的光通信中，一条光纤仅给一个特定波长的光传递，这就是所说的单模光纤。单模光纤浪费介质的带宽，后来研发了多模光纤，允许发送方将不同波长的光波复用到一条光纤上，然后在接收端把它们分离出来。WDM正是这种能分离光波信号的设备。但是经WDM分波之后，每个波段分到的能量都太小，完全无法用于光纤讯号的传送。后来又开发出了适用于WDM的放大器（EDFA），WDM才被逐渐推广。WDM分出较少波长者称作CWDM（Coarse WDM），分出波长密度较高者称作DWDM（Dense WDM）。DWDM光网络有很多优势，如超大容量传输、节约光纤资源、各通路透明传输、平滑升级扩容、超长距离传输等。其中，DWDM系统的复用光通路速率可以为2.5Gb/s、10Gb/s等，而复用光通路的数量可以是8、16、32甚至更多，因此整个系统的传输容量可达到300Gb/s～400Gb/s，甚至更多。光纤放大器（EDFA）具有高增益、宽带宽、低噪声等优点，它的光放大范围为1 530nm～1 565nm，几乎可以覆盖整个DWDM系统的1 550nm波长范围，对光纤的色散没有过高的要求，利用掺铒光纤放大器（EDFA）可实现超长距离传输。

无线局域网（WLAN）是不使用任何导线或传输电缆连接的局域网，而使用无线电波作为数据的传送媒介，将来是数字文化传输的重要途径。WLAN采用IEEE802.11标准（见表11.2），ISM国际共用频段中2.4GHz或5GHz射频波段进行无线连接，传送距离一般为几百米。

表11.2　IEEE 802.11系列标准

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无线局域网的主干网络通常使用有线电缆，用户通过一个或多个无线接入器接入无线局域网。在一个简单的无线网络中需要无线网卡、无线访问点和无线天线等设备。无线网卡作为无线网络接入器，和以太网中网卡的作用类似。无线访问点是无线网络的接入点，即无线网关。无线天线用于在网络中设备相距比较远时，来增强信号使用。

无线个人局域网（WPAN）是在无线局域网的基础上发展起来的。WPAN网络是一个活动半径较小、业务类型丰富、面向特定群体、实现无缝连接的移动通信网络，一般的工作半径在100m以内，主要实现的是数字主力设备之间的通信（例如手机到蓝牙耳机）。WPAN可采取多种技术来实现，包括IrDA、HomeRF、蓝牙（Bluetooth）等。

IrDA采用红外线实现点对点之间的短距离通信。使用IrDA端口的部件具有体积小，功耗低，成本低，无需申请特定的频道，数据干扰少，传输速度快（达到16Mb/s）等特点。同时IrDA也有许多不尽如人意的地方，如IrDA端口之间不能有阻挡物，多个IrDA端口之间的传输需要调整位置和角度等。

蓝牙技术与应用于微波通信中的一点多址技术十分相似。蓝牙采用ISM 2.4GHz频道。由于全球所有的无线电系统都采用ISM国际共用频段，因此就有可能产生干扰，蓝牙采用快速确认和调频方案来确保链路的稳定。蓝牙技术供全球成员国家免费使用。采用蓝牙技术的产品功耗低、体积小、成本低、全球通用，同时能够提供更远的传输距离和更快的传输速度（其中蓝牙4.0的传输速率达到24Mb/s，传输距离超过了100m）。

HomeRF在1997年由美国国家射频组领导的工作组研发的，是无绳电话技术和无线局域网技术融合的产物。HomeRF工作在2.4GHz的国际共用频道上，采用跳频扩频技术来实现语音和数据传送。能够实行多个设备之间的互联，提供1Mb/s和2Mb/s的传输速率，有效传输距离为50m。运用访问控制和BlowFish加密技术来保证数据的安全。

人体局域网（BAN）也被称为无线人体局域网络或人体传感器网络，是基于个人无线局域网的进一步发展。人体局域网顾名思义就是在人体的表面或者人体内植入传感器单元，例如手表、手机或者器官上。这些传感器单元不会影响人的正常生活，通过这些传感器实时地监控人体的健康和生理变化，将人体信息传送到一个外部处理单元，外部处理单元将这些信息通过网络传送给医生。人体局域网在医学方面有重大应用前景，同时在游戏和娱乐文化方面也有很大的市场。

3G时代已经来临，伴随着3G时代产生了大量的数据业务，从而使互联网业务转移到移动通信业务。根据调查结果显示全世界有将近70%的3G业务是在室内产生的。由于3G网络使用的是频率为2.1GHz的微波，传输损耗大，对建筑物的穿透力差。Femto技术^[4]正是这种解决3G室内覆盖问题的一种方法。通过放置在家庭中的Femto微型基站，可实现更好的网络覆盖，能够覆盖半径为5m～20m的区域，支持4～6个用户同时使用。用户在室内通过固定宽带接入移动网络或互联网，在室外则切换到移动网络，从而降低移动资费。Femto与3G信号采用不同的频率组网，相互之间几乎没有干扰。处在同一个Femto网络环境下的用户由于通过自动扰码分配和发射功率的自动调整，干扰也很小。同时Femto网络能够降低手机的发射功率，减少电磁辐射对用户的身体伤害。

无线传感器网络（WSN）是由大量静止或移动的传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络，以协作地感知、采集、处理和传输网络覆盖地理区域内被感知对象的信息，并最终把这些信息发送给中央处理机。无线传感器网络是基于传感器技术，计算机技术和通信技术发展而来的。无线传感器网络与传统的无线网络有着不同的设计目标，无线网络中的节点通常是移动的。而在无线传感器网络中，除了少数节点需要移动以外，大部分节点都是静止的。而且这些节点通常比较廉价，分布在恶劣的自然环境中，电源无法更换。因此设计有效的策略来延长传感器网络的工作时间是无线传感器网络的核心问题。一个普通的无线传感器网络中通常包括传感器节点、汇聚节点和管理节点。无线传感器网络有着广阔的应用前景，近年来，基于无线传感器网络的技术在文物保护方面有很大的发展，通过向大面积的遗迹中撒播大量的传感器，来检测包括温度、湿度、阳光、空气等因素，通过汇聚节点将这些数据传送到中央处理机中，以便工作人员作出实时的反应。(www.chuimin.cn)

物联网是将终端设备两两互相连接的网络。通常是在物体上安装的射频识别、红外感应、传感器、二维码等经过接口与无线网络相连，达到远程监控或实现人与物、物与物之间的对话。物联网中的物体必须要有中央处理器、操作系统、存储器、数据传输功能、应用程序、唯一的标志名以及要遵循互联网的通信协议。

云网络^[5]是一个广泛的话题，与之相关联的是云计算与云存储技术。云计算是一种基于因特网的超级计算模式，在远程的数据中心，几万甚至几千万台电脑和服务器连接成一片。因此，云计算甚至可以提供每秒超过10万亿次的运算能力，如此强大的运算能力几乎无所不能。用户通过台式电脑、笔记本电脑、手机等方式接入数据中心，按各自的需求进行存储和运算。云网络的发展也为文化事业的发展提供了一种新的途径，如在2012年文化产业发展论坛上，《京华时报》提出了“云报纸”和“云拍技术”，标志着全新的云媒体时代的来临。它将图像识别技术和纸媒相结合，读者通过手机客户终端拍摄报纸图片，经过“云计算”就可以查看图片所连接的内容。作为继互联网之后的又一潮流，云网络将引领未来若干年的技术创新。云计算自身也将从数据中心向云网络、云设备延伸，最后进入云服务时代（见图11.2）。

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图11.2　云网络

将带宽大的光通信和灵活的无线通信结合，实现宽带接入，即无线光接入网络，能支持大量用户高带宽的需求。无线光接入网络由前端的无线网络和后端的光网络组成，光网络可采用无源光网络结构，无线部分可采用无线局域网或具有若干无线路由器和少数网关的多跳无线格状（Mesh）网。

现有无线光接入网络中速率达10Gb/s的时分复用无源光网络不能充分满足未来多种业务持续增长的带宽需求。虽然采用单信道的光信号传输系统的传输速率很高，但是光纤色度色散会影响传输距离。光正交频分复用（Optical Orthogonal Frequency Division Multiplexing，O－OFDM）具有可变的光谱效率并对光纤色度色散（CD）和偏振模色散（PMD）负面影响具有超强的抵抗特性。相对于相干光正交频分复用（CO－OFDM）系统而言，直接检测光正交频分复用（DDO－OFDM）系统使用更简单的硬件设备和低复杂度的信号处理过程，适合在下一代无线光接入网络中应用。

【注释】

[1]IEEE.IEEE Standard for Local and Metropolitan Area Networks［S/OL］.http：//standards.ieee.org/findstds/interps/802.3ab.html.

[2]张真真.邮科院光纤传输破世界纪录，光缆轻松横跨太平洋［N］.湖北日报，2012－12－19.

[3]吴伟陵，牛凯.移动通信原理［M］.北京：电子工业出版社，2005.

[4]［英］张杰，［法］纪尧拉罗什.Femtocell技术与应用［M］.彭木根，李楠，译.北京：人民邮电出版社，2010.

[5]李德毅.云计算技术发展报告［M］.北京：科学出版社，2012.

数字文化传输的网络融合

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