что такое оптико волоконная связь

Оптоволоконные сети – что это такое, и для чего они нужны?

Всем привет и сегодня речь у нас поёдет о не особо известных, но широко применяемых оптоволоконных связях. По-другому их можно ещё называть как ВОЛС или волоконно-оптические линии связи. Достаточно длинное название, поэтому в широких кругах чаще используется простое сокращение как «оптика» или «оптоволокно». На самом деле это не совсем одно и тоже, но обо всё по порядку.

ВОЛС — это специализированные линии связи, по которым передача информации идёт путём светового пучка в определённой кодировке. Эту технологию в первую очередь применяют для передачи данных в локальных и глобальных сетях на достаточно большое расстояние. Но её также используют и в военной промышленности, медицине и в других не сетевых сферах.

Принцип действия

И так мы уже разобрались, что такое ВОЛС, но каким же образом по ним передаётся информация. В подобных сетях используется оптоволокно. Оно состоит из центральной жили и имеет небольшой размер. Жила обычно сделана как вы, наверное, уже догадались из стекла. Именно по жиле и идёт передача данных пучком света.

Но тут сразу же встаёт вопрос – а как увеличить передачу на большее расстояние? Для этого используют второй слой стекла, который обволакивает центральную жилу и при передаче информации отражает свет. Ранее думали использовать в качестве отражения зеркала или подобие зеркальных поверхностей – но как оказалось, такой материал был бы очень дорогим.

Вы когда-нибудь бывали на море или озере в лучах заката. Помните, как свет от солнца под большим углом отражался от воды. Хотя как вы, наверное, знаете, вода прозрачная. Но при увеличении угла и плотности между двумя материалами – свет начинает отражаться от разных сред.

Именно эту технологию и используют в оптоволоконной связи. Сердечник и внешняя оболочка имеют разную плотность и структуру, из-за чего луч света, отражаясь, распространяется куда дальше. Для передачи и воспроизведения света используется полупроводниковый или диодный лазер.

Если окунуться в историю, то первыми трудами, который заложили основу «оптики» – было исследование Даниелем Колладоном и Жаком Бабинеттом. Они в первую очередь изучали возможности преломления света. Но если быть точнее, то прародителем стал Кларенс Хаснелл – он в первые применил свет для передачи изображения через специальные трубки.

Отличие от витой пары

Если окунуться в 2000-е годы, то возможно кто-то вспомнит, что тогда в России и других странах СНГ использовался только интернет по типу aDLS. Когда интернет пришёл в РФ, то страна была просто не готова к этому. По всей стране не было ничего подходящего, чтобы передавать информацию от компьютера к компьютеру.

Именно тогда пришла идея использовать старые телефонные провода. Напомню, что это обычные два проводка без оплётки и дополнительной защиты. В результате интернет всё же появился, но имел очень маленькую скорость. Также многие жаловались, на лаги, прерывания, постоянное отваливающийся интернет.

Все эти проблемы были связаны как раз со способом передачи информации. По двум проводкам без оплётки очень сложно было передавать данные – так как при передаче многие пакеты терялись или изменялись в результате помех от электромагнитных волн. На смену телефонным линиям пришла витая пара.

Витая пара — это скрученные пары проводов во одной внешней оплётке. Чаще всего используется именно витая пара с 4 парами (8 проводков). Данный вид коммуникации уже стал намного надёжнее телефонного кабеля. В качестве защиты от радиоволн придумали нехитрую штуку – а именно скручивание.

Скорость при это выросла в несколько раз. Но была проблема быстрого затухания сигнала. Подобные провода могут бить до 100 метров, не дальше. А при увеличении скорости будет падать и диапазон действия.

Вот тут на смену пришла оптоволоконная связь. Скорость выросла ещё сильнее, но также увеличилось дальность отправки пакета. Если раньше приходилось каждые 100 метров устанавливать повторители, то при передаче с помощью «оптики» дальность стала больше на несколько километров.

Но что самое интересное – волоконная связь почти полностью защищена от электромагнитного воздействия. Также подобные провода почти неподвержены температурным скачкам и могут работать как в сильную жару, так и в дикий холод.

Частота передачи с помощью света выше поэтому минимальная скорость начинается от 1 Гбит в секунду. При передаче в витой паре при задействовании всех пар скорость будет 1 Гбит в секунду. Но при этом провод будет очень дорогим, так как для достижения такого результата нужно защитить каждый провод «экраном» от воздействия внешней среды.

К недостаткам ВОЛС можно отнести только сложность в монтаже и сварке. Для этого нужно специальное оборудования и знания. При «сварке» или по-другому соединении двух оптических кабелей – нужно добиться идеального соединения между центральными жилами и внешним стеклом. Иначе свет будет затухать именно на этом участке или коэффициент преломления будет не правильным.

Передача данных в сетях

Все происходит аналогично. Изначально отправительное устройство кодирует информацию в виде пакетов. Далее данные переводятся в тот формат, который можно передать с помощью света через ВОЛС. После этого информация отправляется по линиям связи. Почти моментально она доходит до приёмника. Ему же остаётся перевести данные в формат, понятный для компьютера, коммутатора, роутера или другого сетевого оборудования.

Сегодня оптоволоконные сети есть почти во всех городах. Подключение домов имеет непосредственно через «оптику». Кабель идёт к центральному коммутатору. Далее от него с помощью витой пары провода идут в каждый дом. Сейчас некоторые провайдеры начали подключать клиентов по оптоволокну. То есть вместо той же витой пары – используется «стекло».

Скорость на таких соединениях выше. При этом вырастает и качество связи и интернета. Из-за более высокой надёжности – значение отклика ниже и лагов меньше. Но тут нужно учитывать, что для подключения такого кабеля нужны специальные маршрутизаторы.

А еще у нас есть статья по схожей теме от Блондинки – ЧИТАЕМ ТУТ.

Источник

Оптоволокно: прошлое и настоящее

В 1966 году ученый и выходец из Китая Чарльз Као Куэн представил миру результаты собственного исследования. Основной посыл его разработок заключался в том, что оптическую связь можно организовать с помощью стеклянного волокна. В своей работе Као представил миру уникальные конструктивные особенности волокна и его материалов. Исследования ученого можно по праву считать основой волоконно-оптических телекоммуникаций сегодняшнего дня. Первое же упоминание термина “оптическое волокно” впервые было использовано в 1956 году компанией NS Kapany из США.

Сегодня технологии волоконно-оптической связи настолько прочно проникли в нашу жизнь, что мы уже не видим в них ничего удивительного и воспринимаем их наличие также, как наличие водопровода в многоквартирном доме. Поэтому в этой публикации хотелось бы подробнее поговорить об оптике и рассказать несколько интересных фактов о технологии, на которой основана современная высокоскоростная связь.

Немного истории

За время истории развития волоконной оптики было проведено множество интересных исследований и экспериментов. Остановим свой взгляд лишь на некоторых из них.

Английский физик Джон Тиндалл провел эксперимент с отражением светового луча в струе воды, описание которого он зафиксировал в своей книге.

«Если угол, под которым падает луч света из воды в воздух (т.е. угол между поверхностью двух сред и перпендикуляром), превышает 48 градусов, то луч не выходит из воды – он полностью отражается от границы вода-воздух… Если наименьший угол падения, при котором наблюдается полное внутреннее отражение, назвать предельным углом, то для воды он будет равным 48°27», для бесцветного стекла (флинтглас) – 38°41″, а для алмаза – 23°42″, — пишет Тиндалл.

Экспериментальная установка Джона Тиндалла

Этот эксперимент при желании может дома поставить любой желающий. Лазерной указкой нужно светить под разными углами в ванной на струю воды из крана. Под определенным углом световой луч будет полностью отражаться в потоке воды.

Аналогичный эксперимент можно произвести и с фонариком. Для этого в прозрачной пластиковой бутылке нужно сделать отверстие сбоку. Пропускаем воду через бутылку и начинаем светить фонарем с противоположной стороны бутылки. Если мы подставив ладонь, то на ней будет отражаться пятно света.

Активные разговоры о волоконных светодиодах начались еще в пятидесятых годах прошлого столетия. Тогда же и начали их делать из разного рода прозрачных материалов. Но прозрачности тех материалов не хватало для хорошей проводимости света.

В те годы Советский Союз даже опережал Запад в сфере волоконной оптики. Первая оптическая линия связи была запущена в СССР в 1977 году в Зеленограде. Канал был создан для соединения Северной промзоны и администрации города. Изготовлена она была на оптическом кабеле разработки особого конструкторского бюро кабельной промышленности (ОКБ КП), входящего в Концерн «Радиоэлектронные технологии» (КРЭТ) Государственной корпорации Ростех, специализирующегося на производстве кабелей и кабельных сборок.

В мае 1981 года в СССР вышло Постановление ЦК КПСС и СМ СССР «О разработке и внедрении световодных систем связи и передачи информации». Это событие стало толчком для развития волоконно-оптической связи и увеличению количества разработок в этой сфере.

В начале 60-х сначала в СССР, а затем и на Западе ученые приходят к выводу, что светопоглощение стекла сильно зависит от красящих материалов и продуктов разъедания огнеупоров. Экспериментально было доказано, что светопоглощение идеально чистого стекла настолько мало, что лежит за пределами чувствительности измерительных приборов.
В 1966 году группа ученых во главе Чарльзом Куэн Као приходит к выводу, что наиболее подходящим материалом для волоконно-оптической связи будет кварцевое стекло. Уже тогда Као считал, что с помощью оптики можно будет передавать информацию и вскоре этот вид связи заменит передачи сигнала по медным проводам.

Спустя три года Као получил волокно с коэффициентом затухания на уровне 4 дБ/км. Это результат стал первым экземпляром сверхпрозрачного стекла. Еще год спустя компания Corning Incorporated произвела волокна со ступенчатым профилем показателя преломления и достигла коэффициента затухания 20 дБ/км на длине волны 633 нм. Впервые кварцевое волокно пропустило световой луч на расстояние до 2 километров.

Согласитесь в схожем темпе сейчас развивается квантовая передача данных. По чуть-чуть, да понемногу. В качестве экспериментов и коммерческого использования на небольших расстояниях.

Где оптоволокно применяется помимо телекома

Сегодня волокно применяется во множестве отраслей помимо телекома. Это рентгеновские аппараты, где оно обеспечивает гальваническую развязку между источником высокого напряжения и низковольтным управляющим оборудованием. Так персонал и пациенты получают изоляцию от высоковольтной части аппаратуры. Волокно применяют в распределительных устройствах электроподстанций в качестве датчика системы защиты.

Обширно оптические волокна используют в разного рода измерительных системах, где невозможно применять традиционные электроприборы. Например, в системах измерения температуры в реактивных двигателях самолета, в аппаратах МРТ (томографические медицинские аппараты для исследования внутренних органов, в том числе головного мозга) и др. Датчики на основе оптических волокон могут измерять частоту вибраций, вращения, смещения, скорость и ускорение, вращающий момент, скручивание и другие параметры.

Сегодня применяются гироскопы на основе оптического волокна, которые работают на основе эффекта Саньяка. У такого гироскопа нет подвижных частей, что делает его весьма надежным. Несмотря на то что в современных системах навигации используется огромное количество различных датчиков, благодаря которым определяется положение объекта, наиболее независимую систему можно создать лишь на основе волоконно-оптических гироскопов.
Оптика широко применяется в охранной сигнализации. Устроена такая охранная система следующим образом: когда злоумышленник проникает на территорию условия прохождения света через световод изменяются, и срабатывает сигнализация.

Пример реализации волоконно-оптического гироскопа

Трехосевой волоконно-оптический инерциальный измерительный модуль серии ASTRIX производства фирмы AIRBUS DEFENCE&SPACE; в датчик по каждому направлению встроен LiNb03 модулятор

Волокно активно используется в декоративных целях, как украшение праздников, в искусстве и рекламе.

Постоянно разрабатываются новые типы оптических волокон. К примеру, фотонно-кристаллических световоды. Распространение света в них основано на несколько иных принципах. Такое волокно можно использовать в качестве жидкостных, химических и газовых датчиков. Кроме того его можно применять для для транспортировки мощного излучения в промышленных или медицинских целях.

Полным ходом идет разработка оптоволокна, с помощью которого можно было бы передавать энергию лазерного излучения мощность в несколько киловатт. В теории передача излучения мощность 10 кВт по волокну длиной 250 м при диаметре сердцевины 150 мкм считается возможной.

Фотонно-кристаллическое волокно

Также стоит отметить, что сегодня активно разрабатываются многосердцевинные волокна. Их использование позволит значительно увеличить общую пропускную способность ВОЛС.
Волокну уже за пятьдесят, но технология явно не собирается на пенсию. Инновации в сфере оптоволокна появляются регулярно и телеком здесь далеко не единственная отрасль заинтересованная в развитии технологии.

Источник

Как строятся оптоволоконные сети

Всем привет! Меня зовут Дмитрий, я занимаюсь проектированием и строительством волоконно-оптических линий связи (ВОЛС) в DataLine. Сегодня расскажу, как мы создаем оптические трассы для наших клиентов и как устраняем аварии.

Монтажник укладывает волокна двух кабелей в оптической муфте.

Когда я пришел в компанию в 2016-м, уже была построена опорная сеть, или «магистраль», из 144 волокон. Она объединила наши узлы связи (дата-центр OST, дата-центр NORD) с ММТС-9 и ММТС-10 в единое кольцо. Длина опорной сети на тот момент была около 210 км. Также было построено около 21 км так называемых «последних миль» – ответвлений от опорной сети, соединяющих удаленную площадку клиента с ближайшим нашим узлом связи. Тогда в компании не было выделенных специалистов по ВОЛС, все делали подрядчики под руководством сетевого отдела.

Сейчас «магистралей» не строим, так как имеющейся емкости пока хватает. Все мои проекты – это достройка трасс от нашей опорной сети до офисов клиентов. При мне построили 70 км таких трасс. Протяженность всей сети на сегодняшний день составляет 301 км.

Схема прохождения оптоволоконной сети DataLine на декабрь 2018.

Это кабель марки ОККМ (ОК – оптический кабель, К – канализация, М – многомодульная конструкция) производства Фуджикура. Его мы используем в наших проектах.

Мы прокладываем оптические кабели в телефонной канализации, коллекторах, тоннелях и мостах. Самостоятельно строим канализацию только в тех случаях, когда рядом с маршрутом будущей трассы нет подходящей инфраструктуры. Иначе это все равно что построить себе отдельную дорогу от дома до работы – долго и дорого.

В представлении многих коллекторы и телефонная канализация примерно одно и то же, но это не так. В коллекторах размещают не только кабели связи. Там проходят разные инженерные коммуникации: теплосеть, газопровод, силовые кабели. Некоторые коллекторы настолько большие, что в них спокойно может проехать грузовой автомобиль.

Телефонная же канализация – это просто зарытый в землю трубопровод с кабелями. Заглянуть в нее можно только через смотровые устройства – телефонные колодцы. Они бывают разные, но чаще в них не развернуться. Иногда это просто коробка глубиной 20 см. В качестве исключения видел несколько колодцев по Москве размером с трехкомнатную квартиру.

Смотровой колодец телефонной канализации.

Вот такой вид открывается в смотровом колодце. Кабели просто уходят в каналы в стене.

Обычно для наших клиентов мы строим две оптоволоконные трассы, идущие независимыми маршрутами до нашего дата-центра. Это нужно для резерва, на случай повреждения или полного обрыва основного кабеля. Тут многие сразу вспомнят поучительные истории про экскаватор и будут правы. Из свежего: во время работ по программе «Моя улица» одному нашему клиенту «повезло» с экскаватором 4 раза за 3 месяца. Хорошо, что у него была резервная трасса, которая не пересекалась с основным маршрутом, и его сервис не простаивал, пока мы восстанавливали пострадавшую трассу.

Маленькое движение ковшом – большие проблемы для провайдера. Обрыв кабелей в телефонной канализации.

Большинство клиентов понимают важность резерва и сразу просят нас проработать два разнесенных маршрута до их площадки. Или заказывают у нас трассу, которая будет резервной в дополнение к основной от другого провайдера.

Про процесс

Например, клиент хочет провести волокно из нашего дата-центра NORD к себе в офис.
На основе эскизов линейно-кабельных сооружений я определяю ориентировочный маршрут будущей трассы. Вычисляю расстояние достройки от офиса клиента до нашей сети и выбираю место для размещения соединительных муфт. Попутно собираю информацию об объекте, в котором расположен офис клиента: есть ли на пути будущей трассы линейно-кабельные сооружения, кто является их владельцем. Эта информация понадобится при согласовании рабочего проекта.

Маршрут оптических трасс от дата-центра NORD до офиса клиента.

В этом проекте мы соединяли два офиса клиента.

С этими исходными данными я рассчитываю бюджет на организацию новой линии связи. В него войдут наши разовые расходы на получение технических условий от собственников линейно-кабельных сооружений (Москоллектор, МГТС) и согласование рабочего проекта с ними же, проектно-изыскательские работы на линейную часть, строительно-монтажные работы по прокладке кабеля, стоимость используемых материалов, а также наши ежемесячные платежи за аренду линейно-кабельных сооружений. По рынку проектирование и строительство «под ключ» 1 км оптоволоконной трассы емкостью до 32 волокон обойдется сейчас в среднем 200 тыс. руб.

Мы самостоятельно делаем рабочий проект прокладки кабеля по зданию и согласовываем его с владельцем. В этом документе мы описываем, как будет организован ввод в здание, прокладка кабеля по зданию до места назначения (серверной или офиса) и монтаж оптического кросса.

Пример схемы прокладки оптического кабеля внутри здания.

Как только все проекты согласованы, начинается долгожданное строительство. В существующую сеть ВОЛС врезают новый кабель, который будет проложен до здания клиента. Ниже несколько рабочих фотографий.

Иногда телефонные колодцы оснащены антивандальными устройствами (заглушками). Приходится тратить время на их открытие при помощи специального подъемника.

Монтажники протягивают новый кабель.

На самом подходе к зданию клиента возник непроходимый участок: был обнаружен излом в канале, и кабель не получалось протолкнуть из смотрового колодца. Потребовалось снимать дорожное покрытие и вскрывать грунт.

На столе – оптическая муфта. Идёт подготовка монтажа нового кабеля в магистраль.

Врезка нового кабеля в магистраль.

Для монтажников-спайщиков мы готовим исполнительные схемы. По ним специалисты распознают нужные волокна в магистральных кабелях и сваривают их с волокнами нового кабеля. Затем сваренные волокна укладывают в оптическую муфту.

На фото разделанный кабель. Если присмотреться, то видно волокно, которое заходит в сварочный аппарат.

Оптическая муфта с соединенными волокнами двух кабелей.

Так оптический кабель приходит в здание.

Когда кабель проложили до здания, на его конце разваривают оптический кросс, который монтируют в стойку или на стену.

Оптический кросс в Meet-Me-Room дата-центра OST.

Дальше мы параллельно с подрядчиком тестируем новую трассу: проводим измерения кабеля методом импульсной рефлектометрии. Показания снимаются с оптического кросса с помощью рефлектометра. Значения ниже говорят о том, что все работает. Они же фиксируются в SLA с клиентом:

Рефлектометр.

Если все показания в норме, то трасса принимается в обслуживание и передается в эксплуатацию. Клиенту остается только подключиться в нужный порт.

Вежливые люди, пожары в коллекторах: как проходят работы и устраняются аварии на трассах

Когда происходит авария, не всегда сразу понятно, где повреждение. Совместно с инженерами проводим контрольные измерения с помощью рефлектометра на оптическом кроссе в наших дата-центрах, чтобы определить предполагаемое место аварии. Пока аварийная бригада собирается, я успеваю сориентировать их, куда ехать, и сам выезжаю на место обрыва.

Параллельно составляем список клиентов, чьи сервисы были нарушены при аварии, а коллеги из смежных отделов уведомляют клиентов. Наш отдел переключает клиентов на резервные каналы – клиентские и наши собственные (на свободные волокна), – если у клиента нет резерва. При необходимости тянем новые кроссировки и начинаем переключение.

Последняя крупная авария произошла из-за пожара в Ново-Дорогомиловском коллекторе. Всех провайдеров допустили к работам только через 5 дней, потому что сначала восстанавливали все городские коммуникации и связь специального назначения. Всем, у кого не было резерва, пришлось ждать (еще раз к вопросу о резерве:)). Но такие случаи скорее исключение, и обычно работоспособность сервисов восстанавливаем оперативно, для масштабных аварий – это 8 часов максимум.

Так выглядят обгоревшие кабели. Последствия пожара в Ново-Дорогомиловском коллекторе.

Восстановительные работы в том же коллекторе. Монтажники изготавливают кабельную вставку для поврежденного кабеля. Запах гари после пожара все еще очень сильный, поэтому работают в респираторах.

Источник