Optiskais tīkls ir tehnoloģija, kas izmanto gaismu, lai pārsūtītu datus starp ierīcēm. Tas piedāvā lielu joslas platumu un zemu latentumu, un tas ir bijis de facto standarts tālsatiksmes datu sakariem daudzus gadus. Optiskā šķiedra tiek izmantota lielākajai daļai tālsatiksmes balss un datu sakaru visā pasaulē.
Optiskais tīkls ir svarīgs, jo tas nodrošina ātrdarbīgu datu pārraidi lielos attālumos. Piemēram, optiskais tīkls nodrošina, ka lietotāji Ņujorkā var piekļūt serveriem Nairobi tik ātri, cik to atļauj fizikas likumi.
Optiskā tīkla tehnoloģija ir balstīta uz pilnīgas iekšējās atstarošanas principu. Kad gaisma nokļūst uz vides, piemēram, optiskās šķiedras kabeļa, virsmas, daļa gaismas tiek atspoguļota virsmā. Leņķis, kādā gaisma tiek atstarota, ir atkarīgs no vides īpašībām un krišanas leņķa (leņķa, kādā gaisma skar virsmu).
Ja krišanas leņķis ir lielāks par kritisko leņķi, tad visa gaisma tiek atstarota; to sauc par pilnīgu iekšējo refleksiju. Kopējo iekšējo atstarošanos var izmantot, lai izveidotu optiskās šķiedras, stikla vai plastmasas veidu, kas virza gaismu visā garumā.
Gaismai ejot cauri šķiedrai, tā tiek pakļauta vairākiem iekšējiem atstarojumiem, izraisot tai atlēcienu no šķiedras sienas. Šis atlēciena efekts liek gaismai virzīties uz leju pa šķiedras garumu zigzaga veidā.
Rūpīgi kontrolējot šķiedras īpašības, inženieri var kontrolēt, cik daudz gaismas tiek atstarots un cik tālu tā pārvietojas, pirms tā atkal tiek atstarota. Tas ļāva viņiem izstrādāt optiskās šķiedras, kas varētu pārraidīt datus lielos attālumos, nezaudējot nekādu informāciju.
Optiskie tīkli sastāv no vairākām sastāvdaļām: optiskām šķiedrām, raiduztvērējiem, pastiprinātājiem, multipleksoriem un optiskajiem slēdžiem.
Optiskā šķiedra
Optiskā šķiedra ir vide, kas nes optisko signālu. Tas sastāv no dažādiem materiāliem, tostarp:
①Kodols: centrs, kas nes gaismu.
② Apģērbs: materiāls, kas ieskauj kodolu un palīdz saglabāt optisko signālu.
③ Buferpārklājums: materiāls, kas aizsargā optisko šķiedru no bojājumiem.
Kodols un apšuvums parasti ir izgatavoti no stikla, bet bufera pārklājums parasti ir izgatavots no plastmasas.
Raiduztvērējs
Raiduztvērēji ir ierīces, kas pārvērš elektriskos signālus optiskajos signālos un otrādi, parasti tiek ieviestas savienojuma pēdējā jūdzē. Tā ir saskarne starp optisko tīklu un elektroniskajām ierīcēm, kas to izmanto, piemēram, datoriem un maršrutētājiem.
Pastiprinātājs
Kā norāda nosaukums, pastiprinātājs ir ierīce, kas pastiprina gaismas signālus, lai tie varētu veikt lielus attālumus, nezaudējot spēku. Pastiprinātāji tiek novietoti gar šķiedru regulāri, lai uzlabotu signālu.
Multiplekseris
Multiplekseris ir tikai ierīce, kas uztver vairākus signālus un apvieno tos vienā signālā. Tas tiek darīts, katram signālam piešķirot atšķirīgu gaismas viļņa garumu, ļaujot multipleksoram bez traucējumiem sūtīt vairākus signālus vienlaikus pa vienu šķiedru.
Gaismas slēdzis
Optiskais slēdzis ir ierīce, kas maršrutē optiskos signālus no vienas šķiedras uz otru. Optiskos slēdžus izmanto, lai kontrolētu trafiku optiskajos tīklos, un tos parasti izmanto lielas ietilpības tīklos.
Optiskā tīkla vēsture
Optisko tīklu vēsture aizsākās 1790. gados, kad franču izgudrotājs Klods Čepē izgudroja optiskā signāla telegrāfu, kas ir viens no agrākajiem optisko sakaru sistēmas piemēriem.
Gandrīz gadsimtu vēlāk, 1880. gadā, Aleksandrs Greiems Bells patentēja elektrooptisko telefonu — optisko telefonu sistēmu. Kamēr fotofons bija revolucionārs, Bela agrākais telefona izgudrojums bija praktiskāks un ieguva taustāmu formu. Tāpēc Photophone nekad nav atstājis eksperimentālo posmu.
Līdz 20. gadsimta 20. gadiem Džons Loijs Bērds Anglijā un Klarenss V. Hansels tikai patentēja ideju izmantot dobu cauruļu vai caurspīdīgu stieņu masīvu, lai pārraidītu attēlus televīzijas vai faksa sistēmām.
1954. gadā holandiešu zinātnieks Abraham Van Heel un britu zinātnieks Harolds H. Hopkins ir publicējuši zinātniskus rakstus par traktogrāfiju. Hopkinss koncentrējās uz neplaķētām šķiedrām, savukārt Van Heel koncentrējās tikai uz vienkāršiem plaķētu šķiedru kūļiem — caurspīdīgu apšuvumu ar zemāku refrakcijas indeksu ap neapbruņotu šķiedru.
Tas aizsargā šķiedru atstarojošo virsmu no ārējām deformācijām un ievērojami samazina traucējumus starp šķiedrām. Attēlveidošanas staru izstrāde bija svarīgs solis optisko šķiedru attīstībā. Šķiedras virsmas aizsardzība pret ārējiem traucējumiem ļauj precīzāk pārraidīt optiskos signālus caur šķiedru.
Līdz 1960. gadam ar stiklu pārklātu šķiedru zudumi bija aptuveni 1 decibels (dB) uz metru, kas bija piemēroti medicīniskai attēlveidošanai, bet pārāk lieli sakariem. 1961. gadā Eliass Snitzers no Amerikas Optical Company publicēja teorētisku aprakstu par optisko šķiedru ar niecīgu serdi, kas spēj pārraidīt gaismu tikai caur vienu viļņvada režīmu.
1964. gadā doktors Kao ierosināja gaismas zudumu 10 vai 20 dB uz kilometru. Šis standarts palīdz uzlabot telekomunikāciju sistēmu diapazonu un uzticamību. Papildus savam darbam ar zudumu rādītājiem Dr. Gao pierādīja, ka ir nepieciešams tīrāks stikls, kas palīdzētu samazināt gaismas zudumu.
1970. gada vasarā Corning Glass Works pētnieku grupa sāka eksperimentēt ar jaunu materiālu, ko sauc par kausētu silīcija dioksīdu. Šī viela ir pazīstama ar savu ārkārtīgi augsto tīrību, augstu kušanas temperatūru un zemu refrakcijas indeksu.
Komanda, kuras sastāvā bija Roberts Maurers, Donalds Keks un Pīters Šulcs, drīz vien saprata, ka kausētu silīcija dioksīdu var izmantot jauna veida stieples izgatavošanai, ko sauc par "optisko viļņvada šķiedru". Šis optiskās šķiedras vads var pārvadāt 65 000 reizes vairāk informācijas nekā tradicionālais vara vads. Turklāt gaismas viļņus, ko izmanto informācijas pārnešanai, var atšifrēt galamērķos pat tūkstoš jūdžu attālumā.
Šis izgudrojums radīja revolūciju tālsatiksmes sakaros un pavēra ceļu mūsdienu optiskās šķiedras tehnoloģijai. Komanda atrisināja Dr. Gao definēto decibelu zuduma problēmu, un 1973. gadā Džons Mačesnijs no Bell Laboratories uzlaboja ķīmisko tvaiku pārklāšanas procesu šķiedru ražošanā. Tā rezultātā ir kļuvusi iespējama optisko šķiedru kabeļu komerciāla ražošana.
1977. gada aprīlī General Telephone and Electronics Co pirmo reizi izmantoja optisko šķiedru tīklu reāllaika telefona saziņai Longbīčā, Kalifornijā. 1977. gada maijā Bell Labs drīz sekoja šim piemēram, izveidojot optisko telefona sakaru sistēmu, kas aptver 1,5 jūdzes Čikāgas centra rajonā. Katrs šķiedru pāris var pārraidīt 672 balss kanālus, kas ir līdzvērtīgi DS3 ķēdei.
Astoņdesmito gadu sākumā otrās paaudzes optisko šķiedru sakari tika izstrādāti komerciālai lietošanai, izmantojot 13-mikronu InGaAsP pusvadītāju lāzeru. Šīs sistēmas 1987. gadā darbojās ar bitu pārraides ātrumu līdz 1,7 Gb/s, un atkārtotāji bija izvietoti līdz 50 kilometriem.
Sistēmas, ko izmanto trešās paaudzes optisko šķiedru tīklos, darbojas ar 1,55 mikroniem, un to zudums ir aptuveni 0,2 dB uz kilometru.
Ceturtās paaudzes optiskās šķiedras sakaru sistēmas balstās uz optisko pastiprinājumu, lai samazinātu nepieciešamo atkārtotāju skaitu, un uz viļņa garuma dalīšanas multipleksēšanu (WDM), lai palielinātu datu ietilpību.
2006. gadā 160-kilometra līnijā, izmantojot optiskos pastiprinātājus, tika sasniegts bitu pārraides ātrums 14 terabiti (Tb) sekundē. Līdz 2021. gadam japāņu zinātnieki varēs pārraidīt 319 Tb/s 3,000 kilometru attālumā, izmantojot četrkodolu optiskās šķiedras kabeli.
Lai gan šīm ceturtās paaudzes optisko šķiedru sakaru sistēmām ir daudz lielāka kapacitāte nekā iepriekšējām paaudzēm, pamatprincips ir tāds pats: pārveidot elektriskos signālus optiskos impulsos, nosūtīt tos pa optisko šķiedru un pēc tam pārveidot tos atpakaļ elektriskos signālos uztvērējā. beigas.
Tomēr katras paaudzes komponenti ir kļuvuši mazāki, uzticamāki un lētāki. Rezultātā optiskās šķiedras sakari ir kļuvuši par arvien svarīgāku mūsu globālās telekomunikāciju infrastruktūras sastāvdaļu.
Galvenās tendences optiskajā tīklā
Koncentrējieties uz tīkla malu
Optiskā tīkla mala ir vieta, kur satiksme ieplūst tīklā un no tā. Lai apmierinātu mākoņa lietojumprogrammu prasības, optiskie tīkli tuvojas galalietotājiem. Tas nodrošina mazāku latentumu un konsekventāku veiktspēju.
Slāņa šifrēšana
Tā kā kiberuzbrukumi kļūst arvien izplatītāki, datu aizsardzība joprojām būs liela problēma. SASE (Secure Access Service Edge), mākoņdatošanas vietējo drošības līdzekļu izmantošana pakalpojuma galapunktos, nesen ir guvusi popularitāti. Galapunkta aizsardzība var padarīt nevajadzīgu pievienoto tīklu drošības kontroli.
Lai gan tas var nenovērst vajadzību pēc šifrēšanas, tas aizsargās sensitīvus datus un lietojumprogrammas. Bez vienas drošības kontroles 1. slāņa aizsardzība kļūst arvien sarežģītāka.
Mēs varam labāk aizsargāt savus resursus, šifrējot kontroli, pārvaldību un lietotāju trafiku. Tādējādi hakeriem ir gandrīz neiespējami ielauzties sistēmā, ievērojami samazinot veiksmīga kiberuzbrukuma iespējas. Tā kā uzņēmumi kļūst arvien atkarīgāki no datiem un savienojamības, spēcīgi drošības risinājumi kļūs tikai pamanāmāki.
Atveriet optisko tīklu
Atvērts optiskais tīkls ir optiskais tīkls, kas izmanto standarta atvērtas saskarnes, lai varētu integrēt dažādu piegādātāju aprīkojumu. Tas nodrošina lielāku izvēli un elastību optiskā tīkla komponentiem. Turklāt tas atvieglo jaunu funkciju un pakalpojumu pievienošanu, tiklīdz tie kļūst pieejami.
Spektra pakalpojumu pieaugums
Tā kā datu plūsma turpina pieaugt, pieaug nepieciešamība pēc lielāka joslas platuma un jaudas. Spektra pakalpojumi to nodrošina, izmantojot spektru, lai palielinātu esošo optisko šķiedru tīklu jaudu. Šie pakalpojumi kļūst arvien populārāki, jo tie nodrošina rentablu veidu, kā apmierināt pieaugošo datu pieprasījumu.
Vairāk izvietošanas ārpus telpām
Izvietošana ārpus telpām ielu skapjos kļūst arvien izplatītāka, jo pieaug pieprasījums pēc lielāka joslas platuma un jaudas. Āra šķiedra var darboties tieši uz klienta atrašanās vietu, nodrošinot tiešāku savienojumu un mazāku latentumu.
Kompakts un modulators
Tā kā optiskie tīkli turpina attīstīties, arvien skaidrāka kļūst nepieciešamība pēc mazākiem, kompaktākiem komponentiem. Tas ir tāpēc, ka vieta datu centra vidē bieži ir ierobežota. Kompakta modulārā optika piedāvā vietu taupošu pieeju, vienlaikus nodrošinot augstu veiktspēju.
Optiskā tīkla nākotne
Inteliģentais optiskais tīkls
Inteliģentie optiskie tīkli ir optiskie tīkli, kas izmanto mākslīgo intelektu (AI), lai optimizētu veiktspēju. Mākslīgo intelektu var izmantot, lai automātiski identificētu un labotu problēmas tīklā. Tas nodrošina efektīvāku un uzticamāku tīklu.
Turklāt AI var izmantot, lai prognozētu nākotnes satiksmes modeļus un prasības. Šo informāciju var izmantot jaudas nodrošināšanai jau iepriekš, nodrošinot, ka tīkls spēj apmierināt nākotnes prasības.
Elastīga režģa arhitektūra
Elastīgās sietu arhitektūras kļūst arvien populārākas, jo tās nodrošina veidu, kā palielināt esošo šķiedru jaudu. Elastīgais režģis ļauj multipleksēt dažādus gaismas viļņu garumus uz vienas šķiedras. Tas ļauj pārnēsāt vairāk datu par katru šķiedru, palielinot tīkla jaudu.
Pēc pieprasījuma viļņu garuma dalīšanas multipleksēšana
Viļņa garuma dalīšanas multipleksēšana ir paņēmiens, kas ļauj pārraidīt vairākus gaismas viļņu garumus uz vienas šķiedras. WDM pēc pieprasījuma ir WDM veids, kas nodrošina jaudu pēc pieprasījuma. Tas nozīmē, ka jaudu var palielināt pēc vajadzības, neuzstādot jaunu šķiedru.
Optiskais tīkls arvien digitālākā pasaulē
Optiskais tīkls savā salīdzinoši īsajā vēsturē ir nogājis garu ceļu. Kopš pirmsākumiem tā ir būtiska daudzu lielu tīkla infrastruktūru sastāvdaļa. Tas ir galvenais interneta pīlārs, kas maina mūsu saziņas veidu un ievada nepieredzēta tehnoloģiskā progresa laikmetu.
Pieaugot tādām tendencēm kā 5G, šķiet, ka optiskajiem tīkliem joprojām būs svarīga loma mūsu arvien digitalizētākajā pasaulē.
