Optinis tinklas yra technologija, kuri naudoja šviesą duomenims perduoti tarp įrenginių. Jis siūlo didelį pralaidumą ir mažą delsą ir daugelį metų buvo de facto tolimojo duomenų perdavimo standartas. Optinis pluoštas naudojamas daugeliui tolimojo balso ir duomenų perdavimo visame pasaulyje.
Optinis tinklas yra svarbus, nes leidžia dideliu greičiu perduoti duomenis dideliais atstumais. Pavyzdžiui, optinis tinklas užtikrina, kad vartotojai Niujorke galėtų pasiekti serverius Nairobyje taip greitai, kaip leidžia fizikos įstatymai.
Optinio tinklo technologija paremta visiško vidinio atspindžio principu. Kai šviesa patenka į terpės, pavyzdžiui, šviesolaidinio kabelio, paviršių, dalis šviesos atsispindi paviršiuje. Šviesos atsispindėjimo kampas priklauso nuo terpės savybių ir kritimo kampo (kampo, kuriuo šviesa patenka į paviršių).
Jei kritimo kampas yra didesnis už kritinį kampą, tada visa šviesa atsispindi; tai vadinama visišku vidiniu atspindžiu. Visiškas vidinis atspindys gali būti naudojamas optinėms skaiduloms, tam tikro tipo stiklui ar plastikui, kuris nukreipia šviesą per visą ilgį, gaminti.
Kai šviesa sklinda per pluoštą, ji patiria daugybę vidinių atspindžių, todėl ji atsimuša į pluošto sienelę. Dėl šio atšokimo efekto šviesa sklinda pluošto ilgiu zigzago būdu.
Atidžiai kontroliuodami pluošto savybes, inžinieriai gali kontroliuoti, kiek šviesos atsispindi ir kiek toli ji nukeliauja, kol vėl atsispindi. Tai leido jiems sukurti optines skaidulas, kurios galėtų perduoti duomenis dideliais atstumais neprarandant jokios informacijos.
Optiniai tinklai susideda iš kelių komponentų: optinių skaidulų, siųstuvų-imtuvų, stiprintuvų, tankintuvų ir optinių jungiklių.
Optinis pluoštas
Optinis pluoštas yra terpė, nešanti optinį signalą. Jis sudarytas iš įvairių medžiagų, įskaitant:
①Šerdis: centras, pernešantis šviesą.
② Apdengta: medžiaga, kuri supa šerdį ir padeda išlaikyti optinį signalą.
③ Buferinė danga: medžiaga, apsauganti optinį pluoštą nuo pažeidimų.
Šerdis ir apkala dažniausiai gaminami iš stiklo, o buferinė danga – iš plastiko.
Siųstuvas-imtuvas
Siųstuvai-imtuvai yra įrenginiai, paverčiantys elektrinius signalus į optinius signalus ir atvirkščiai, paprastai įgyvendinami paskutinėje ryšio mylioje. Tai sąsaja tarp optinio tinklo ir jį naudojančių elektroninių įrenginių, pvz., kompiuterių ir maršrutizatorių.
Stiprintuvas
Kaip rodo pavadinimas, stiprintuvas yra įrenginys, kuris sustiprina šviesos signalus, kad jie galėtų nukeliauti didelius atstumus neprarasdami jėgos. Stiprintuvai dedami išilgai skaidulos reguliariais intervalais, kad sustiprintų signalą.
Multiplekseris
Multiplekseris yra tik įrenginys, kuris priima kelis signalus ir sujungia juos į vieną signalą. Tai atliekama kiekvienam signalui priskiriant skirtingą šviesos bangos ilgį, leidžiantį multiplekseriui vienu metu siųsti kelis signalus išilgai vieno pluošto be trukdžių.
Šviesos jungiklis
Optinis jungiklis yra įrenginys, nukreipiantis optinius signalus iš vieno pluošto į kitą. Optiniai jungikliai naudojami srautui optiniuose tinkluose valdyti ir paprastai naudojami didelės talpos tinkluose.
Optinio tinklo istorija
Optinio tinklo istorija prasidėjo 1790-aisiais, kai prancūzų išradėjas Claude'as Chappe išrado optinio signalo telegrafą, vieną iš pirmųjų optinio ryšio sistemos pavyzdžių.
Beveik po šimtmečio, 1880 m., Aleksandras Grahamas Bellas užpatentavo elektrooptinį telefoną – optinę telefono sistemą. Kol fotofonas buvo novatoriškas, ankstesnis Bello išradimas telefonas buvo praktiškesnis ir įgavo apčiuopiamą formą. Todėl „Photophone“ niekada nepaliko eksperimentinės stadijos.
Iki 1920-ųjų Johnas Logie'as Bairdas Anglijoje ir Clarence'as W. Hansellas tik užpatentavo idėją naudoti tuščiavidurių vamzdelių arba permatomų strypų masyvą vaizdams perduoti televizijos ar fakso sistemoms.
1954 m. olandų mokslininkas Abrahamas Van Heelis ir britų mokslininkas Haroldas H. Hopkinsas paskelbė mokslinius straipsnius apie traktografiją. Hopkinsas daugiausia dėmesio skyrė neplakinam pluoštui, o Van Heel sutelkė dėmesį tik į paprastus plakiruotus pluošto ryšulius – permatomą apvalkalą su mažesniu lūžio rodikliu aplink pliką pluoštą.
Tai apsaugo pluoštą atspindintį paviršių nuo išorinių deformacijų ir žymiai sumažina trukdžius tarp skaidulų. Vaizdo pluoštų kūrimas buvo svarbus žingsnis kuriant optinius pluoštus. Šviesolaidžio paviršiaus apsauga nuo išorinių trukdžių leidžia tiksliau perduoti optinius signalus per skaidulą.
Iki 1960 m. stiklu dengtų pluoštų nuostoliai siekė apie 1 decibelą (dB) vienam metrui, tinkami medicininiam vaizdavimui, bet per dideli ryšiams. 1961 m. Eliasas Snitzeris iš Amerikos optinės kompanijos paskelbė teorinį optinio pluošto su mažyte šerdimi, galinčios perduoti šviesą tik vienu bangolaidžio režimu, aprašymą.
1964 m. daktaras Kao pasiūlė šviesos praradimą 10 arba 20 dB vienam kilometrui. Šis standartas padeda pagerinti telekomunikacijų sistemų diapazoną ir patikimumą. Be savo darbo dėl nuostolių lygio, daktaras Gao pademonstravo, kad reikia grynesnio stiklo, kuris padėtų sumažinti šviesos praradimą.
1970 m. vasarą grupė Corning Glass Works tyrėjų pradėjo eksperimentuoti su nauja medžiaga, vadinama lydytu silicio dioksidu. Ši medžiaga žinoma dėl itin didelio grynumo, aukšto lydymosi temperatūros ir mažo lūžio rodiklio.
Komanda, kurią sudaro Robertas Maureris, Donaldas Keckas ir Peteris Schultzas, netrukus suprato, kad lydytas silicio dioksidas gali būti panaudotas naujo tipo laidui, vadinamam „optiniu bangolaidžio pluoštu“, pagaminti. Ši šviesolaidinė viela gali perduoti 65 000 kartus daugiau informacijos nei tradicinė varinė viela. Be to, šviesos bangos, naudojamos informacijai perduoti, gali būti iššifruotos net už tūkstančio mylių.
Šis išradimas sukėlė revoliuciją tolimojo ryšio srityje ir atvėrė kelią šiandieninei šviesolaidinei technologijai. Komanda išsprendė daktaro Gao apibrėžtą decibelų praradimo problemą, o 1973 m. Johnas MacChesney iš Bell Laboratories patobulino pluošto gamybos cheminio garų nusodinimo procesą. Dėl to tapo įmanoma komercinė šviesolaidinių kabelių gamyba.
1977 m. balandžio mėn. „General Telephone and Electronics Co.“ pirmą kartą panaudojo šviesolaidinį tinklą realiojo laiko telefono ryšiui Long Byče, Kalifornijoje. 1977 m. gegužę „Bell Labs“ netrukus pasekė pavyzdžiu, Čikagos miesto centre pastatydama optinio telefono ryšio sistemą, apimančią 1,5 mylios. Kiekviena pluoštų pora gali perduoti 672 balso kanalus, atitinkančius DS3 grandinę.
Devintojo dešimtmečio pradžioje antrosios kartos šviesolaidiniai ryšiai buvo sukurti komerciniam naudojimui, naudojant 13-mikronų InGaAsP puslaidininkinį lazerį. Šios sistemos veikė net 1,7 Gbps bitų sparta 1987 m., o kartotuvai buvo išdėstyti iki 50 kilometrų atstumu.
Trečiosios kartos šviesolaidiniuose tinkluose naudojamos sistemos veikia 1,55 mikrono greičiu, o nuostoliai siekia apie 0,2 dB vienam kilometrui.
Ketvirtosios kartos šviesolaidinio ryšio sistemos remiasi optiniu stiprinimu, kad sumažintų reikalingų kartotuvų skaičių, ir bangos ilgio padalijimo tankinimu (WDM), kad padidintų duomenų talpą.
2006 m. naudojant optinius stiprintuvus 160-kilometro linijoje buvo pasiektas 14 terabitų (Tb) per sekundę sparta. Iki 2021 m. Japonijos mokslininkai galės perduoti 319 Tb/s 3,000 kilometrų atstumu, naudodami keturių gyslų šviesolaidinį kabelį.
Nors šios ketvirtos kartos šviesolaidinio ryšio sistemos turi daug daugiau pajėgumų nei ankstesnės kartos, pagrindinis principas yra tas pats: konvertuoti elektrinius signalus į optinius impulsus, siųsti juos šviesolaidžiu, o tada priimti atgal į elektrinius signalus. pabaiga.
Tačiau kiekvienos kartos komponentai tapo mažesni, patikimesni ir pigesni. Dėl to šviesolaidiniai ryšiai tapo vis svarbesne mūsų pasaulinės telekomunikacijų infrastruktūros dalimi.
Pagrindinės optinio tinklo tendencijos
Sutelkite dėmesį į tinklo kraštą
Optinio tinklo kraštas yra ta vieta, kur srautas patenka į tinklą ir iš jo. Siekiant patenkinti debesų kompiuterinių programų poreikius, optiniai tinklai artėja prie galutinių vartotojų. Tai leidžia sumažinti delsą ir nuoseklesnį veikimą.
Sluoksnio šifravimas
Kadangi kibernetinės atakos tampa vis dažnesnės, duomenų apsauga ir toliau bus pagrindinis rūpestis. SASE (Secure Access Service Edge), debesies vietinių saugos funkcijų naudojimas paslaugų galutiniuose taškuose, neseniai įgijo populiarumą. Dėl galutinio taško apsaugos prijungtų tinklų saugos valdikliai gali tapti nereikalingi.
Nors tai nepanaikins šifravimo poreikio, tai apsaugos jautrius duomenis ir programas. Be vienos apsaugos kontrolės 1 sluoksnio apsauga tampa vis sudėtingesnė.
Galime geriau apsaugoti savo išteklius šifruodami valdymo, valdymo ir vartotojų srautą. Dėl to įsilaužėliams beveik neįmanoma įsilaužti į sistemą, o tai labai sumažina sėkmingos kibernetinės atakos tikimybę. Kadangi įmonės tampa labiau priklausomos nuo duomenų ir ryšio, patikimi saugos sprendimai taps tik akivaizdesni.
Atidarykite optinį tinklą
Atviras optinis tinklas yra optinis tinklas, kuriame naudojamos standartinės atviros sąsajos, leidžiančios integruoti skirtingų tiekėjų įrangą. Tai suteikia daugiau pasirinkimo galimybių ir lankstumo optinio tinklo komponentams. Be to, tai leidžia lengviau pridėti naujų funkcijų ir paslaugų, kai jos tampa prieinamos.
Spektro paslaugų augimas
Duomenų srautui vis didėjant, didėja ir didesnio pralaidumo bei talpos poreikis. Spektrinės paslaugos tai suteikia naudodamos spektrą esamų šviesolaidinių tinklų pajėgumams padidinti. Šios paslaugos populiarėja, nes jos yra ekonomiškas būdas patenkinti augančius duomenų poreikius.
Daugiau lauko dislokacijų
Augant didesnio pralaidumo ir pajėgumų poreikiui, gatvių spintose naudojimas lauke tampa vis dažnesnis. Lauko pluoštas gali būti nukreiptas tiesiai į kliento vietą, užtikrinant tiesioginį ryšį ir mažesnį delsą.
Kompaktiškas ir moduliatorius
Kadangi optiniai tinklai ir toliau vystosi, vis labiau išryškėja mažesnių, kompaktiškesnių komponentų poreikis. Taip yra todėl, kad vietos duomenų centro aplinkoje dažnai yra ribotos. Kompaktiška modulinė optika taupo erdvę ir užtikrina aukštą našumą.
Optinio tinklo ateitis
Išmanusis optinis tinklas
Išmanieji optiniai tinklai yra optiniai tinklai, kurie naudoja dirbtinį intelektą (AI), kad optimizuotų našumą. Dirbtinis intelektas gali būti naudojamas automatiškai nustatyti ir ištaisyti tinklo problemas. Tai leidžia sukurti efektyvesnį ir patikimesnį tinklą.
Be to, AI gali būti naudojamas būsimiems eismo modeliams ir poreikiams numatyti. Šią informaciją galima naudoti iš anksto aprūpinant pajėgumus, užtikrinant, kad tinklas galėtų patenkinti būsimus poreikius.
Lanksti tinklelio architektūra
Lanksčios tinklelio architektūros tampa vis populiaresnės, nes jos suteikia galimybę padidinti esamų pluoštų talpą. Lankstus tinklelis leidžia multipleksuoti skirtingų bangų ilgių šviesą viename pluošte. Tai leidžia pernešti daugiau duomenų kiekviename šviesolaidyje ir padidinti tinklo pajėgumą.
Pagal poreikį bangos ilgio padalijimas
Bangos ilgio dalijimosi tankinimas yra technika, leidžianti vienu pluoštu perduoti kelių bangų ilgių šviesą. On-demand WDM yra WDM tipas, leidžiantis talpą pagal poreikį. Tai reiškia, kad talpa gali būti padidinta pagal poreikį nemontuojant naujo pluošto.
Optinis tinklas vis labiau skaitmeniniame pasaulyje
Optinis tinklas per gana trumpą istoriją nuėjo ilgą kelią. Nuo kuklios pradžios dabar ji yra svarbi daugelio didelių tinklo infrastruktūrų dalis. Tai pagrindinis interneto ramstis, keičiantis bendravimo būdus ir pradedantis precedento neturinčios technologinės pažangos erą.
Kai bręsta tokios tendencijos kaip 5G, atrodo, kad optiniai tinklai ir toliau vaidins svarbų vaidmenį mūsų vis labiau skaitmeninamame pasaulyje.
