Оптические сети

Волоконно-оптическая сеть — это тип сети, при котором информация передается в виде последовательности световых импульсов определенной частоты по оптическим диэлектрическим светопередатчикам.

Технология передачи информации оптическим путем развилась еще в конце 70-х прошлого века. Первые коммерческие оптоволоконные кабеля были многомодовые и использовали лазеры с длиной волны 850 нм, дающие затухание от 2 до 3 дБ/км.

С того времени технологии серьезно продвинулись — разрабатываемые сейчас в США волокна с длиной волны в 2,5 мкм и затуханием 0,02 дБ/км. Линия передачи, построенная на этой технологии сможет передавать 1 Гбит в секунду на расстояние 4600 км без потери сигнала. Основные пути передачи магистральных потоков всемирной электронной сети — спутниковые радиопередачи и оптоволоконные магистрали.

Упрощенная технологическая структура оптической сети

Систему передачи оптического сигнала можно представить как источник света, транспортную среду для светового сигнала — оптическое волокно, и детектор.

В качестве источника света выступают светодиоды и лазерные диоды. Светодиоды LED — это недорогой и простой источник света, генерирующий слабополяризированный сигнал с волнами разной длины и пригоден для использования только на короткие расстояния. Лазерные диоды, как и LED базируются на полупроводниках, однако их продуктивность выше, благодаря высокоскоростной модуляции сигнала.

Оптоволоконные кабели условно состоят из черной непрозрачной трубки, в которой находится несколько кварцевых волокон, передающих свет по направлению своего протяжения. Они делятся на многомодовые — с высоким показателем дисперсии и одномодовые, с более узким каналом передачи, и меньшим затуханием на больших расстояниях.Многомодовые кабели намного дешевле и все еще используются во многих системах где передачу осуществляют на небольшие расстояния.

Детекторы представляют собой фотодиоды в которых используется p-i-n переход или эффект лавинного размножения носителей электрического заряда. Чувствительность, линейность и время отклика — ключевые параметры для детекторов.

Кроме этих трех компонентов, в большинстве оптических сетей используются усилители и регенераторы сигнала. Несложно догадаться, что первые усиливают сигнал лазера, а вторые — восстанавливают его, очищая от искажений, приобретенных во время перехода через длинные участки магистралей. Оба типа устройств могут быть как электронные, так и оптические. Мультиплексоры (и демультиплексоры) — еще один тип устройств для сложно разветвленных оптоволоконных сетей. Их используют для объединения и разделения каналов данных.

Оптическая сеть стандартного типа

Состоянием на 2016 год оптические сети доступа на протяженности от провайдера до клиента используют технологии пассивных оптических сетей (PON), либо напрямую протянутых до коммутатора клиента, либо переходящих в сеть Ethernet на распределителе для группы клиентов.

Суть архитектуры PON состоит в создании пассивной древовидной структуры от приемопередающего модуля центрального узла до абонентских узлов с рядом разветвителей на этом пути. Для прямого и обратного канала в сети используется одно волокно с волнами разной длины для нисходящего и восходящего потоков. В рамках данной архитектуры существует ряд технологий постройки сети со своими интерфейсами и стандартами передачи данных: APON, BPON, EPON и GPON, из которых последняя — самая технологичная с возможностью передачи 2,5 Гбита данных на 60 км без усилителей. Технология EPON (и базирующаяся на ней технология GEPON) — на конец 2016 самая распространенная, благодаря лучшему соотношению цена/качество, чем у других технологий этой архитектуры.

Оптические сети превосходят иные способы передачи данных как скоростью, так и шириной канала передачи данных. Оптоволоконный кабель не находится под напряжением, не греется и не может стать причиной пожара. Более того, оптоволоконный кабель не подвержен электромагнитным помехам, и сам не создает никакого поля. И даже больше — при бережном использовании оптическая сеть может прослужить до 25 лет (на самом деле, теоретически — гораздо дольше. Данная цифра выбрана потому что таков возраст самых старых из ныне используемых коммерческих сетей). Естественно что при таких значительных преимуществах оптические сети должны обладать и существенными недостатками.

Минусы оптоволоконных сетей

Оптический способ передачи информации чрезвычайно технологичен, что диктует и главные недостатки данной технологии. Высокая стоимость аппаратуры оптической сети (особенно активной части — лазеров, усилителей, мультиплексоров и регенераторов) — первый и главный недостаток. Постройка оптической системы передачи данных имеет смысл при транспорте действительно больших объемов информации и при постройке дальних магистралей.

Вторым минусом можно считать уязвимость системы — ее хрупкость. Оптоволоконный кабель нежелательно сгибать под прямым углом — структура кварцевого волокна может не выдержать слишком большого изгиба. Тем более не стоит подвергать оптический кабель физическим воздействиям — давлению и ударам. Даже незначительное усилие может повредить волокно.

Третий недостаток выплывает из предыдущего — ремонт оптоволоконной линии чрезвычайно дорогая и сложная процедура. Поврежденную линию в идеале стоит заменить на новую, однако технология допускает несколько починок кабеля, при незначительных потерях в передаче. Оптоволокно технологически должно представлять единую структуру от коннектора до коннектора, поэтому ремонт осуществляется в виде сварки.

Сварка оптического кабеля — очень трудоемкий процесс требующий высокой квалификации и дорогого оборудования. Причем даже после такого ремонта линию нельзя считать полность восстановленной.

Стоимость построения оптических сетей

Построение оптоволоконных систем обходится недешево, но результат всегда радует скоростью и надежностью данных. Дороги как компоненты сети, так и работы по ее монтажу, причем иногда прокладка оптоволоконной сети стоит гораздо дороже запланированной суммы. Причиной могут быть как неучтенные особенности трассы оптоволоконного кабеля, так и большое количество испорченного оптоволокна.